根据实例探讨MBR工程膜离线清洗

2021-11-10高云凤

皮革制作与环保科技 2021年12期

高云凤

（江苏碧水源环境科技有限责任公司，江苏无锡 214028）

众所周知，我国人口众多，人均资源的占用量较低，水资源短缺一直是我国大部分地区的重要问题，同时，水资源污染问题也是造成水资源短缺现象的关键因素。因此，我国有关部门需要加强现代污水处理技术与设备的研发，并将其应用于各个地区的污水处理厂中，确保在最大程度上提高污水处理的水平，以此来优化、改善现在的生态环境，确保现代社会整体正常稳定的运转与发展。

1 项目基本概况

无锡城北污水处理厂四期工程，设计规模5.0万m3/d，总变化系数K总=1.20。工程采用A3O-MBR工艺，MBR膜系统采用MBRU-1 000-LSB型膜组器，配置8个廊道，共64套膜组器，尾水采用臭氧接触消毒工艺，污泥处理采用重力浓缩、离心机械脱水工艺。2015年11月将64台膜组器的膜片（27.5 m2/片）更换为碧水源RF-III膜片（35 m2/片），同时将MBR系统原“管式曝气”改为“槽式曝气”[1]。

根据运行数据分析，城北厂四期自2015年11月换膜至今，日均产水量在45 000 m3/d左右。2016年运行情况良好，年均跨膜压差在-12 kPa左右，膜污染较轻，离线清洗未见异常，清洗效果良好；2017年运行情况良好，年均跨膜压差在-15 kPa左右，膜污染情况一般，离线清洗未见异常；由于冬季水温较低以及城北厂平板膜产水量低和一、二期系统不稳定因素等影响，四期MBR系统清洗周期为9天，无法清洗到位，到2018年3月膜系统跨膜压差TMP数值逐渐上升至较高水平（-25 kPa），离线拆片发现膜组件污染并不严重，纤维类污染物也较少但膜丝多呈深绿色。现场尝试采用常规离线清洗“次氯酸钠+草酸”联合清洗，经次氯酸钠和草酸离线浸泡后膜丝颜色无法恢复，且膜通量短暂恢复后又急剧上升。

2 膜丝污染分析

2.1 污染程度和污染类型

取绿色明显和绿色较浅实为浅黄色的膜丝样品（图1）测定其纯水通量，绿色明显膜通量范围为400～800 LMH，平均通量584 LMH，污染程度为70%～80%：浅黄色膜丝通量普遍高于绿色膜丝，通量平均值达到1271 LMH，明显比绿色高一倍。

对污染膜丝进行扫描并在电镜下*1 000、*5 000放大分析，绿色膜丝表面有大量沟壑不平区域，除沟壑处外平整区域较干净，部分区域可见膜孔，可能是由于取样段较为干净。浅黄色膜丝表面有凸起状结构，表面不平整，有较薄凝胶层污染，污染类型为表面复合污染[2]（如图2）。

2.2 污染物无机成分测试

取绿色较深膜丝，使用硝酸浸泡膜丝样品 100 cm，浸泡过程中无气泡生产，膜丝颜色变淡黄色接近白色，使用ICP测试其洗脱液中无机元素含量，测试结果见表1，结果显示主要无机污染物为铁污染。

表1 ICP测试洗脱液无机元素含量

2.3 不同药液浸泡处理膜丝及分析

对绿色污染膜丝进行清洗，普通方案清洗后膜丝颜色不变，且通量不能完全恢复，为验证是否有色物质影响膜丝通量，故对绿色膜丝分别进行不同药液浸泡处理并测试其膜丝通量，并对颜色成因进行分析。药液浸泡前后膜丝通量及膜丝颜色变化见表2。

表2 不同处理方案膜通量变化

经过（10 000 ppmNaClO+0.2%CTAB）浸泡后，膜丝颜色恢复接近白色且纯水通量可恢复至2 241 LMH。只使用0.2%CTAB浸泡膜丝，膜丝颜色就会有效去除且通量有所提升，侧面验证膜丝中有色物质的存在对通量有较大影响，表1中通量数据也能说明此问题。

