摘 要：华电新疆发电有限公司昌吉分公司（以下简昌吉分公司）MBR系统在超期运行了3年之久，膜组件严重污染的情况下，进行了实验室小试和#1、2膜池MBR膜在线柠檬酸清洗。通过膜丝外观、膜通量、跨膜压差的变化，分析了MBR膜清洗效果。MBR系统#1、2膜池运行各参数基本恢复至初始状态，延长了膜组件的使用周期，这为类似MBR系统使用单位膜组件的清洗和维护提供了参考。[ ]
关键词：MBR膜组件；柠檬酸；膜通量；跨膜压差
1.1 昌吉分公司MBR水处理设备于2011年底投入使用。膜组件选用了旭化成公司的PVDF中空纤维膜，膜孔径为0.1微米，膜通量为25L/h·㎡，总膜面积约为31200㎡。MBR系统设4个膜池，每个膜池并列两排平行设置13个膜组件，每个膜组件装设24根膜元件，单个膜池设计出力约150 m3/h。MBR系统包括调节水池、提升泵、曝气生化池、膜池及附属清洗加药装置等。#1、2膜池主要处理地下水，#3、4膜池结合生化池生化处理昌吉市第二污水厂来中水。昌吉分公司对#1、2膜池膜丝取样进行实验室小试，选用柠檬酸进行了在线清洗，并通过清洗前后膜丝外观、膜通量、跨膜压差等变化进行了MBR膜清洗效果分析和讨论。
1 、膜污染与清洗试剂选择
图1为昌吉分公司#1、2MBR膜池污染后的膜组件。从图中可以看出经过近8年的运行，由于#1、2膜池进水为地下水，泥沙含量较大，钙、镁、锰等离子杂质含量高的特点，已造成#1、2MBR膜池膜丝严重结垢污染。虽然运行人员采取每15天用0.3%次氯酸钠在线清洗和20min过滤1min反洗的运行方式，期间通过招标由清洗厂家清洗，效果均不明显。膜丝结垢严重影响了膜通量，#1膜池膜通量降至8.9L/（h·㎡），#2膜池膜通量降至12.8L/（h·㎡），#1、2膜池产水状态跨膜压差TMP(TMP = 膜内压力－ 膜外压力)[1]达到-58KPa和-40KPa。已对我公司用水安全构成隐患。
为了更准确的选择酸清洗剂，我们预先对#1、2膜池随机取膜丝样品，在实验室做了小试。试验方法如下：将膜丝样品切割成10mm长度的小段，分别用浓度10%次氯酸钠配制0.3%次氯酸钠溶液，用分析纯柠檬酸和草酸分别配制浓度0.5%、0.75%、1%柠檬酸溶液和草酸溶液。将10mm小段膜丝样品放置于盛有不同浓度溶液的玻璃烧杯中浸泡。分别在1小时、2小时和24小时观察烧杯中膜丝外观变化情况，最后简单对膜丝物理性质进行分析。
通过对膜丝外观变化和膜丝物理性质的简单分析，我们发现浓度为0.3%次氯酸钠溶液对膜丝污染物随时间变化无反应，可判定膜丝非有机物污染；柠檬酸溶液和草酸溶液对膜丝污染物反应均较明显，且浓度越大反应速度越快。柠檬酸溶液浸泡过的膜丝，柔韧性能基本恢复至初始状态。结合用药的经济性和时效性我们选择了浓度1%柠檬酸为清洗剂。
2、膜池在线清洗
柠檬酸采用30%的柠檬酸水溶液，先在膜池次氯酸钠清洗池内注入2米深工业水，加入1吨30%的柠檬酸溶液，配置成浓度约为1.5%溶液备用。将#1MBR膜池水通过排空泵排至#2MBR膜池，液位将至1.5米时，通过膜池在线清洗泵将预先配置好的柠檬酸溶液打入#1膜池。
清洗池液位将至0.2米时，再补水至2米深，加入1吨30%柠檬酸溶液，循环搅拌后继续通过在线清洗泵打入#1膜池，直至清洗池液位0.2米。#1膜池补水至2.5米，直接倒入1吨30%柠檬酸溶液，曝气混匀，测#1膜池内溶液pH为3.1。每小时曝气30分钟，浸泡3小时。
将#2膜池液位通过排空泵排至#3膜池，液位将至0.5米。再将#1膜池清洗液通过排空泵排入#2膜池，然后将2吨30%柠檬酸按照清洗#1膜池方式通过在线清洗泵打入#2膜池。将#2膜池液位维持在2.5米，曝气混合均匀，测pH为2.9。每小时曝气30分钟，浸泡3小时。
清洗结束后，将废酸液通过排空泵排至非经常性废水池，进行后续处理。#1、2膜池换水冲洗至膜池内水pH大于6时，投入运行。
3、清洗效果分析
从图2中用肉眼可明显看出，膜组件清洗后膜丝表面黑色污染物基本清洗干净，颜色与新膜丝一致。
a.清洗前 b.清洗后
图2 膜组件清洗前后外观效果对比
表2、表3为#1、2MBR膜池清洗前后，膜通量和跨膜压差变化对比。#1膜池膜通量由清洗前8.9L/（h·㎡）提升至23.9L/（h·㎡），膜通量由35%恢复至95.6%，#2膜池膜通量由清洗前12.8L/（h·㎡）提升至24.5L/（h·㎡），膜通量由51.2%恢复至98%。通常认为，在相同的流量和水温条件下，TMP 越小( 即其绝对值| TMP | 越大) 则表明膜污染越严重[1]。MBR膜清洗后，#1膜池跨膜压差TMP由-58KPa,降至-6KPa，| TMP | 降低了52KPa，#2膜池跨膜压差TMP由-40KPa降至2KPa，| TMP |降低了42KPa。#1、2MBR膜池在1%浓度柠檬酸溶液3小时浸泡清洗后，膜丝表面污物基本被清除，随着膜通量的恢复，膜池产水跨膜压差也随之降低。
表2 #1、2MBR膜清洗前后膜通量对比
4、结论
膜生物反应器(MBR）作为一种高效的水处理设备，具有诸多的优点，但是运行中MBR膜污染的问题是无法避免的。如何选择合适的清洗剂，通过清洗使MBR膜恢复功能，延长膜的使用寿命，为企业节约换膜的成本是所有研究者的目标。昌吉分公司通过实验室小试，选择柠檬酸为清洗剂，并通过#1、2膜池实际清洗操作及清洗效果的分析，清洗效果很好，可继续延长MBR膜的使用寿命。笔者认为MBR膜作为超滤处理地下水一类，含泥沙较多，钙、镁、锰离子杂质较高的水源时，MBR膜结垢污染选用柠檬酸清洗较佳
。
参考文献
[1] 华伟，张万里，蒋岚岚，等． 一体化MBＲ 工艺运行与清洗效果分析［J］． 中国给水排水， 2012， 28( 2) : 39 － 41．
[2] 朱彩琴， 周味贤， 周勇，等. 草酸在浸没式MBＲ 膜化学清洗中的应用与分析[J]. 中国给水排水， 2013， 29( 19) :106 － 108．