{当前文章标题}

污水處理工藝中MBR膜運(yùn)行與維護(hù)管理，隨著污水處理行業(yè)的發(fā)展以及對污水廠出水水質(zhì)的要求越來越嚴(yán)格，MBR膜工藝也越來越多地應(yīng)用于大型污水處理廠。MBR膜工藝節(jié)約占地、節(jié)約土建投資、工藝運(yùn)行更穩(wěn)定、出水水質(zhì)更優(yōu)的特點(diǎn)也逐漸被行業(yè)內(nèi)認(rèn)可。MBR膜工藝運(yùn)行過程中需要做好除砂及除毛發(fā)、纖維的預(yù)處理工作，還需要嚴(yán)格控制進(jìn)水的油脂含量，做好預(yù)處理是控制MBR膜污染的關(guān)鍵之一。生產(chǎn)運(yùn)行中，應(yīng)嚴(yán)格按照MBR膜工藝要求，保障回流比、膜擦洗曝氣強(qiáng)度、膜化學(xué)清洗頻次等工作。MBR膜膜過濾技術(shù)不同于利用重力進(jìn)行“泥水分離”的二沉池，受污泥膨脹、污泥沉降性等因素的影響較小，但較好的污泥沉降性更有利于膜污染控制，提高臨界膜通量。日常運(yùn)行維護(hù)過程中，還應(yīng)注意監(jiān)測膜池混合液的過濾性，以及應(yīng)對NaClO在線清洗對膜池混合液理化性質(zhì)的沖擊降低其過濾性的處理方法。

1 污水處理工藝中MBR膜介紹

MBR膜生物反應(yīng)器(MeMBR膜ane Bio-Reactor)是膜分離技術(shù)與污水處理技術(shù)的結(jié)合，膜組器取代了二沉池及后續(xù)的過濾工藝，相對于傳統(tǒng)的污水處理工藝，占地面積更小、容積負(fù)荷更高、出水水質(zhì)更優(yōu)更穩(wěn)定。一般傳統(tǒng)工藝的污泥濃度約2.5~4.5g/L， 而MBR膜工藝可達(dá)到8~10g/L。劉紀(jì)成等[1]研究發(fā)現(xiàn) MBR膜工藝在20g/L的超高污泥濃度下，通過更嚴(yán) 格、全面的運(yùn)行管理，穩(wěn)定運(yùn)行了超過600天。MBR膜膜工藝是利用膜分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生化系統(tǒng)的“泥水分離”，克服了傳統(tǒng)工藝提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷間的矛盾。二沉池實(shí)現(xiàn)“泥水分離”依賴于重力作用，污泥沉降性能越好，“泥水分離”效率越高。膜分離是一種強(qiáng)制分離，受污泥沉降性 的影響較小，即使污泥齡(SRT)超長也不引發(fā)“跑 泥”問題，因而使得整個(gè)生化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性更好。MBR膜膜過濾孔徑一般在0.1~0.4μm，按材質(zhì)分 為有機(jī)高分子膜(如聚乙烯類、聚醚砜類)和無機(jī)膜 (如陶瓷膜等)，膜組件的結(jié)構(gòu)形式可分為平板式、 卷式、簾式、圓管式等。以簾式中空纖維膜為例，膜組件和膜組器的常見形式。

中空纖維膜的過濾功能層涂布于支撐層的外表面，利用產(chǎn)水泵的抽吸作用，膜絲兩端收集過濾后的污水，最 終匯集至膜組器的產(chǎn)水管，通過產(chǎn)水泵排出。中空纖維膜的過濾原理。

膜組器底部配置有用于氣擦洗的曝氣裝置，用于吹掃膜絲表明截留的污泥。MBR膜膜池的配套設(shè)施包含進(jìn)水渠、回流渠、水 泵間(膜設(shè)備間)和出水池，回流渠靠近生化池一 側(cè)，進(jìn)水渠的配水渠靠近膜設(shè)備間一側(cè)，如[圖1- 3]所示。附屬設(shè)施包含膜清洗區(qū)、吊裝區(qū)、膜清洗加藥間及配電室。

