MBR处理印染废水膜污染的清洗维护

　　膜生物反应器MBR(MembraneBioreactor)是“生物+物理”组合处理污水的一种工程形式，它具有固液分离效率高、剩余污泥产量少、占地面积小、不易发生污泥膨胀和操作管理方便等特点，但伴随而来的膜污染问题不仅使膜的渗透通量随时间不断减弱(需要对污染膜进行定期清洗维护)，还会缩短膜的使用寿命，使得MBR在污水处理领域的推广和应用受到了一定的限制。

　　工业废水种类繁多，成分复杂，因此造成膜污染的原因也不尽相同。目前，膜污染物的种类有无机污染物、有机污染物及矿物油、微生物和胶体污染物等。不同种类的膜污染所采取的清洗方法也不尽相同，本文通过对某印染废水处理工艺中膜污染的清洗维护试验，提出对应的膜清洗方案。

　　一、工程项目概况

　　某污水处理厂的印染废水设计日处理能力为15000t/d。原污水处理流程采用“预处理+物化+生化+深度处理”工艺，不能满足《纺织染整工业水污染物排放标准(GB4287―2012)》，因此后期对系统进行了升级改造，改造扩建工程在原址进行，改造后的工艺流程如图1所示，在保留部分原构筑物的基础上，废除前段加药池，改建混凝沉淀池成缺氧池，增加活性炭投加池和MBR膜池，后期增加反渗透等。

　　二、MBR系统运行情况

　　该MBR系统使用聚四氟乙烯中空纤维膜(PTFE)，共计35套、2800支，总膜面积为33600m2，分4个单元，即A、B、C、D单元，各单元9套膜箱(其中一个单元8套)。膜产品参数配置如表1所示。

　　注：序号1～4为原水水质参数，5～13为膜参数。关于日流量，条件是新膜初期使用，水泵全开，关于曝气总量，曝气量计算时选取60L/(min/支)。

　　目前，该MBR系统运行情况为：过滤9min间歇1min，10个过滤周期反洗一次，反洗时间为60s，反洗两次CEB清洗一次，CEB清洗时间为60s。

　　清洗前膜系统存在以下问题：各膜箱膜丝污染严重，运行负压值高达-0.09MPa，且反洗已无效，膜丝完整，无断丝现象，膜箱曝气孔堵塞，清洗膜箱表面(即低压水枪连接潜污泵，通过原膜池污水冲洗膜箱)，单套膜箱清洗时间约为1h，且清洗效果只能维持2～3h。

　　三、膜清洗试验

　　3.1 膜清洗试验流程

　　将待清洗的膜箱吊出，取污染较为严重的膜丝，并选择较为隐蔽处的膜组件上剪取一段膜丝(可选择膜箱中间部位)作为小试试验的样品，剪断后的膜丝应做好打结处理，防止产水带泥出水浑浊。准备浸泡药剂，浓度如表2所示。

　　试验中，酸碱交替浸泡，即当单个膜丝酸(碱)浸泡一定时间后，放置对应的碱(酸)浸泡一定时间，并记录上述8组试验反应速度、反应时间及清洗效果，继而确定清洗方式及药剂浓度和时间。

　　3.2 膜通量的测定

　　将多根刚取下的膜丝做成小组件。将小组件连接蠕动泵，在一定温度和压力条件下用印染废水水样测量清洗前的膜通量，记录数据。按照膜清洗试验结果选取适当浓度的清洗药剂对污染膜进行浸泡清洗。用纯水冲洗膜内的清洗剂，之后重新用同样的印染废水水样在同温同压下测量冲洗过的膜通量，并记录相关数据。

　　四、清洗效果分析

　　4.1 膜清洗试验结果

　　膜清洗试验显示，碱洗浸泡约1.5h，膜丝反应完全，污染物去除效果很明显，酸洗浸泡约1.5h，污染物去除效果不显著，酸碱交替浸泡共约3h，膜丝反应完全，污染物去除效果很明显，如图2、图3所示。

