根據(jù)實例探討MBR工程膜離線清洗

高云鳳

（江蘇碧水源環(huán)境科技有限責任公司，江蘇 無錫 214028）

眾所周知，我國人口眾多，人均資源的占用量較低，水資源短缺一直是我國大部分地區(qū)的重要問題，同時，水資源污染問題也是造成水資源短缺現(xiàn)象的關(guān)鍵因素。因此，我國有關(guān)部門需要加強現(xiàn)代污水處理技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)，并將其應用于各個地區(qū)的污水處理廠中，確保在最大程度上提高污水處理的水平，以此來優(yōu)化、改善現(xiàn)在的生態(tài)環(huán)境，確?，F(xiàn)代社會整體正常穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)與發(fā)展。

1 項目基本概況

無錫城北污水處理廠四期工程，設(shè)計規(guī)模5.0萬m3/d，總變化系數(shù)K總=1.20。工程采用A3O-MBR工藝，MBR膜系統(tǒng)采用MBRU-1 000-LSB型膜組器，配置8個廊道，共64套膜組器，尾水采用臭氧接觸消毒工藝，污泥處理采用重力濃縮、離心機械脫水工藝。2015年11月將64臺膜組器的膜片（27.5 m2/片）更換為碧水源RF-III膜片（35 m2/片），同時將MBR系統(tǒng)原“管式曝氣”改為“槽式曝氣”[1]。

根據(jù)運行數(shù)據(jù)分析，城北廠四期自2015年11月?lián)Q膜至今，日均產(chǎn)水量在45 000 m3/d左右。2016年運行情況良好，年均跨膜壓差在-12 kPa左右，膜污染較輕，離線清洗未見異常，清洗效果良好；2017年運行情況良好，年均跨膜壓差在-15 kPa左右，膜污染情況一般，離線清洗未見異常；由于冬季水溫較低以及城北廠平板膜產(chǎn)水量低和一、二期系統(tǒng)不穩(wěn)定因素等影響，四期MBR系統(tǒng)清洗周期為9天，無法清洗到位，到2018年3月膜系統(tǒng)跨膜壓差TMP數(shù)值逐漸上升至較高水平（-25 kPa），離線拆片發(fā)現(xiàn)膜組件污染并不嚴重，纖維類污染物也較少但膜絲多呈深綠色?，F(xiàn)場嘗試采用常規(guī)離線清洗“次氯酸鈉+草酸”聯(lián)合清洗，經(jīng)次氯酸鈉和草酸離線浸泡后膜絲顏色無法恢復，且膜通量短暫恢復后又急劇上升。

2 膜絲污染分析

2.1 污染程度和污染類型

取綠色明顯和綠色較淺實為淺黃色的膜絲樣品（圖1）測定其純水通量，綠色明顯膜通量范圍為400～800 LMH，平均通量584 LMH，污染程度為70%～80%：淺黃色膜絲通量普遍高于綠色膜絲，通量平均值達到1271 LMH，明顯比綠色高一倍。

對污染膜絲進行掃描并在電鏡下*1 000、*5 000放大分析，綠色膜絲表面有大量溝壑不平區(qū)域，除溝壑處外平整區(qū)域較干凈，部分區(qū)域可見膜孔，可能是由于取樣段較為干凈。淺黃色膜絲表面有凸起狀結(jié)構(gòu)，表面不平整，有較薄凝膠層污染，污染類型為表面復合污染[2]（如圖2）。

2.2 污染物無機成分測試

取綠色較深膜絲，使用硝酸浸泡膜絲樣品 100 cm，浸泡過程中無氣泡生產(chǎn)，膜絲顏色變淡黃色接近白色，使用ICP測試其洗脫液中無機元素含量，測試結(jié)果見表1，結(jié)果顯示主要無機污染物為鐵污染。

表1 ICP測試洗脫液無機元素含量

2.3 不同藥液浸泡處理膜絲及分析

對綠色污染膜絲進行清洗，普通方案清洗后膜絲顏色不變，且通量不能完全恢復，為驗證是否有色物質(zhì)影響膜絲通量，故對綠色膜絲分別進行不同藥液浸泡處理并測試其膜絲通量，并對顏色成因進行分析。藥液浸泡前后膜絲通量及膜絲顏色變化見表2。

表2 不同處理方案膜通量變化

經(jīng)過（10 000 ppmNaClO+0.2%CTAB）浸泡后，膜絲顏色恢復接近白色且純水通量可恢復至2 241 LMH。只使用0.2%CTAB浸泡膜絲，膜絲顏色就會有效去除且通量有所提升，側(cè)面驗證膜絲中有色物質(zhì)的存在對通量有較大影響，表1中通量數(shù)據(jù)也能說明此問題。

