MBR(膜生物反应器)是现代污水处理的新型高效技术，在污水处理以及污水厂升级改造中具有很好的前景。乌鲁木齐甘泉堡污水处理厂采用 MBR 生物处理+高级催化氧化+消毒的工艺，MBR 膜组件实际超期使用了 2 年，在运行系统中出现膜丝的断裂、脱落，污堵等现象导致了系统产能下降。本研究针对乌鲁木齐甘泉堡污水处理厂 MBR 膜组件的清洗方法以及 MBR 工艺长期运行中膜组件跨膜压差的变化，分析了 MBR 膜组件的清洗效果，并在确保 MBR 系统产水能力的前提下，对清洗方式进行了多方面优化调整，为类似工业废水处理厂 MBR 膜组件的清洗和维护提供了技术及数据参考。
[关键词]
MBR 膜组件；清洗方式；跨膜压差
乌鲁木齐甘泉堡污水处理厂规模为 10.5 万 m3/d。其污水水源主要包括园区内的工业污废水及部分生活污水。通常工业开发区污水水质不易稳定，虽然经过厂内预处理后会有一定的水质稳定波段，但受工业区招商情况变化、工业生产规模、生产工艺情况变化而变化，因此污水处理厂进水水质都会考虑一定的污水水质变化幅度，工业废水若不加控制未经处理直接进入污水厂，会冲击污水厂的正常运行，严重时会造成处理系统的瘫痪。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准+修改单》(2006)(GB18918-2002)一级 A 标准，尾水通过退水管线近期外排北沙窝，远期排入规划建设的污水库。根据乌鲁木齐甘泉堡污水处理厂恢复性清洗之前和恢复性清洗之后跨膜压差(TMP)前后的变化情况，对 MBR 膜组件的清洗方法进行分析，对 MBR 膜组件清洗效果进行了总结，并根据 MBR 膜清洗的效果对清洗方式进行了优化调整。
1 工程概况
1.1 工艺流程
处理工艺流程如图 1 所示。由于本项目出水水质较高，因此需要采用一级处理(预处理)、二级处理(生化处理)和三级处理(物化处理)，方能处理达标。采用 MBR 生物处理+高级催化氧化+消毒的技术[1-2]。生物膜反应器组件使用 PVDF 膜，PVDF膜的孔径为 0.1~0.4 μm，能够高效的将固液进行分离，悬浮物和浊度接近于零，能够直接回用。设计流量为 1.22 m3/s，膜组件设计运行的使用寿命为五年，膜池分为 1 号、2 号两组，由160 个膜组件组成。每组膜池具有独立的抽吸系统、反洗系统、污泥回流系统，抽吸的产水管作为水反洗的进水管。处理工艺流程如图 1 所示。
1.2 设计进出水水质
为出水水质便于回用工业园区的工业及绿化，实现污水资源化，因此出水水质主要 指标执行的标准由原设计 的“GB18918-2002 一级 A 标准”提高至 GB3838-2002 地表 IV类水质标准。由于工业开发区污水水质不易稳定，进水浓度常常超出设计值，如表 1 所示。
1.3 MBR 膜系统运行过程中出现的问题及其原因
MBR 膜运行过程中存在产能降低、部分膜丝断裂及脱落、部分膜丝严重污堵[3]、清洗频率和强度增加、膜通量下降等问题。经分析，主要原因如下：
(1)在时间上，膜已经达到使用年限，膜的性能出现衰弱的现象，随之出现膜通量下降，产水量降低。
(2)在清洗过程中，频繁的人工洗膜以及洗膜过程强度过大，导致清洗时部分的膜丝断开、断裂、脱落等现象，减小了有效膜面积，因此影响了出水水质 。
(3)运行时间和进水水质的影响，进水水质的成分和含量以及运行过程的时间影响，使一部分膜丝出现不可恢复的污堵现象，跨膜压差随之增大，经过清洗难以恢复，膜丝的污堵使膜通量下降。
(4)随着洗膜频率的增加和洗膜强度的增大，膜系统运行时间的缩减，导致产能下降。
(5)运行维护过程中，存在一些运行、维护管理不到位的方式，清洗方式不适合等现象，导致膜丝性能的衰减。
2 膜清洗方式及其效果分析
2.1 MBR 膜清洗方式
在水处理运行过程中，MBR 膜由于产水泵具有负压抽吸的作用，混合液中的微生物、SS 颗粒、SMP(溶解在水体中的胞外聚合物)、胶体、EPS(附着在微生物细胞外的胞外聚合物)，等物质在膜表面不断堆积，会造成膜的污染，如图 2 所示
2.2 MBR 膜间歇模式与清洗效果分析