　　膜丝污染物以碱洗效果为佳，浸泡时间约为1.5h，混合碱液浓度为2%～3%NaOH+0.2%～0.3%NaCLO时效果最好，随着清洗时间的增加，膜通量会逐渐恢复。强碱主要是去除蛋白、藻类等生物污染，胶体污染以及大多数的有机污染物。因此，该膜生物反应器膜丝污染类型主要为有机污染和胶体污染。

　　4.2 膜通量的测定

　　考虑到PVDF膜清洗过程中碱液浸泡可能导致膜性能发生变化，本次清洗采用浓度较低的碱液(2%NaOH+0.2%NaCLO)。另外，结合小试试验结果以及时间的紧迫性，考虑现场酸碱交替清洗中的操作难度以及交替清洗操作需要较长的清洗时间，建议单次进行独立的一次性碱洗。

　　从表3可以看出，膜污染后膜通量较设计值(印染废水)降低了17.7%，影响MBR系统的产水性能，经过纯水清洗后，通量恢复较小，约占可恢复通量的15%，经过碱洗后，通量恢复较大，约占可恢复通量的84%。

　　由于膜污染一般分为可逆污染和不可逆污染，可逆污染是可以通过清水反洗、曝气抖动等措施去除的暂时污染，而不可逆污染则是不能通过水力清洗措施去除的膜污染，只有在清洗剂中加入酸或碱等化学药剂，通过化学药剂反应才能去除的膜污染。从清洗试验结果来看，该膜污染通过清水反洗只去除了很小一部分污染物，而经过碱洗之后，通量得到明显恢复，因此该膜污染的污染层以不可逆污染为主。

　　五、现场清洗方案

　　根据以上试验结果，结合现场实际情况，现场污染膜的清洗方案确定为以下方案。清洗的主要方式为混合碱液浸泡清洗。清洗的流程如下。

　　(1)槽车送药加药至现场CIP加药桶(容积2000L，材质PE，数量2个)，每个加药桶加1500L30%工业级NaOH浓药和500L10%工业级NaCLO浓药。

　　(2)使用CIP加药泵(流量25m3/h，扬程10m，功率15kW，口径DN65，数量2台)分别加药(2000L混合碱液)至2个化学清洗池。

　　(3)将2个化学清洗池中分别加入清水至高度3.2m处，浸泡药剂容积均为24m3，最终化学清洗池中药剂浓度均约为2.4%混合碱液。

　　(4)将待清洗的两套膜箱上的产水阀门、反洗阀门及曝气阀门关闭。

　　(5)拆除两套膜箱产水管和曝气管连接口。

　　(6)将两套膜箱依次起吊，并进行清水冲洗(建议现场选用低压水枪，禁止使用高压水)，将膜丝表面附着污染物清除，膜曝气孔堵塞可采用：采用人工手动清理曝气孔，去除曝气孔口堆积的污泥，将膜箱放置于化学清洗池中，连接膜箱上曝气管口与CIP清洗管路加药口，将清水打入曝气管路中，时间控制根据现场清洗情况而定。

　　(7)将两套冲洗完毕的膜箱依次吊入膜化学清洗池中，开始浸泡，浸泡时间初步均为1.5～2.0h，可根据实际污染情况适当延长。其间，两套膜箱浸泡时需要适当开启曝气。

　　(8)浸泡结束后，依次起吊两套膜箱，将两套膜箱依次吊至膜池中连接好曝气管路及产水管路，建议执行反洗1～2次后恢复产水。

　　(9)后续批次膜箱重复步骤(4)至步骤(8)。

　　六、结论

　　本文通过对某印染废水处理过程中的污染膜进行清洗试验，比较各种浓度清洗剂的清洗效果，结果表明，浓度为2%NaOH+0.2%NaCLO的碱液对该污染膜的清洗效果最好。清洗后，膜通量恢复值占可恢复通量的84%，且该污染膜主要存在有机污染和胶体污染，其中污染层以不可逆污染为主。根据试验结果，本文制定出现场污染膜的清洗方案，通过清洗延长了膜的使用时间。清洗后，膜的使用寿命得到延长，因膜更换产生的成本得到降低。随着膜清洗技术的不断发展，膜技术在污水处理领域也会得到越来越广泛的应用。(来源：中国城市建设研究院有限公司山东分院，同圆设计集团有限公司)