MBR處理印染廢水膜污染的清洗維護(hù)

　　膜生物反應(yīng)器MBR(MembraneBioreactor)是“生物+物理”組合處理污水的一種工程形式，它具有固液分離效率高、剩余污泥產(chǎn)量少、占地面積小、不易發(fā)生污泥膨脹和操作管理方便等特點(diǎn)，但伴隨而來的膜污染問題不僅使膜的滲透通量隨時(shí)間不斷減弱(需要對(duì)污染膜進(jìn)行定期清洗維護(hù))，還會(huì)縮短膜的使用壽命，使得MBR在污水處理領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用受到了一定的限制。

　　工業(yè)廢水種類繁多，成分復(fù)雜，因此造成膜污染的原因也不盡相同。目前，膜污染物的種類有無機(jī)污染物、有機(jī)污染物及礦物油、微生物和膠體污染物等。不同種類的膜污染所采取的清洗方法也不盡相同，本文通過對(duì)某印染廢水處理工藝中膜污染的清洗維護(hù)試驗(yàn)，提出對(duì)應(yīng)的膜清洗方案。

　　一、工程項(xiàng)目概況

　　某污水處理廠的印染廢水設(shè)計(jì)日處理能力為15000t/d。原污水處理流程采用“預(yù)處理+物化+生化+深度處理”工藝，不能滿足《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB4287―2012)》，因此后期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，改造擴(kuò)建工程在原址進(jìn)行，改造后的工藝流程如圖1所示，在保留部分原構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上，廢除前段加藥池，改建混凝沉淀池成缺氧池，增加活性炭投加池和MBR膜池，后期增加反滲透等。

　　二、MBR系統(tǒng)運(yùn)行情況

　　該MBR系統(tǒng)使用聚四氟乙烯中空纖維膜(PTFE)，共計(jì)35套、2800支，總膜面積為33600m2，分4個(gè)單元，即A、B、C、D單元，各單元9套膜箱(其中一個(gè)單元8套)。膜產(chǎn)品參數(shù)配置如表1所示。

　　注：序號(hào)1～4為原水水質(zhì)參數(shù)，5～13為膜參數(shù)。關(guān)于日流量，條件是新膜初期使用，水泵全開，關(guān)于曝氣總量，曝氣量計(jì)算時(shí)選取60L/(min/支)。

　　目前，該MBR系統(tǒng)運(yùn)行情況為：過濾9min間歇1min，10個(gè)過濾周期反洗一次，反洗時(shí)間為60s，反洗兩次CEB清洗一次，CEB清洗時(shí)間為60s。

　　清洗前膜系統(tǒng)存在以下問題：各膜箱膜絲污染嚴(yán)重，運(yùn)行負(fù)壓值高達(dá)-0.09MPa，且反洗已無效，膜絲完整，無斷絲現(xiàn)象，膜箱曝氣孔堵塞，清洗膜箱表面(即低壓水槍連接潛污泵，通過原膜池污水沖洗膜箱)，單套膜箱清洗時(shí)間約為1h，且清洗效果只能維持2～3h。

　　三、膜清洗試驗(yàn)

　　3.1 膜清洗試驗(yàn)流程

　　將待清洗的膜箱吊出，取污染較為嚴(yán)重的膜絲，并選擇較為隱蔽處的膜組件上剪取一段膜絲(可選擇膜箱中間部位)作為小試試驗(yàn)的樣品，剪斷后的膜絲應(yīng)做好打結(jié)處理，防止產(chǎn)水帶泥出水渾濁。準(zhǔn)備浸泡藥劑，濃度如表2所示。

　　試驗(yàn)中，酸堿交替浸泡，即當(dāng)單個(gè)膜絲酸(堿)浸泡一定時(shí)間后，放置對(duì)應(yīng)的堿(酸)浸泡一定時(shí)間，并記錄上述8組試驗(yàn)反應(yīng)速度、反應(yīng)時(shí)間及清洗效果，繼而確定清洗方式及藥劑濃度和時(shí)間。

　　3.2 膜通量的測(cè)定

　　將多根剛?cè)∠碌哪そz做成小組件。將小組件連接蠕動(dòng)泵，在一定溫度和壓力條件下用印染廢水水樣測(cè)量清洗前的膜通量，記錄數(shù)據(jù)。按照膜清洗試驗(yàn)結(jié)果選取適當(dāng)濃度的清洗藥劑對(duì)污染膜進(jìn)行浸泡清洗。用純水沖洗膜內(nèi)的清洗劑，之后重新用同樣的印染廢水水樣在同溫同壓下測(cè)量沖洗過的膜通量，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　四、清洗效果分析

　　4.1 膜清洗試驗(yàn)結(jié)果

　　膜清洗試驗(yàn)顯示，堿洗浸泡約1.5h，膜絲反應(yīng)完全，污染物去除效果很明顯，酸洗浸泡約1.5h，污染物去除效果不顯著，酸堿交替浸泡共約3h，膜絲反應(yīng)完全，污染物去除效果很明顯，如圖2、圖3所示。