經(jīng)過（NaClO+CTAB）浸泡后膜絲綠色消失，洗脫液顏色為淺黃色。經(jīng)過0.2% CTAB浸泡，膜絲綠色也可消失，洗脫液為綠色 。針對綠色洗脫液，考慮其顏色可能為亞鐵（顯綠色）或有機物造成[3]。由以上實驗得知：

（1）綠色洗脫液中滴加 NaClO后，洗脫液顏色變淺黃色。次氯酸鈉可與一部分有機物反應，同時具有氧化性，可將亞鐵氧化為三價鐵，綠色消失，不能確定顏色是否為有機物或亞鐵造成；

（2）綠色洗脫液中滴加 NaOH 溶液，溶液基本變透明，未發(fā)現(xiàn)有明顯沉淀現(xiàn)象。氫氧化鈉不具有氧化性，但能與一部分有機物反應，綠色消失，說明存在顯綠色的有機物，氫氧化鈉同時可與亞鐵或三價鐵反應生成沉淀，溶液未見明顯沉淀，應是鐵含量較少的原因，可排除綠色由亞鐵造成；

（3）綠色洗脫液中滴加雙氧水，溶液顏色稍變淡，但仍為綠色。雙氧水為氧化劑，可將亞鐵氧化成鐵，又可與一部分有機物反應，但溶液綠色未完全消去，說明顯綠色的有機物并未與雙氧水完全反應，也可排除亞鐵對綠色的影響。

（4）為驗證二價亞鐵是否能使溶液呈現(xiàn)綠色，配置14 ppm二價亞鐵（硫酸亞鐵）溶液，初始溶液顏色帶綠，但非常淺，放置10 min后，溶液顏色變黃色，這說明在空氣中，亞鐵離子很不穩(wěn)定，很快被氧化為三價鐵，呈現(xiàn)棕黃色，也能證明洗脫液顯綠色并非亞鐵造成。

總結(jié)：推測膜絲呈綠色的原因是由于有機污染物質(zhì)導致，同時存在無機污染物質(zhì)鐵污染。

2.4 無錫城北水質(zhì)數(shù)據(jù)

無錫城北2018年4月5日所送水樣檢測數(shù)據(jù)顯示，混合液中Fe元素含量偏高，與膜污染洗脫液中鐵含量較高相符，水中氯離子較高，對不銹鋼存在腐蝕。

2.5 綜合結(jié)果分析

基于以上結(jié)果，確定城北廠四期膜絲污染為有機污染物質(zhì)和無機污染物質(zhì)的復合污染，污染程度達70%～80%，主要無機污染物為鐵污染，由于進水有機成分較為復雜，暫時無法檢測出有效污染物成分。膜絲變色以及膜通量影響主要是由有機污染物造成，普通清洗方案已無法去除該污染成分，可通過添加表面活性劑CTAB 去除膜絲顏色[4]。

3 清洗方案的確定

根據(jù)以上結(jié)果分析推薦離線清洗采用（NaClO+CTAB）+酸洗的方式。鑒于清洗化學藥劑成份以及膜絲長期運行的耐受濃度等考慮，初步確定采用 NaClO、CTAB 和草酸、檸檬酸不同組合方式進行清洗，實驗室設(shè)置4組處理組（處理組1：5 000ppm NaClO+2%草酸；處理組2：5 000 ppm NaClO+2%檸檬酸；處理組3：（5 000 ppm NaClO+0.2 CTAB）+2%草酸；處理組4：（5 000 ppm NaClO+0.2 CTAB）+2%草酸）。

表3 清洗通量變化情況

處理組1和處理組2分別用 NaClO 和草酸、檸檬酸組合清洗，聯(lián)合清洗后，膜絲通量恢復水平一般，僅可恢復至 1 303 LMH 和 1 273 LMH；處理組3和處理 4 加入表面活性劑 CTAB，進一步清洗后，膜絲通量有較大恢復，分別提升1 118LMH和1 066 LMH，添加劑效果明顯。經(jīng)兩步聯(lián)合清洗后，最終膜通量恢復至2 008 LMH和1 936 LMH。

推薦清洗方案：（5 000 ppm NaClO+0.2% CTAB）+2%草酸或2%檸檬酸。綜合考慮城北廠實際情況，確定清洗方案為（5 000 ppm NaClO+0.05% CTAB）+0.5%草酸。先對膜進行水力沖刷，確保表面污泥、雜物清理干凈，再采用（5 000 ppm NaClO+0.05%CTAB）藥液浸泡12 h，將膜上殘留藥液沖洗干凈，最后將0.5%草酸藥液浸泡12 h。

4 結(jié)論

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無錫城北污水處理廠四期工程需消耗大量時間，但借助膜處理技術(shù)以及MBR技術(shù)，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)污水處理的理念與方式，在很大程度上提高了污水處理工作的效率，確保所排放的水質(zhì)符合國家標準，保障了良好、健康的自然生態(tài)環(huán)境。