渗滤液处理厂MBR系统超滤产水通量下降的原因分析及建议

2018-10-16谢辉陈育豪深圳能源资源综合开发有限公司

节能与环保 2018年9期

文-谢辉陈育豪深圳能源资源综合开发有限公司

1 超滤系统

1.1 超滤系统介绍

渗滤液处理厂超滤膜材质PVDF，单支面积27.05m2，8寸膜，不锈钢膜壳，管长3m，膜过滤孔径为20～30nm，环路循环流量275m3/h，设计膜通量68.04 l/m2·h；每组超滤单元包括5支相串联的超滤膜组件和1个循环泵，设计通量为220m3/d，MBR系统双线运行，每线配备5套超滤单元，超滤膜组配套清洗设备，用于停机冲洗、清水清洗及化学清洗，化学清洗周期为每运行30d进行一次。膜组出水COD＜800mg/L，氨氮＜5mg/L，SS＜20mg/L。

1.2 运行存在的问题

超滤膜组在2016年9月以前产水通量基本保持15m3/h以上，每次累积运行30d后进行化学清洗，清洗后单线超滤通量均能恢复至20m3/h左右，2016年9月开始超滤产水通量逐步下降至12月初的7m3/h以下，经过化学冲洗后也无法恢复通量，随后最高能恢复至10m3/h，无法达到原本通量。

1.3 问题初究

超滤膜组通量下降的原因可能在于膜组本身或者是运行条件变化导致，正常情况下导致超滤通量下降的原因为：浓差极化和膜污染，浓差极化是致膜分离过程中溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是膜与本体溶液界面区域浓度越来越高，在浓度梯度下溶质有膜本体向溶液本体扩散，形成边界层，使流体阻力和局部渗透压上升，从而导致溶剂透过流量下降。膜污染是由于杂质进入膜空隙内部，吸附在膜内部，减少有效的膜孔径数量及孔径，使产水通量下降，造成膜污染的物质主要为水中的溶解性有机物，特别是腐殖酸类天然有机物。浓差极化可通过冲洗、清洗等方式去除，一般为可逆的；膜污染用水力或化学清洗均难以恢复，为不可逆的污染。

2 原因分析

2.1 膜组老化

超滤膜组随着使用时间增加，膜组会逐渐老化，截留的污染物会对膜组造成污染，影响膜组通量。根据厂家技术协议，超滤膜组换膜年限为5a，渗滤液处理厂超滤B线较超滤A线运行时间更长，但目前超滤通量相似，以超滤循环泵累积运行时间计算，目前超滤膜组运行时间如表1。

表1 超滤膜组运行时间

由表1可以看出超滤膜组目前运行时间最长的为B线1#膜组，最短的是A线1#膜组，运行时间相差接近3倍，均小于理论换膜时间，同时产水通量目前也高于设计通量。超滤A线保养一年后恢复时通量与超滤B线相同，表明即使各线超滤运行时间不同，但产水通量均差不多，因此膜组通量下降应与膜组运行时间无关。

2.2 化学清洗

为了去除超滤装置运行过程中膜组内沉积的污染物,必须对超滤装置进行化学清洗，此前超滤膜组在累积运行30d后会进行化学清洗，每次清洗后均会有一定程度的通量上升。自超滤通量下降后，更换过多种化学清洗药剂，同时在清洗方式、药剂用量、清洗频率上进行多次调整，化学清洗的作用均不明显。在7月之前，大部分膜组在化学清洗时，最大通量能达到满通量（即307m3/h），而8月开始超滤膜组化学清洗时最大通量逐步下降，目前平均为15m3/h左右，12月B4#膜组更换为超滤A1#膜组后，第三次化学清洗时最大通量也下降至17m3/h。超滤膜组在化学清洗后会恢复通量，但8月以后化学清洗效果不明显，通量不增加。因此可判断7～8月开始，超滤膜组受到不可逆的污染，即便是化学清洗也无法恢复膜组清洗通量，膜孔可能受到一定程度的堵塞，在正常的化学清洗下无法进行去除。

2.3 进出水水质变化

超滤进水的不同的污泥浓度会对膜通量产生一定的影响，浓度较大会增加跨膜压差。从运营数据来看，超滤进水污泥浓度总体呈现下降趋势，但与超滤B通量变化不符，在污泥浓度为30g/L时，对于超滤产水通量可为16 m3/h、14 m3/h、8m3/h，因此判断进水污泥浓度对超滤产水通量影响不大。进入MBR系统的电导率及氯离子浓度从7月开始逐步上涨，进而导致MBR出水的电导率及氯离子浓度也有一定程度的上升，而超滤的通量变化为急剧减低后缓慢减低，再略微提升，因而电导率的上升与下降对于超滤而言影响不大。

在MBR系统在进出水COD、氨氮变化时，其营养物质比例发生变化后，其出水均能在设计范围以内，表明MBR系统具有较好的耐冲击性，故而排除因营养物质造成超滤通量下降的可能性。MBR系统总硬、钙硬的变化代表系统内无机离子量的变化，无机离子过多会使超滤膜表面形成无机垢，不过在进行化学清洗的情况下能去除覆盖在膜表面的覆盖物。

2.4 餐厨垃圾的影响

渗滤液处理厂自2016年7月底开始接收电厂餐厨垃圾的废水，餐厨废水中主要成分是剩余食物和水，以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物为主要成分，具有营养成分高、含水率高、油脂和盐分含量高、易腐发酵发臭等特点。由于缺乏预处理装置，餐厨废水直接进入调节池，后续进入厌氧系统、MBR系统，其中所含的高油、高有机大分子直接进入系统内，如在系统内无法去除，易对超滤膜组造成污染，大分子有机物为疏水性物质，在膜表面覆盖会影响膜组的通量。结合餐厨垃圾接收量及调节池水质等，分析与超滤通量变化的关系。

在7月到11月期间，电厂每天接收的餐厨垃圾量在5t左右，期间频率逐渐加大；12月以后每天的接收量接近15t，随后一直较为稳定。超越厌氧进水量以碳氮比为基准进行调节，丰水期厌氧进水较多的情况下会加大进水量，进水时原水中的大分子物质未经厌氧降解即进入MBR系统，12月12日～17日因运行调整，超越进水量为零或者较少，此是超滤产水通量刚好到达最低点6.5m3/h左右，在少进超越情况下通量逐步上升。

调节池废水中动植物油类在12月中旬达到最大值，此时超滤通量刚好是最低值，随后调节池内动植物油类逐步下降，而超滤通量也逐步上升。调节池内动植物油类下降的原因可能为电厂将餐厨垃圾废水引入填埋场进行厌氧后再进入渗滤液调节池，避免高油废水直接进入沥滤液调节池。

3 总结

由于超滤膜组的运行时间、化学清洗药剂方式等的变化对膜组通量变化没有直接的影响，MBR系统进出水水质的COD、氨氮、pH、污泥浓度等常规参数变化与超滤通量的趋势不符，且产水水质一直在设计范围以内，因此判断膜组通量变化主要原因为电厂接收餐厨废水以后未进行预处理直接排放至沥滤液调节池，导致超越进水水质的变化；其中是否存在可溶解性的小分子物质导致膜孔的不可逆污染，需在大分子物质减少以后，观察膜组通量是否能进一步恢复来判断。