浸没式MBR化学清洗方式研究

苗子昂

（株洲市城市排水有限公司，湖南株洲412000）

浸没式MBR化学清洗方式研究

苗子昂

（株洲市城市排水有限公司，湖南株洲412000）

以生活污水厂的实际运行情况对浸没式MBR化学清洗方法进行分析比较，选择最合适的清洗方法，为MBR工艺的运营与维护提供依据。

浸没式MBR；跨膜压差；化学清洗

膜生物反应器（MembraneBio-Reactor）是把膜技术与污水处理中的生化反应结合起来的一门新兴技术，用膜对生化反应池内的泥水混合液进行过滤，实现固液分离。一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大幅增加，使降解污染物的生化反应进行得更迅速更彻底；另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。

MBR的类型根据膜的使用方法不同分为外置式和内置式（即浸没式）两种。外置式是用泵将生物反应池的泥水混合物通过膜组件进行错流过滤循环，得到洁净的透过水，而内置式则是将膜组件直接浸渍于生化反应池中，直接从膜元件中抽出净水。目前，世界上投入运营的膜生物反应器大多数是内置式的。

1 相关概念

（1）膜污染。膜污染是指料液中的微粒、胶体粒子、溶质分子或细菌由于与膜之间存在物理化学作用而在膜表面及膜孔中沉积或滋生使膜孔堵塞或变小，导致跨膜阻力增大，膜通量下降的现象。影响膜污染的因素很多，比如溶质大小、菌类的滋生、膜结构、膜的物理特性、膜——溶质——溶剂之间的相互作用(包括静电作用力、范德华力、溶剂化作用、空间立体作用)。膜污染从工艺参数中表现为跨膜压差的上升。

（2）跨膜压差(Trans-membrane Pressure)。跨膜压差简称TMP，是驱动水透过膜所需的压力，为进水侧压力和过滤液侧压力的差值，即膜两侧压力差值。TMP会随着膜系统的运行而逐渐增加，当TMP超过50kPa时，必须进行化学清洗。TMP=膜丝外侧压力（kPa）-膜丝内侧压力(kPa)

（3）气洗。通过连续曝气冲刷MBR的膜组件，从而在膜丝周围形成水流和气泡的湍流，通过膜丝抖动和膜丝之间的相互摩擦使得沉积在膜表面的污染物脱落。本项目使用鼓风曝气系统对MBR膜进行连续曝气。

（4）清水反洗。与过滤过程的水流方向相反，从膜丝的产水侧把等于或优于透过液质量的水输向进水侧。因为水被从反方向透过中空纤维膜丝，从而松懈并冲走了膜表面在过滤过程中形成的污染物。本项目清水反洗周期为1～3天一次。

（5）化学清洗。使用化学药剂对膜组件进行清洗以达到恢复膜过滤性能的清洗方法。本项目使用的化学清洗方法有原位化学浸泡清洗、离线化学浸泡清洗、化学增强反洗（CEB）。根据清洗对象的不同，可供使用的药剂和浓度如表1所示。

表1 化学清洗药剂种类和浓度

2 项目简介

龙泉污水处理厂三期工程采用倒置式A2O+浸没式MBR工艺，工艺流程如图1所示。

图1 龙泉污水处理厂（三期）工艺流程图

设计处理水量为10万t/日，设计进水水质标准参照《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082—1999），如表2所示。出水水质标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标。

表2 设计进水水质

MBR系统采用浸没式中空纤维帘式膜，材质为PVDF，采用双层膜架，膜系统参数如表3所示。

表3 MBR系统参数

3 化学清洗比较

（1）原位化学浸泡清洗（Clean In Place）。原位化学浸泡清洗是将膜池内水排空，然后直接向膜池内投加化学药剂进行浸泡。考虑到水池防腐，其药剂浓度相对较低。本项目采用2000～3000ppm的次氯酸钠浸泡4～16h，经原位清洗后TMP的变化如表4和图2所示。

表4 原位清洗后TMP变化趋势

图2 原位清洗后TMP变化趋势

从图表可知原位清洗后，膜池经过约60天时间的运行后，TMP达到50 kPa以上，需再次进行化学清洗。根据线性拟合曲线可知原位清洗后TMP平均每日增加约0.52 kPa。

