MBR系统离线清洗顺序的优化研究

马 耀 珍

(太原市排水管理处，山西 太原 030006)

1 MBR相关概念界定

1.1 膜污染

膜污染是指与膜表面接触的料液中微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜发生物理、化学相互作用或因浓差极化使某些溶质在膜表面的浓度超过其溶解度及因机械作用而引起的在膜表面或膜孔内的吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性不可逆变化现象。

1.2 膜污染分类

在膜系统过滤产水过程中，不可避免的会产生膜污染。膜污染包括可逆污染和不可逆污染。一般分为有机污染和无机污染。有机污染由污泥混合液中的胶体物质、溶解性物质在过滤过程中附着在膜表面和堵塞在膜孔内造成膜污染。一般情况下，有机污染是膜污染的主要组成部分，其需要使用氧化性药剂去除(一般采用次氯酸钠溶液)。无机污染是由于在膜过滤过程中，由于浓差极化的作用，无机盐浓度在膜表面浓度升高，当超过其浓度积时，即可能在膜表面析出、结垢，形成污染层，增加过滤阻力，无机污染需采用酸性物质去除(一般为柠檬酸或草酸等中强度有机酸)。

1.3 膜污染的表征指标

跨膜压差是膜污染最直观的表征指标。在膜系统的日常运行管理中，膜通量的选择及跨膜压差的管理非常重要。膜通量的选择与膜本身性能、混合液性质、操作运行条件息息相关，选择合适的运行通量，控制混合液性质稳定，保持操作运行参数稳定，才能避免快速膜污染和不可逆膜污染的发生。膜通量一般选择在次临界通量范围内，可保持在一定周期内，负压稳定，膜污染发展速率控制在较小、可恢复的范围内。在日常运行过程中，还应密切关注膜系统的各类运行参数，尤其是跨膜负压的增长速率，当其出现快速增长时，提示可能有较严重的膜污染发生，此时自控系统会发出报警信号，提醒操作人员进行原因排査。一般跨膜压差的报警上限设置在-35 kPa～-50 kPa，运行跨膜压差控制在-35 kPa范围内。此外，膜组器曝气均匀性也能在一定程度上表征膜的污染，膜片局部污染严重时表现为曝气不均匀。因此，运行过程中选择合适的曝气强度，保持膜组器曝气的均匀性，能够延缓膜污染。

1.4 膜系统的清洗与维护

膜系统应采取综合的污染防控措施，以保证膜污染在可控范围内，膜通量持续稳定。一般膜污染控制措施包括：间歇抽吸和空气擦洗、化学清洗。化学清洗又分为在线化学清洗、离线化学清洗两种类型。在线清洗一般周期进行，常规为每周一次，是低强度的化学清洗；离线清洗(又称恢复性清洗)，一般每年进行1次～2次(根据污染情况选择离线清洗周期)，是将膜组件彻底清洗干净，并在较高浓度的药剂中浸泡一段时间，以彻底去除污染物质，是高强度的化学清洗方式。

1.5 离线清洗

尽管采取了在线清洗，但在线清洗的清洗力度有限，仍会有部分污染物质沉积在膜表面及膜孔内，随着膜的使用，此部分污染物质慢慢累积最终会影响到膜通量，因此，在在线清洗的基础上还需要更彻底的清洗方式——离线清洗。这种清洗方式是将膜组件膜组器从系统中取出，浸渍在清洗液中进行清洗，通常浸泡清洗的药液浓度要高于在线清洗，清洗的时间长、频率较低。

2 MBR系统离线清洗顺序的优化研究

以山西某具备MBR系统的污水处理厂作为研究对象，该工厂膜池共分东西两区，每区有20个廊道，每廊道设置10个膜组器，共计200个膜组器，设计产水能力为133 340 m3/d。

2.1 采取“先酸后碱”的清洗方式

2.1.1清洗前

取该工厂清洗前膜产水量及跨膜压差一个月的平均值，并在1 d当中取12个时间段作为数据来源，分别为01:00,03:00,05:00,07:00,09:00,11:00,13:00,15:00,17:00,19:00,21:00,23:00。清洗前各个廊道产水量及跨膜压差见表1。

表1 “先酸后碱”清洗前各个廊道产水量及跨膜压差

2.1.2清洗步骤

首先对膜进行水力冲刷，确保表面污泥杂物清理干净。之后先采用2%柠檬酸溶液浸泡10 h以上，然后将膜上残留药液冲洗干净，再将膜组器浸泡在5 000 ppm的NaClO溶液10 h以上，期间保持药液在25 ℃～35 ℃。