2 MBR膜膜的運(yùn)行管理

2.1 預(yù)處理

MBR膜工藝對預(yù)處理工藝段要求更高，需配置沉 砂池、超細(xì)格柵(孔徑0.5~1mm)，用于除砂和除毛 發(fā)、纖維等細(xì)小雜物。中空纖維膜組件的上端在膜 吹掃的作用下，容易聚集纏繞毛發(fā)、纖維如[圖2- 1]，若與抖動的膜絲間發(fā)生摩擦，將對膜絲造成不可逆的物理損傷。膜組件頂端聚集纏繞的毛發(fā)、纖維，還會影響膜吹掃氣體的上升通道，導(dǎo)致膜擦洗不均勻，膜組件上端的膜絲表面濃差極化形成積泥，最終板結(jié)。膜組件若出現(xiàn)板結(jié)，膜組器的有效過濾面積將減少并承擔(dān)更多的過水量，容易造成惡性循環(huán)，使得跨膜壓差(TMP)快速上升。因此，預(yù)處理對于MBR膜工藝而言尤其重要，沉砂池及超細(xì)格柵的運(yùn)行情況是MBR膜工藝運(yùn)行管理的重點(diǎn)項(xiàng)之一。

圖2-1 膜組件上端的毛發(fā)、纖維纏繞污染

MBR膜膜的運(yùn)行還要求水溫在10~35℃，高于 35℃會對膜使用和壽命造成不利影響，低于10℃則使膜通量下降明顯。油脂還會對膜造成嚴(yán)重污 染，要求總植物油低于50 mg/L，礦物油低于3mg/L。

2.2 產(chǎn)水系統(tǒng)

生化池末端的混合液經(jīng)配水渠進(jìn)入膜池，膜組器浸沒于膜池內(nèi)，通過產(chǎn)水泵抽吸實(shí)現(xiàn)膜組器從混合液中過濾污水，并將污泥截留在膜池內(nèi)。膜池末段設(shè)置有污泥回流泵，使得膜池內(nèi)高濃度的污泥回流至好氧池前端， 回流比一般在300%~500%，可以有效減小膜池與好氧池之間的污泥濃度差。推薦的膜池污泥濃度在5~10g/L范圍。

MBR膜工藝還配套有膜擦洗曝氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、在線清洗系統(tǒng)等。膜產(chǎn)水過程中，MBR膜膜擦洗風(fēng)機(jī)必須連續(xù)運(yùn)行，沖刷膜表面截留的污泥，降低濾餅層的厚度防止板結(jié)。膜擦洗曝氣所需的氣量采用曝氣強(qiáng)度指標(biāo)衡量，曝氣強(qiáng)度指膜組器的單位投影面積上的氣量， 一般 地表水或市政污水在60~110 Nm3 /(m2·h)，工業(yè)廢水及高污染廢水在 120~150 Nm3/(m2·h)。膜擦洗風(fēng)機(jī)的能耗占污水廠 能耗的20%~25%，甚至超過MBR膜工藝好氧池曝氣風(fēng)機(jī)的能耗，因而膜擦洗的經(jīng)濟(jì)曝氣量是MBR膜工藝節(jié)能的研究方向之一。增大膜擦洗的氣量，可增加空氣在膜表面形成的剪切力，但同時(shí)也會使得活性污泥菌膠團(tuán)的粒徑變小，造成混合液的理化性質(zhì)發(fā)生變化，不利于膜污染的控制[ 2 ]。孫劍宇[ 3 ]的研究 中，對膜曝氣系統(tǒng)工程改造為高低脈沖曝氣(高/低 時(shí)間1min/5min)，降低了膜曝氣量的31%而不加劇膜污染。日常運(yùn)行管理過程中，膜曝氣強(qiáng)度還可以根據(jù)膜池污泥濃度、膜實(shí)際運(yùn)行通量調(diào)節(jié)，膜池污泥濃度越高或膜實(shí)際運(yùn)行通量越大，應(yīng)匹配越高的膜曝氣強(qiáng)度。膜池液位影響著膜擦洗風(fēng)機(jī)出口的風(fēng)壓，以及膜組器曝氣裝置出口的實(shí)際體積風(fēng)量。因此，控制較低的膜池液位，也將更有利于膜擦洗風(fēng)機(jī)的節(jié)能。

