滲濾液處理廠MBR系統超濾產水通量下降的原因分析及建議

文-謝輝 陳育豪 深圳能源資源綜合開發有限公司

1 超濾系統

1.1 超濾系統介紹

滲濾液處理廠超濾膜材質PVDF，單支面積27.05m2，8寸膜，不銹鋼膜殼，管長3m，膜過濾孔徑為20～30nm，環路循環流量275m3/h，設計膜通量68.04 l/m2·h；每組超濾單元包括5支相串聯的超濾膜組件和1個循環泵，設計通量為220m3/d，MBR系統雙線運行，每線配備5套超濾單元，超濾膜組配套清洗設備，用于停機沖洗、清水清洗及化學清洗，化學清洗周期為每運行30d進行一次。膜組出水COD＜800mg/L，氨氮＜5mg/L，SS＜20mg/L。

1.2 運行存在的問題

超濾膜組在2016年9月以前產水通量基本保持15m3/h以上，每次累積運行30d后進行化學清洗，清洗后單線超濾通量均能恢復至20m3/h左右，2016年9月開始超濾產水通量逐步下降至12月初的7m3/h以下，經過化學沖洗后也無法恢復通量，隨后最高能恢復至10m3/h，無法達到原本通量。

1.3 問題初究

超濾膜組通量下降的原因可能在于膜組本身或者是運行條件變化導致，正常情況下導致超濾通量下降的原因為：濃差極化和膜污染，濃差極化是致膜分離過程中溶劑在壓力驅動下透過膜，溶質被截留，于是膜與本體溶液界面區域濃度越來越高，在濃度梯度下溶質有膜本體向溶液本體擴散，形成邊界層，使流體阻力和局部滲透壓上升，從而導致溶劑透過流量下降。膜污染是由于雜質進入膜空隙內部，吸附在膜內部，減少有效的膜孔徑數量及孔徑，使產水通量下降，造成膜污染的物質主要為水中的溶解性有機物，特別是腐殖酸類天然有機物。濃差極化可通過沖洗、清洗等方式去除，一般為可逆的；膜污染用水力或化學清洗均難以恢復，為不可逆的污染。

2 原因分析

2.1 膜組老化

超濾膜組隨著使用時間增加，膜組會逐漸老化，截留的污染物會對膜組造成污染，影響膜組通量。根據廠家技術協議，超濾膜組換膜年限為5a，滲濾液處理廠超濾B線較超濾A線運行時間更長，但目前超濾通量相似，以超濾循環泵累積運行時間計算，目前超濾膜組運行時間如表1。

表1 超濾膜組運行時間

由表1可以看出超濾膜組目前運行時間最長的為B線1#膜組，最短的是A線1#膜組，運行時間相差接近3倍，均小于理論換膜時間，同時產水通量目前也高于設計通量。超濾A線保養一年后恢復時通量與超濾B線相同，表明即使各線超濾運行時間不同，但產水通量均差不多，因此膜組通量下降應與膜組運行時間無關。

2.2 化學清洗

為了去除超濾裝置運行過程中膜組內沉積的污染物,必須對超濾裝置進行化學清洗，此前超濾膜組在累積運行30d后會進行化學清洗，每次清洗后均會有一定程度的通量上升。自超濾通量下降后，更換過多種化學清洗藥劑，同時在清洗方式、藥劑用量、清洗頻率上進行多次調整，化學清洗的作用均不明顯。在7月之前，大部分膜組在化學清洗時，最大通量能達到滿通量（即307m3/h），而8月開始超濾膜組化學清洗時最大通量逐步下降，目前平均為15m3/h左右，12月B4#膜組更換為超濾A1#膜組后，第三次化學清洗時最大通量也下降至17m3/h。超濾膜組在化學清洗后會恢復通量，但8月以后化學清洗效果不明顯，通量不增加。因此可判斷7～8月開始，超濾膜組受到不可逆的污染，即便是化學清洗也無法恢復膜組清洗通量，膜孔可能受到一定程度的堵塞，在正常的化學清洗下無法進行去除。