（2）离线化学浸泡清洗（Off-line Washing）。离线化学浸泡清洗就是把膜单元吊出MBR膜池，放到准备好的化学清洗池内浸泡并曝气清洗。浸泡化学清洗可以选择相对较高药剂浓度进行，因此可以达到较好的清洗效果，彻底清除污染物，恢复膜通量。本项目采用3000～6000ppm的次氯酸钠浸泡4～16h，再用0.5%柠檬酸+0.5%草酸曝气浸泡4～16h。离线清洗后TMP的变化如表5和图3所示。

表5 离线清洗后TMP变化趋势

图3 离线清洗后TMP变化趋势

从图表可知离线清洗后，膜池经过约90天时间的运行后，TMP达到50 kPa以上，需再次进行化学清洗。根据线性拟合曲线可知离线清洗后TMP平均每日增加约0.30 kPa。

（3）化学增强反洗（Chemically Enhanced Backwash）。化学增强反洗简称CEB，是指膜组件在膜生物反应池内的状态下，从产水管把选用的化学清洗药剂反向流到中空纤维膜内部，并通过膜微孔渗透到原水侧。此过程可有效的杀灭膜内外表面的细菌并分解附着在膜表面上的有机物，恢复膜通量。本项目采用250 ppm的次氯酸钠作为CEB的药剂，CEB周期为7天，在经过5次CEB后，TMP的变化如表6和图4所示。

表6 CEB后TMP变化趋势

图4 CEB后TMP变化趋势

从图表与线性拟合曲线可知在每7天一次CEB的条件下，TMP平均每日增加仅为0.13 kPa，如初始TMP为20 kPa，则增加至50 kPa以上约需220天。

（4）清洗方法比较。由以上的数据分析可知，原位化学清洗药剂消耗大，清洗效果一般。但相对于离线清洗而言操作较为简便，无需拆卸管道、吊装膜架，节省了人力成本。

离线化学清洗后的TMP增速低于原位化学清洗，清洗周期约为原位清洗的1.5倍，可以直观的观察膜丝的污染情况，便于除去膜丝上的附着物。但离线清洗的人工操作强度远远大于原位清洗，清洗时间较长，对产量的影响更大。

定期进行CEB反洗可以使TMP的增速大幅降低，可以使原位化学清洗的周期延长至3倍以上，使离线化学清洗的周期延长至2倍以上，并且药剂消耗较少，人工操作极少，清洗时间短，对产量的影响小。但清洗后药剂存留在工艺系统中，其对微生物的活性有一定的影响，可能导致污泥浓度下降，同时残存的药剂有可能进入出水，进而影响出水水质。几种清洗方法的对比如表7所示。

表7 MBR膜化学清洗方法的比较

4 结语

综合各方面的因素考虑，CEB（化学增强反洗）是最适宜的MBR膜清洗方法，但需要对清洗浓度及清洗周期做出一定控制，尽可能的减少对活性污泥微生物与出水水质的影响。由于离线化学清洗更加有利于去除膜丝上附着的杂质，并且能直接观察到膜丝的污染状况，故实际运行中应以CEB反洗为主，以离线化学清洗为辅。

［1］尹芳华，钟璟．现代分离技术［M］.北京：化学工业出版社，2009．

［2］黄建元．MBR新工艺设计［M］.北京：化学工业出版社，2015．

［3］SimonJudd．TheMBRBook：PrinciplesandApplicationsof MembraneBioreactorsforWaterandWastewaterTreatment．Butterworth-Heinemann，2011．

［4］梅凯.浸没式MBR平片膜技术及应用［M］.北京：化学工业出版社，2012．

［5］Sadaf Javid．Wastewater Treatment and Reuse：MBR Approach．VDM Verlag Dr.Müller，2011.

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［7］Wisniewski C．Membrane bioreactor for water reuse．Desalination，2007．

苗子昂（1989-），男，湖南株洲人，大学本科，助理工程师，主要从事城市生活污水厂的工艺调试及运营工作。