抽真空系統(tǒng)主要的作用是保障產(chǎn)水泵的正常運(yùn)行，通過真空裝置從產(chǎn)水泵入口管路的最高點(diǎn)抽出管內(nèi)的空氣，可有效防止產(chǎn)水泵發(fā)生“氣縛現(xiàn)象”?？缒翰?/span>(TMP)越高，從膜組器抽吸產(chǎn)出的水夾帶的空氣越多。

在線化學(xué)清洗(CIP)系統(tǒng)包含CIP泵、加藥泵等，用于膜組器的日常化學(xué)清洗。化學(xué)清洗分為酸洗和堿洗：酸洗主要用于去除膜系統(tǒng)的無機(jī)污染，如鈣鹽、鎂鹽結(jié)垢等，可每半年進(jìn)行一次(硬度高 的水質(zhì)需適當(dāng)增加頻次)；堿洗用于去除有機(jī)污染，如膜表面的生物凝膠層、蛋白質(zhì)等，需每周一次。藥劑的用量按每平方米膜藥液量2~4L計(jì)，需要考慮管路的體積。

產(chǎn)水泵一般按照預(yù)設(shè)流量控制，且需按周期性 間歇運(yùn)行，如“啟7min停1min”、“啟11min停 2min”等模式。間歇產(chǎn)水是基于減緩膜污染速率而 設(shè)定的，有助于抑制膜表面的濃差極化現(xiàn)象。變頻 器調(diào)控產(chǎn)水泵流量的大小，產(chǎn)水泵啟動時(shí)頻率的加速時(shí)間不宜過快。

2.3 運(yùn)行調(diào)控

跨膜壓差(TMP)是指驅(qū)動水通過膜所需的壓 力。取產(chǎn)水泵停止運(yùn)行時(shí)泵入口段的壓力變送器顯 示值(如圖[2-2]中的PIT)為P0，P0為常數(shù)經(jīng)確定后一 般不再調(diào)整，以產(chǎn)水泵運(yùn)行時(shí)壓力變送器顯示值為 Pt，MBR膜膜組器的跨膜壓差按TMP=P0-Pt計(jì)，中控室上位機(jī)可直接顯示并保存TMP的結(jié)果?？缒翰?/span> (TMP)是MBR膜工藝運(yùn)行過程中最直觀的表征膜污染 程度的參數(shù)，瞬時(shí)產(chǎn)水流量越大或膜污染越嚴(yán)重， 跨膜壓差越大。M BR膜的跨膜壓差正常值在0~50kPa范圍，當(dāng)跨膜壓差接近或達(dá)到50kPa時(shí)須進(jìn)行離線清洗。

MBR膜膜運(yùn)行過程中，隨著膜污染的進(jìn)行，跨膜壓差的上升過程可分為三個(gè)階段，如[2-3]所示。

第I階段為污染初期，部分膜孔堵塞；第II階段為緩慢 污染階段，膜表面出現(xiàn)大分子、膠體附著，日常維 護(hù)無法清除的膜污染部分逐漸積累，跨膜壓差 (TMP)也逐漸增大；第III階段為快速污染階段，膜 表面固體沉積物增加，甚至開始出現(xiàn)板結(jié)，有效過 濾面積加速減少。離線清洗應(yīng)在膜污染進(jìn)入第三階 段之前進(jìn)行，日常運(yùn)行管理除記錄跨膜壓差外，還 需要觀察膜組器擦洗曝氣的均勻性，當(dāng)出現(xiàn)不均勻曝氣時(shí)，需及時(shí)檢查膜組器的板結(jié)情況。

