MBR处理市政污水的膜清洗方法及污染特性研究.pdf

第42 卷第4期2023年8 月试验研究MBR处理市政污水的膜清洗方法及污染特性研究张轩12，王莹2 3，文亚萍，郭瑜（1.成都市排水有限责任公司，成都6 10 0 11；2.成都市兴蓉环境股份有限公司，成都6 10 0 11；3.四川师范大学生命科学学院，成都6 10 10 1）摘要：膜污染是MBR工艺运行的重要限制条件，膜清洗是抑制膜污染和恢复膜通量的主要途径，为探索更有效的膜恢复性清洗方法，提出“水气协同”清洗方法。为研究该方法的清洗效果，考察了该方法与常规方法清洗后MBR工艺运行过程中TMP的变化情况，对清洗前后的膜丝进行SEM分析，针对清洗后MBR工艺运行的TMP对温度、pH及MLSS等运行参数的响应进行了进一步研究。结果表明：“水气协同”清洗更彻底，且MBR膜特性基本保持不变，不同运行参数对TMP的影响不同，其中pH影响最小，温度的影响最为明显，随着温度降低TMP变化更加明显，污泥膨胀多发，SVI增大，同时低温能够影响微生物代谢，进而影响膜污染。“水气协同”清洗方法对膜污染的清除具有更好的效果，且操作简单，经济效益良好，对MBR工艺的广泛推广具有重要意义。关键词：MBR工艺；膜污染；恢复性清洗；运行参数中图分类号：X703Study on the Membrane Cleaning Process and Pollution CharacteristicsZHANG Xuan,WANG Ying,WEN Ya-ping,CUO Yu(1.Chengdu Drainage Co,Ltd,Chengdu 610011,China;2.Chengdu Xingrong GroupCo.,Chengdu 610011,China;3.College of Life Sciences,Sichuan Normal University,Chengdu 610101,China)Abstract:Membrane pollution is an important limiting condition of the MBR process operation,and membrane cleaning is themain way to restrain membrane pollution and restore membrane flux.In order to explore a more effective cleaning method formembrane recovery,a water-gas coordination cleaning method was proposed.In order to study the cleaning effect of thismethod,the changes of TMP during MBR process operation after cleaning by this method and conventional method were investigated.The membrane filaments before and after cleaning were analyzed by SEM,and the response of TMP to temperature,pH and MLSSof MBR process after cleaning was further studied.The results showed that the water-gas coordination cleans morethoroughly,and the characteristics of the MBR membrane remain basically unchanged.different operating parameters havedifferent effects on TMP,among which pH has the least effect,and the temperature has the most obvious effect.TMP changesmore obviously as the temperature decreases.The sludge swells frequently,and the SVI increases.At the same time,lowtemperature can affect microbial metabolism,thereby affecting membrane pollution.The water-gas coordination cleaningmethod has a better effect on the removal of membrane pollution,with simple operation and good economic benefit,which is ofgreat significance for the widespread popularization of MBR process.Keywords:MBR process;membrane pollution;restorative cleaning,operating parameters四川环境SICHUAN ENVIRONMENTD0I:10.14034/ki.schj.2023.04.004文献标识码：A文章编号：10 0 1-36 44(2 0 2 3)0 4-0 0 16-0 7of MBR for Municipal Wastewater TreatmentVol.42,No.4August 2023引言近年来污水排放标准愈发严苟，膜生物反应器（m e m b r a n e b io r e a c t o r，M BR）工艺因其在中水回用收稿日期:2 0 2 2-0 6-2 2基金项目：国家自然科学基金资助项目（52 0 0 0 133）。