2.3 進出水水質變化

超濾進水的不同的污泥濃度會對膜通量產生一定的影響，濃度較大會增加跨膜壓差。從運營數據來看，超濾進水污泥濃度總體呈現下降趨勢，但與超濾B通量變化不符，在污泥濃度為30g/L時，對于超濾產水通量可為16 m3/h、14 m3/h、8m3/h，因此判斷進水污泥濃度對超濾產水通量影響不大。進入MBR系統的電導率及氯離子濃度從7月開始逐步上漲，進而導致MBR出水的電導率及氯離子濃度也有一定程度的上升，而超濾的通量變化為急劇減低后緩慢減低，再略微提升，因而電導率的上升與下降對于超濾而言影響不大。

在MBR系統在進出水COD、氨氮變化時，其營養物質比例發生變化后，其出水均能在設計范圍以內，表明MBR系統具有較好的耐沖擊性，故而排除因營養物質造成超濾通量下降的可能性。MBR系統總硬、鈣硬的變化代表系統內無機離子量的變化，無機離子過多會使超濾膜表面形成無機垢，不過在進行化學清洗的情況下能去除覆蓋在膜表面的覆蓋物。

2.4 餐廚垃圾的影響

滲濾液處理廠自2016年7月底開始接收電廠餐廚垃圾的廢水，餐廚廢水中主要成分是剩余食物和水，以淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等有機物為主要成分，具有營養成分高、含水率高、油脂和鹽分含量高、易腐發酵發臭等特點。由于缺乏預處理裝置，餐廚廢水直接進入調節池，后續進入厭氧系統、MBR系統，其中所含的高油、高有機大分子直接進入系統內，如在系統內無法去除，易對超濾膜組造成污染，大分子有機物為疏水性物質，在膜表面覆蓋會影響膜組的通量。結合餐廚垃圾接收量及調節池水質等，分析與超濾通量變化的關系。

在7月到11月期間，電廠每天接收的餐廚垃圾量在5t左右，期間頻率逐漸加大；12月以后每天的接收量接近15t，隨后一直較為穩定。超越厭氧進水量以碳氮比為基準進行調節，豐水期厭氧進水較多的情況下會加大進水量，進水時原水中的大分子物質未經厭氧降解即進入MBR系統，12月12日～17日因運行調整，超越進水量為零或者較少，此是超濾產水通量剛好到達最低點6.5m3/h左右，在少進超越情況下通量逐步上升。

調節池廢水中動植物油類在12月中旬達到最大值，此時超濾通量剛好是最低值，隨后調節池內動植物油類逐步下降，而超濾通量也逐步上升。調節池內動植物油類下降的原因可能為電廠將餐廚垃圾廢水引入填埋場進行厭氧后再進入滲濾液調節池，避免高油廢水直接進入瀝濾液調節池。

3 總結

由于超濾膜組的運行時間、化學清洗藥劑方式等的變化對膜組通量變化沒有直接的影響，MBR系統進出水水質的COD、氨氮、pH、污泥濃度等常規參數變化與超濾通量的趨勢不符，且產水水質一直在設計范圍以內，因此判斷膜組通量變化主要原因為電廠接收餐廚廢水以后未進行預處理直接排放至瀝濾液調節池，導致超越進水水質的變化；其中是否存在可溶解性的小分子物質導致膜孔的不可逆污染，需在大分子物質減少以后，觀察膜組通量是否能進一步恢復來判斷。

4 建議

在目前超濾膜組運行情況下，為避免超濾膜組通量再次出現下降，以保證滿足運行需求，提出以下建議：

（1）將餐廚垃圾廢水進行預處理，利用氧化劑破壞有機物分子，減低水中有機物濃度，避免餐廚廢水直接進入瀝濾液調節池；前期將餐廚廢水經填埋場進行初步降解有一定作用，后續需考慮配備相應高級氧化裝置對餐廚廢水進行預處理。

（2）定期對超濾膜組進行化學清洗，增加化學清洗頻率，避免膜組污染物質的積累，并記錄30分鐘后產水通量、壓力、累積運行時間等數據，觀察膜組污染情況。在超濾膜組通量下降后，通過提高化學清洗頻率，在一定程度上減緩了通量的進一步下降。

（3）加大厭氧罐進水負荷，使厭氧出水COD偏高，減少超越進水量，避免過多未經厭氧處理的廢水直接進入MBR系統。