單位時(shí)間內(nèi)通過單位膜面積的水量定義為膜通量，MBR膜膜通量一般在15~25L/(h·m2)， 運(yùn)行膜通量由瞬時(shí)產(chǎn)水流量調(diào)控。臨界通量是指跨膜壓差 (TMP)不隨時(shí)間而明顯升高的膜通量，臨界通量與膜的材質(zhì)、膜組器的結(jié)構(gòu)、曝氣強(qiáng)度、污泥濃度等 有關(guān)。不同膜通量情況下跨膜壓差隨時(shí)間的變化如[圖2-4]所示，超臨界通量下運(yùn)行跨膜壓差升高速率很快，表明膜污染加劇(部分膜污染是不可逆的)，須避免。MBR膜膜可在接近臨界通量的次臨界通量下運(yùn)行，以平衡產(chǎn)水量和膜組器使用壽命之間的關(guān)系。實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，應(yīng)積極采取措施提高臨界膜通量。

運(yùn)行通量存在差異，膜污染速率也有所不同。一般情況下，距離產(chǎn)水泵越近的膜組器膜污染越嚴(yán)重， 若實(shí)際運(yùn)行過程中存在這樣的情況，可定期調(diào)換膜組器的位置，以降低膜污染的平均速率。混合液過濾性是指，5min內(nèi)50mL混合液經(jīng) Φ15cm中速定性濾紙過濾得到的濾液體積。MBR膜工藝要求混合液過濾性不低于25mL/(50mL·5min)若低于25mL/(50mL·5min)則表示混合液過濾性 差，容易造成膜污染和跨膜壓差的上升，需采取措 施調(diào)控混合液的性質(zhì)。濾紙折法要求和測試裝置如[圖2-5]所示。

混合液過濾性是影響膜污染速率的重要因素之一，是生產(chǎn)運(yùn)行過程中提高臨界膜通量的重要途 徑。污泥齡、污泥濃度、污泥沉降性、混合液粘 度、混合液上清液TOC濃度、活性污泥的胞外多聚物(EPS)和溶解性代謝產(chǎn)物(SMP)等參數(shù)，都能一定程度上影響混合液過濾性，而且混合液過濾性檢測方法簡單，因此MBR膜工藝的污水廠應(yīng)每天檢測該指標(biāo)，以提前采取調(diào)控措施。

污泥齡調(diào)控是提高混合液過濾性的一種簡單有 效的辦法。污泥齡過低，污泥菌膠團(tuán)粒徑小，會造 成混合液膜過濾性差，引發(fā)嚴(yán)重的膜污染。污泥濃 度過高，混合液黏度將顯著增加，混合液過濾性也會下降，建議污泥濃度<15g/L為宜。

絮凝劑(或除磷藥劑)對改善混合液過濾性有一 定的積極作用。馮超[4]的研究發(fā)現(xiàn)，PFS、PAC、 FeCl3三種絮凝劑都能提高活性污泥絮體的平均粒 徑，降低小顆粒物質(zhì)，同時(shí)也降低了混合液上清液 的COD，對降低膜污染速率起到積極作用，其中PFS效果最好。

3 MBR膜的維護(hù)

MBR膜膜的維護(hù)主要包含為恢復(fù)膜通量而進(jìn)行的化學(xué)清洗，日常檢查膜擦洗曝氣的均勻情況，以及少量的膜組器結(jié)構(gòu)方面的維護(hù)工作。膜的化學(xué)清洗分原位在線清洗和異位離線清洗，其中原位清洗適用于日常維護(hù)，異位清洗效果更顯著，但更費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