由于膜的污染程度受到曝气强度、MLSS、进水水质、反洗频率、过滤通量、启停时间间隔等很多方面的影响，膜污染是一个随着时间推移而不断累积的过程，由于受运行时间的制约，无法对膜污染控制进行全面系统的研究。乌鲁木齐甘泉堡污水处理厂的 MBR 系统采用恒定产水量的方式运行，因此本研究将以间歇模式、清洗 MBR 膜前后跨膜压差(TMP)为对象研究膜污染的情况及其清洗效果。查阅相关文献发现通常自吸泵设置 1~9 min 为运行时间，0.5~2.0 min 为停止时间。因此，实验在(16.56 L/m2/h)恒定通量模式下，设置了三种水处理运行的间歇模式，模式一：自吸泵运行 7.0 min 停止 1.0 min，模式二：自吸泵运行 6.0 min 停止 1.0 min，模式三：自吸泵运行7.0 min 停止 1.5 min，随着时间的变化监测跨膜压差随，确定最优间歇模式，结果如图 3 所示。
将停止时间都为 1.0 min 时的两种模式相进行对比，发现模式一的跨膜压差上升的速度要快于模式二，表明跨膜压差随着运行时间的增加而上升的越快，膜污染也越严重。对比相同运行模式一和模式三的两种情况，停止 1.5 min 的模式三的跨膜压差上升的速度明显小于停止 1.0 min 的模式一，说明跨膜压差随着停止时间的延长而上升越慢，膜污染的速度也越慢。
通过时间间歇模式的对比分析，最终确定自吸泵模式三(运行时间为 7.0 min，停止时间为 1.5 min)，8.5 min 完成一个间歇模式的运行方式最为合适，能够减缓膜的污染速度。乌鲁木齐甘泉堡污水厂膜系统的清洗分为水反洗、化学清洗两种，其主要清洗参数和清洗作用见表 2。
水反洗是系统运行常规处理膜污染控制措施，水反洗能有效延缓 MBR 系统的污染时间，减小系统中 TMP 的增加，能够降低化学清洗的频率，使膜组件的寿命延长。按清洗药剂的种类划分可分为碱洗和酸洗两种。碱洗能够使附着在膜丝表面的微生物失活及去除有机污染物；酸洗则能够清除附着在膜丝表面的无机污染物，按清洗频率划分则分为维护性清洗与恢复性清洗，维护性清洗所需时间较短、所需的清洗药剂的浓度较低、清洗的频率比较高，水反洗的目的在于保持常规运行中膜的透水性，同时水反洗能够延长恢复性清洗的周期，恢复性清洗所需时间比较长、使用的清洗药剂的浓度比较高、恢复性清洗频率较低，恢复性清洗的目的在于恢复膜的透水性。对 1#膜池和 2#膜池的膜组件进行恢复性清洗，膜组件的跨膜压差(TMP)的变化情况如图 4 所示，对 1#膜池和 2#膜池先用次氯酸钠对膜丝表面的微生物及有机污染物清洗，之后再用氨基磺酸清除膜丝表面的无机物污染物。
由图 4 可知，采取对膜组件先用次氯酸钠清洗，之后再用氨基磺酸清洗的方法，跨膜压差出现了明显降低，1#膜池清洗后跨膜压差由约 35 kPa 恢复到约 10 kPa，TMP 下降 25 kPa， 2#膜池清洗后跨膜压差由约 50 kPa 恢复到约 10 kPa，TMP 下 降 40 kPa。其主要原因是由于膜丝表面附着的污堵物质主要为微生物，先用次氯酸钠对膜丝表面附着微生物的进行灭活和清除。这有利于之后氨基磺酸去除膜丝上结垢的无机物。
3 结论
(1)乌鲁木齐甘泉堡污水处理厂的 MBR 工艺运行效果稳定，且出水水质能够满足 GB3838-2002 地表 IV 类水质标准的要求,该工程的实际运行效果进一步验证了 MBR 工艺用于污水再生回用的可行性。
(2)膜污染包括无机物污染、有机物污染和微生物污染。乌鲁木齐甘泉堡污水处理厂对膜污染的处理方式有两种：水反洗和化学清洗。水反洗是系统常规采用的处理膜污染的处理措施，能有效降低超滤膜 TMP 的升高，减少膜污染的化学清洗的频率，达到延长膜组件的寿命的目的。
(3)次氯酸钠清洗和氨基磺酸清洗对膜污染都有较好的去除作用，两者搭配使用，清洗效果比较好，MBR 系统经清洗之后 TMP 值能够由原来的 50.0 kPa 降低至 10.0 kPa。
原标题：工业园区污水厂MBR膜水清洗及化学清洗效果分析
原作者：韩超，李彦泉
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