2.1.3清洗后

取该工厂清洗前后膜产水量及跨膜压差一个月的平均值，并在1 d当中取12个时间段作为数据来源，分别为01:00，03:00，05:00，07:00，09:00，11:00，13:00，15:00，17:00，19:00，21:00，23:00。

清洗后各个廊道产水量及跨膜压差见表2。

2.1.4清洗前后膜丝对比

表2 “先酸后碱”清洗后各个廊道产水量及跨膜压差

清洗前后膜丝对比见图1，图2。

2.1.5清洗前后数据对比

1)清洗效果明显。西区：1号廊道、3号廊道、5号廊道、9号廊道、10号廊道(其中10号廊道前后产水量一致，但跨膜压差缩小)；东区：1号廊道、2号廊道、3号廊道、5号廊道、6号廊道、7号廊道、9号廊道、10号廊道(其中3号廊道前后产水量一致，但跨膜压差缩小)。

2)清洗后达不到清洗前产水量，清洗效果不佳。西区：2号廊道、4号廊道、6号廊道、7号廊道、8号廊道；东区：4号廊道、8号廊道。

3)产水量增量对比。西区清洗效果明显的膜组器前后产水量差值范围在0 m3/s～130 m3/s；东区清洗效果明显的膜组器前后产水量差值范围在0 m3/s～300 m3/s。

2.2 采取“酸洗—碱洗—酸洗”的清洗方式

2.2.1清洗前

取该工厂清洗前膜产水量及跨膜压差一个月的平均值，并在1 d当中取12个时间段作为数据来源，分别为01:00,03:00,05:00,07:00,09:00,11:00,13:00,15:00,17:00,19:00,21:00,23:00。清洗前各个廊道产水量及跨膜压差见表3。

表3 “酸—碱—酸”清洗前各个廊道产水量及跨膜压差

2.2.2清洗步骤

首先对膜进行水力冲刷，确保表面污泥杂物清理干净。之后先采用2%柠檬酸溶液浸泡10 h以上，然后将膜上残留药液冲洗干净，再将膜组器浸泡在5 000 ppm的NaClO溶液10 h以上，最后再进行一次2%柠檬酸溶液清洗，浸泡10 h以上，期间保持药液在25 ℃～35 ℃。

2.2.3清洗后

取该工厂清洗前后膜产水量及跨膜压差一个月的平均值，并在1 d当中取12个时间段作为数据来源，分别为01:00，03:00，05:00，07:00，09:00，11:00，13:00，15:00，17:00，19:00，21:00，23:00。清洗后各个廊道产水量及跨膜压差见表4。

表4 “酸—碱—酸”清洗后各个廊道产水量及跨膜压差

2.2.4清洗前后膜丝对比

清洗前后膜丝对比见图3，图4。

2.2.5清洗前后数据对比

1)清洗效果明显。

西区：1号廊道、2号廊道、3号廊道、4号廊道、5号廊道、6号廊道、7号廊道、8号廊道、9号廊道、10号廊道；

东区：1号廊道、2号廊道、3号廊道、4号廊道、5号廊道、6号廊道、7号廊道、8号廊道、9号廊道、10号廊道。

2)清洗后达不到清洗前产水量，清洗效果不佳：

西区：无；

东区：无。

3)产水量增量对比。

西区清洗效果明显的膜组器前后产水量差值范围在6.2 m3/s～269 m3/s；

东区清洗效果明显的膜组器前后产水量差值范围在74 m3/s～285 m3/s。

3 结语

1)“酸洗—碱洗”清洗后，有部分廊道清洗效果不佳，达不到清洗前的产水量；但在“酸洗—碱洗—酸洗”清洗后，全部廊道清洗效果明显；

2)“酸洗—碱洗”清洗3个月后，膜组器产水量恢复到清洗前，说明此次清洗的效果并不理想，仅仅保持了3个月。但截至目前，“酸洗—碱洗—酸洗”清洗后已经经过5个月之久，膜组器产水量依旧保持稳定，说明此次清洗效果较佳；

3)经过以上数据对比分析得知，在该厂“酸洗—碱洗—酸洗”的清洗方式较“酸洗—碱洗”的清洗方式更为适合，此次研究具有实用价值。