日常在線酸洗每半年進(jìn)行一次(硬度高的水質(zhì)需適當(dāng)增加頻次)，藥劑可選用1%~2%(質(zhì)量濃度)的檸檬酸或草酸。在線堿洗每周進(jìn)行一次，維護(hù)性清洗采用500~1500mg/L濃度的NaClO，恢復(fù)性清洗按 2000~3000mg/L的NaClO(每月一次)。藥劑的用量按每平方米膜藥液量2~4L計(jì)，需要考慮管路的體積。原位化學(xué)清洗的步驟如[表3-1]所示，具體的加藥量可根據(jù)膜污染的情況而定，也可根據(jù)清洗后跨膜壓差的恢復(fù)情況調(diào)整。在線堿洗完成恢復(fù)膜池曝氣后，膜池會出現(xiàn)適量的泡沫，可根據(jù)泡沫量估摸加藥量情況，泡沫量少表明加藥量可能不足，泡沫過量表明加藥過量。

研究表明，NaClO洗膜過程中會對混合 液造成沖擊，污泥的表面γ-降低，絮體出現(xiàn)解體 且混合液過濾性下降，產(chǎn)水后發(fā)現(xiàn)膜污染速率顯著 增加，運(yùn)行2天后恢復(fù)正常。因此，日常洗膜完成 后，應(yīng)盡快通過回流泵循環(huán)更新膜池內(nèi)的混合液，洗膜后的初期膜通量建議控制在較低的水平。

離線清洗每年1~2次，酸洗的檸檬酸或草酸藥 液濃度2%~3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，堿洗的NaClO濃度為 3000~5000mg/L。一般按照先堿洗后酸洗的順序進(jìn) 行，每次清洗完成都需要沖洗干凈膜組器表面的藥液，并清水漂洗。離線清洗的步驟是將膜組器從膜池內(nèi)吊裝至沖 洗區(qū)，必要時(shí)將膜組件拆卸并清理纏繞的毛發(fā)纖維和膜表面的污泥，如[圖3-1]。沖洗完成后組裝送往藥液池浸泡12-24小時(shí)，浸泡期間可配合少量曝氣 提升清洗效果。浸泡完成后，沖洗膜組器表面的藥液并漂洗干凈，即可重新安裝于膜池投入使用。

膜組器浸泡過程中，藥液有效成分會被消耗， 因此需每12h檢測一次藥液的pH值，并補(bǔ)充藥液至 初始pH值?；瘜W(xué)藥液溫度宜大于25℃，溫度越 低，清洗效果越差，因此離線清洗宜在入冬季前進(jìn)行。

4  結(jié)論與建議

相比于傳統(tǒng)工藝，MBR膜工藝對預(yù)處理的要求更高，嚴(yán)格控制毛發(fā)、纖維量、進(jìn)水含油量有利于控制膜污染以及延長膜使用壽命。

膜擦洗曝氣強(qiáng)度、膜池污泥濃度、膜化學(xué)清洗 等MBR膜工藝運(yùn)行參數(shù)要求，基本是圍繞膜污染控制 方面的考慮，日常生產(chǎn)運(yùn)行應(yīng)嚴(yán)格遵守。根據(jù)實(shí)際 膜池污泥濃度、運(yùn)行通量調(diào)控膜擦洗曝氣量，將有利于MBR膜工藝的能耗控制。

盡管MBR膜工藝運(yùn)行對污泥沉降性、污泥齡等要求不嚴(yán)格，但較好的污泥沉降性、合理的污泥齡調(diào)控，將有利于降低膜污染速率，提升膜運(yùn)行通量。還應(yīng)加強(qiáng)膜池混合液過濾性的日常監(jiān)測，及時(shí)調(diào)整工藝運(yùn)行狀態(tài)，提高臨界膜通量。NaClO在線清洗將對膜池混合液造成沖擊，影 響混合液的理化性質(zhì)而不利于膜污染控制。日常操 作過程中可加快膜池混合液的循環(huán)更新，并降低洗膜后初期的運(yùn)行通量.