　　膜絲污染物以堿洗效果為佳，浸泡時(shí)間約為1.5h，混合堿液濃度為2%～3%NaOH+0.2%～0.3%NaCLO時(shí)效果最好，隨著清洗時(shí)間的增加，膜通量會(huì)逐漸恢復(fù)。強(qiáng)堿主要是去除蛋白、藻類等生物污染，膠體污染以及大多數(shù)的有機(jī)污染物。因此，該膜生物反應(yīng)器膜絲污染類型主要為有機(jī)污染和膠體污染。

　　4.2 膜通量的測(cè)定

　　考慮到PVDF膜清洗過程中堿液浸泡可能導(dǎo)致膜性能發(fā)生變化，本次清洗采用濃度較低的堿液(2%NaOH+0.2%NaCLO)。另外，結(jié)合小試試驗(yàn)結(jié)果以及時(shí)間的緊迫性，考慮現(xiàn)場(chǎng)酸堿交替清洗中的操作難度以及交替清洗操作需要較長(zhǎng)的清洗時(shí)間，建議單次進(jìn)行獨(dú)立的一次性堿洗。

　　從表3可以看出，膜污染后膜通量較設(shè)計(jì)值(印染廢水)降低了17.7%，影響MBR系統(tǒng)的產(chǎn)水性能，經(jīng)過純水清洗后，通量恢復(fù)較小，約占可恢復(fù)通量的15%，經(jīng)過堿洗后，通量恢復(fù)較大，約占可恢復(fù)通量的84%。

　　由于膜污染一般分為可逆污染和不可逆污染，可逆污染是可以通過清水反洗、曝氣抖動(dòng)等措施去除的暫時(shí)污染，而不可逆污染則是不能通過水力清洗措施去除的膜污染，只有在清洗劑中加入酸或堿等化學(xué)藥劑，通過化學(xué)藥劑反應(yīng)才能去除的膜污染。從清洗試驗(yàn)結(jié)果來看，該膜污染通過清水反洗只去除了很小一部分污染物，而經(jīng)過堿洗之后，通量得到明顯恢復(fù)，因此該膜污染的污染層以不可逆污染為主。

　　五、現(xiàn)場(chǎng)清洗方案

　　根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)污染膜的清洗方案確定為以下方案。清洗的主要方式為混合堿液浸泡清洗。清洗的流程如下。

　　(1)槽車送藥加藥至現(xiàn)場(chǎng)CIP加藥桶(容積2000L，材質(zhì)PE，數(shù)量2個(gè))，每個(gè)加藥桶加1500L30%工業(yè)級(jí)NaOH濃藥和500L10%工業(yè)級(jí)NaCLO濃藥。

　　(2)使用CIP加藥泵(流量25m3/h，揚(yáng)程10m，功率15kW，口徑DN65，數(shù)量2臺(tái))分別加藥(2000L混合堿液)至2個(gè)化學(xué)清洗池。

　　(3)將2個(gè)化學(xué)清洗池中分別加入清水至高度3.2m處，浸泡藥劑容積均為24m3，最終化學(xué)清洗池中藥劑濃度均約為2.4%混合堿液。

　　(4)將待清洗的兩套膜箱上的產(chǎn)水閥門、反洗閥門及曝氣閥門關(guān)閉。

　　(5)拆除兩套膜箱產(chǎn)水管和曝氣管連接口。

　　(6)將兩套膜箱依次起吊，并進(jìn)行清水沖洗(建議現(xiàn)場(chǎng)選用低壓水槍，禁止使用高壓水)，將膜絲表面附著污染物清除，膜曝氣孔堵塞可采用：采用人工手動(dòng)清理曝氣孔，去除曝氣孔口堆積的污泥，將膜箱放置于化學(xué)清洗池中，連接膜箱上曝氣管口與CIP清洗管路加藥口，將清水打入曝氣管路中，時(shí)間控制根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)清洗情況而定。

　　(7)將兩套沖洗完畢的膜箱依次吊入膜化學(xué)清洗池中，開始浸泡，浸泡時(shí)間初步均為1.5～2.0h，可根據(jù)實(shí)際污染情況適當(dāng)延長(zhǎng)。其間，兩套膜箱浸泡時(shí)需要適當(dāng)開啟曝氣。

　　(8)浸泡結(jié)束后，依次起吊兩套膜箱，將兩套膜箱依次吊至膜池中連接好曝氣管路及產(chǎn)水管路，建議執(zhí)行反洗1～2次后恢復(fù)產(chǎn)水。

　　(9)后續(xù)批次膜箱重復(fù)步驟(4)至步驟(8)。

　　六、結(jié)論

　　本文通過對(duì)某印染廢水處理過程中的污染膜進(jìn)行清洗試驗(yàn)，比較各種濃度清洗劑的清洗效果，結(jié)果表明，濃度為2%NaOH+0.2%NaCLO的堿液對(duì)該污染膜的清洗效果最好。清洗后，膜通量恢復(fù)值占可恢復(fù)通量的84%，且該污染膜主要存在有機(jī)污染和膠體污染，其中污染層以不可逆污染為主。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本文制定出現(xiàn)場(chǎng)污染膜的清洗方案，通過清洗延長(zhǎng)了膜的使用時(shí)間。清洗后，膜的使用壽命得到延長(zhǎng)，因膜更換產(chǎn)生的成本得到降低。隨著膜清洗技術(shù)的不斷發(fā)展，膜技術(shù)在污水處理領(lǐng)域也會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。(來源：中國城市建設(shè)研究院有限公司山東分院，同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司)