作者简介：张轩（19 9 4）,女，西安人，毕业于重庆大学给水排水专业，硕士研究生，主要从事污水处理研究。通讯作者：郭瑜,。及废水处理等领域有明显优势而被广泛关注 MBR工艺处理市政污水具有截留效率高、出水水质稳定、污泥产量低及占地面积小等特点，然而运4期行过程不可避免地会产生膜污染，降低膜通量，缩短膜使用年限，直接或间接地影响运行成本，使实际应用面临极大的挑战 2-3。膜污染主要是由于物料中的微粒、胶体粒子和溶质大分子与膜之间存在的物理化学或机械作用，引起膜表面或膜孔径内吸附、堵塞，使膜通量与分离特征发生不可逆变化的现象，主要形式包括膜孔堵塞、膜孔吸附、形成滤饼层及浓差极化，长期使用需对MBR膜进行清洗 4-5。据报道，常用的MBR膜清洗方法有水流反洗、气洗、机械擦洗等物理清洗法及稀酸、稀碱、氧化剂等化学清洗法 6 。物理清洗可一定程度恢复膜通量，不会产生二次污染，但清洗频率、能耗较高，且通常清洗不彻底；化学清洗法效果较好，使用广泛，常用次氯酸钠碱洗去除有机污染物，柠檬酸/草酸酸洗去除无机污染物，但通常需要引人大量清洗剂；而物理清洗与化学清洗结合，清洗效果更佳 7-8 。MBR工艺处理市政污水过程常需进行维护性清洗与恢复性清洗，其中恢复性清洗对膜污染的去除有重要作用，现阶段常规的恢复性清洗方法以化学清洗为主，即使用达到一定情况时，清空膜池后，通过倾倒方式一次向膜池内加入化学药剂进行浸泡并伴随曝气清洗 】。常规恢复性清洗对膜污染去除及通量恢复有很好的作用，但存在曝气时间长、能耗大、药剂耗损多且对浓差极化考虑不充分等问题。本研究提出“水气协同”清洗方法，该方法是一种物理化学结合的方法，与常规清洗方法相比，该方法充分利用强弱搭配的物理作用，减少药剂的逸散，考虑MBR中空纤维膜的内外部特性及浓差极化，确保清洗更为全面。同时该方法与常规清洗方法的管路及设备相似，降低了设施设备安装更换难度，对MBR技术推广使用具有重要意义。17材料与方法1.1实验装置及工艺实验采用工艺如图1。原水依次进入厌氧区、缺氧区、好氧区处理后，经膜池处理后排出。MBR中试装置处理量约为16 m/d，产水量为0.80.9m/h，采用8 min/2min的方式产水。膜池回流（R）、好氧回流（R）及缺氧回流（R,）分别为30 0%、2 7 0%及7 0%。厌氧区及缺氧区设置搅拌器，好氧区及膜池设置曝气装置。张轩等：MBR处理市政污水的膜清洗方法及污染特性研究0O个好氧回流（R2）图1实验工艺流程示意图Fig.1Flow chart of experiment process1.2持接种污泥及进水水质实验用接种污泥污泥取自成都市某再生水厂，进水为该再生水厂的膜格栅出水，实验期间MBR中试装置进水水质如表1所示。表1实验进水水质Tab.1Experimental inlet wastewater quality(mg/L)COD氨氮进水150 2001.3实验方法分析方法：温度（T）、p H 及污泥浓度（以MLSS表示）是MBR工艺运行的重要影响因素，T、p H 采用哈希分析仪HQd仪器测定，MLSS采用重量法测定，分别以该三个参数作为自变量研究其与跨膜压差（Transmembrane Pressure，T M P）的关系。实验中采用哈希试剂和设备测定样品水质浓度，测试方法依据哈希标准测试方法，分光光度计为哈希DR6000紫外可见光分光光度计，消解仪为哈希DRB200。T M P根据PLC在线监测设备读取计算，达到限值时取MBR膜组件清洗前后的膜丝采用JSM-6510LV扫描电子显微镜（ScanningElec-tron Microscope，SEM）分析。1.4MBR膜及膜污染特性分析方法采用MBR中空纤维膜，基本性能参数如表2。TMP作为衡量膜污染程度的重要指标之一，出水量恒定条件下，TMP越大表示膜阻力越大，污染越严重。本研究采用真空泵，保持产水量恒定（0.8 0.9 m/h），记录在线仪表产水压力，某公司中空纤维膜运行最佳状况产水压力限值为30kPa，通过多次静压实验，该膜组件静压约为10kPa，因此跨膜压差限值为40 kPa。实际运行过程中用静压与实际产水压力的差值计算TMP，根据TMP评估膜污染情况。17缺氧回流（R3)膜池回流（R）OO庆氧区缺氧区TN23 463.5 4.500.4 0.8好氧区TP硝氮19 33膜池18Tab.2Characterization of hollow fiber membrane孔径(kDa)过滤精度膜型号膜材料内/外径(mm)改性聚中空纤偏氟乙1.5/2.6维膜烯/聚酯四川环境表2 中空纤维膜基本特性常规清洗法纯水通量(L/(m.h:(m)kPa),25)0.1103042卷有效氯固定点加2000-3000次氯酸钠ppm浸泡1220h分布点加次氯酸钠水气协同清洗法排空膜池回用水冲洗膜丝有效氧2000-3000反冲洗加Ppm浸泡次氯酸钠0.5h曝气0.5h2.5h漫泡2.5h2结果与讨论2.1膜清洗流程原始MBR膜运行6 d，动态监测其产水压力，并根据静压计算TMP，T M P变化如图2 所示，随着运行时间的推移TMP呈逐步增长趋势，近似截距、斜率分别为15.0 7、0.12 0。5040(edy)dNL30201000图2原始膜运行的TMP变化图Fig.2 TMP for original membrane产水压力达到限值-30 kPa时，进行离线恢复性清洗，排空膜池，利用高压水枪冲洗膜丝表面滤饼层，进水至完全浸没膜丝。碱性清洗剂为NaCl0溶液（2 50 0 30 0 0 mg/L），酸性清洗药剂为柠檬酸溶液（2 wt%）。膜清洗是先碱性清洗，后酸性清洗，清洗时间分别为12 h及3h，清洗方式为“固定点加入次氯酸钠/柠檬酸+曝气”的常规清洗或“分布点加入次氯酸钠/柠檬酸+曝气+浸泡+反冲洗+浸泡”依次进