经过（NaClO+CTAB）浸泡后膜丝绿色消失，洗脱液颜色为浅黄色。经过0.2% CTAB浸泡，膜丝绿色也可消失，洗脱液为绿色。针对绿色洗脱液，考虑其颜色可能为亚铁（显绿色）或有机物造成[3]。由以上实验得知：

（1）绿色洗脱液中滴加 NaClO后，洗脱液颜色变浅黄色。次氯酸钠可与一部分有机物反应，同时具有氧化性，可将亚铁氧化为三价铁，绿色消失，不能确定颜色是否为有机物或亚铁造成；

（2）绿色洗脱液中滴加 NaOH 溶液，溶液基本变透明，未发现有明显沉淀现象。氢氧化钠不具有氧化性，但能与一部分有机物反应，绿色消失，说明存在显绿色的有机物，氢氧化钠同时可与亚铁或三价铁反应生成沉淀，溶液未见明显沉淀，应是铁含量较少的原因，可排除绿色由亚铁造成；

（3）绿色洗脱液中滴加双氧水，溶液颜色稍变淡，但仍为绿色。双氧水为氧化剂，可将亚铁氧化成铁，又可与一部分有机物反应，但溶液绿色未完全消去，说明显绿色的有机物并未与双氧水完全反应，也可排除亚铁对绿色的影响。

（4）为验证二价亚铁是否能使溶液呈现绿色，配置14 ppm二价亚铁（硫酸亚铁）溶液，初始溶液颜色带绿，但非常浅，放置10 min后，溶液颜色变黄色，这说明在空气中，亚铁离子很不稳定，很快被氧化为三价铁，呈现棕黄色，也能证明洗脱液显绿色并非亚铁造成。

总结：推测膜丝呈绿色的原因是由于有机污染物质导致，同时存在无机污染物质铁污染。

2.4 无锡城北水质数据

无锡城北2018年4月5日所送水样检测数据显示，混合液中Fe元素含量偏高，与膜污染洗脱液中铁含量较高相符，水中氯离子较高，对不锈钢存在腐蚀。

2.5 综合结果分析

基于以上结果，确定城北厂四期膜丝污染为有机污染物质和无机污染物质的复合污染，污染程度达70%～80%，主要无机污染物为铁污染，由于进水有机成分较为复杂，暂时无法检测出有效污染物成分。膜丝变色以及膜通量影响主要是由有机污染物造成，普通清洗方案已无法去除该污染成分，可通过添加表面活性剂CTAB 去除膜丝颜色[4]。

3 清洗方案的确定

根据以上结果分析推荐离线清洗采用（NaClO+CTAB）+酸洗的方式。鉴于清洗化学药剂成份以及膜丝长期运行的耐受浓度等考虑，初步确定采用 NaClO、CTAB 和草酸、柠檬酸不同组合方式进行清洗，实验室设置4组处理组（处理组1：5 000ppm NaClO+2%草酸；处理组2：5 000 ppm NaClO+2%柠檬酸；处理组3：（5 000 ppm NaClO+0.2 CTAB）+2%草酸；处理组4：（5 000 ppm NaClO+0.2 CTAB）+2%草酸）。

表3 清洗通量变化情况

处理组1和处理组2分别用 NaClO 和草酸、柠檬酸组合清洗，联合清洗后，膜丝通量恢复水平一般，仅可恢复至 1 303 LMH 和 1 273 LMH；处理组3和处理 4 加入表面活性剂 CTAB，进一步清洗后，膜丝通量有较大恢复，分别提升1 118LMH和1 066 LMH，添加剂效果明显。经两步联合清洗后，最终膜通量恢复至2 008 LMH和1 936 LMH。

推荐清洗方案：（5 000 ppm NaClO+0.2% CTAB）+2%草酸或2%柠檬酸。综合考虑城北厂实际情况，确定清洗方案为（5 000 ppm NaClO+0.05% CTAB）+0.5%草酸。先对膜进行水力冲刷，确保表面污泥、杂物清理干净，再采用（5 000 ppm NaClO+0.05%CTAB）药液浸泡12 h，将膜上残留药液冲洗干净，最后将0.5%草酸药液浸泡12 h。