膜生物反應(yīng)器處理鯽洗廢水的組合清洗方法

在膜生物檢測器的長期運(yùn)行中，膜通量隨著運(yùn)行時間的推移而降低，即膜污染不可避免。因此必須采取有效的清洗方法,去除膜面和膜孔內(nèi)吸附的污染物質(zhì),恢復(fù)膜通量,維持膜生物反應(yīng)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。膜生物反應(yīng)器中膜的清洗方法有許多,但特定反應(yīng)器中膜的污染物質(zhì)隨試驗(yàn)水質(zhì)的不同而有較大差異,采用的清洗方法也應(yīng)有所不同。本研究比較了水力清洗、酸洗和堿洗等不同組合清洗方式,對盥洗廢水處理用膜的清洗效果。1膜生物檢測器的運(yùn)行描述1.1機(jī)玻璃柱體試驗(yàn)中采用了2個相同的一體式活性污泥-膜生物反應(yīng)器,如圖1所示。反應(yīng)器為圓形截面有機(jī)玻璃柱體,截面直徑200mm,柱高2m,內(nèi)置一束孔徑為0.2μm、膜面積為0.5m2的聚偏氟乙烯中空纖維膜組件。膜出水靠水位壓差(指反應(yīng)器最高水位至中空纖維膜中部的垂直距離,采用10kPa)驅(qū)動,重力出水,由液位自控儀控制水位基本恒定。1.2指標(biāo)測定試驗(yàn)原水采用北京建筑工程學(xué)院學(xué)生宿舍實(shí)際盥洗廢水和人工配制的模擬盥洗廢水,主要水質(zhì)指標(biāo)如下:SS90~180mg/L,NH3-N3.9~12.5mg/L,COD205~535mg/L,BOD585~234mg/L,LAS7.4~15.5,色度為灰白色,濁度103~189NTU,硬度320~380mg/L。1.3試驗(yàn)計(jì)劃的實(shí)施在2個反應(yīng)器(編號分別為1#和2#)中,進(jìn)行了不同目的的運(yùn)行試驗(yàn)。1#檢測器總工作時間為100d,其間進(jìn)行了3種氣水比和4種活性炭投加濃度對膜通量的影響試驗(yàn)。2廢水處理效果試驗(yàn)d,其間進(jìn)行了間歇出水和連續(xù)出水對膜通量的影響試驗(yàn)及實(shí)際盥洗廢水處理效果試驗(yàn)。由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?在各種試驗(yàn)中,初始膜通量、水力停留時間等運(yùn)行參數(shù)及各種工況的運(yùn)行時間也有所不同。2膜清潔試驗(yàn)2.1反沖洗水保護(hù)裝置膜的清洗包括以下4個步驟:(1)水外洗:用一定量的清水對污染的膜組件進(jìn)行沖洗、浸泡,輕微揉搓。(2)水反沖洗:在膜出水口施加一個反沖洗壓力,清洗水反穿通過膜。(3)堿洗:用一定濃度的NaClO溶液對污染膜浸泡一定時間,然后用自來水沖洗至中性。(4)酸洗:用一定濃度的H2SO4溶液對污染膜浸泡一定時間,然后用自來水沖洗至中性。清洗方法的選擇視清洗效果的好壞而調(diào)整。如有時只采用水外洗;在采用堿洗和酸洗時,每次的藥劑濃度、浸泡時間不完全相同;一般情況下,藥劑清洗的順序?yàn)橄葔A洗后酸洗,但也進(jìn)行過先酸洗后堿洗的試驗(yàn)。2.2膜的清洗效果1#膜組件共運(yùn)行100d,進(jìn)行了10次清洗。2#膜組件共運(yùn)行160d,進(jìn)行了7次清洗。在2個新的膜組件運(yùn)行開始前及每次清洗的每個清洗步驟完成后,均測定在操作壓力10kPa、出水閥門全開狀態(tài)下,膜在清水中的最大出水量,以比較膜的清洗效果。2個膜每次清洗后膜出水量的恢復(fù)情況分別見圖2和圖3,圖中的第1次出水量為新膜經(jīng)水外洗后在清水中的出水量。2個膜的具體清洗方法見表1。2.3清潔試驗(yàn)的結(jié)果分析2.3.1膜的清洗和維護(hù)由圖1看出,1#膜首次洗膜后,膜出水量大于原新膜出水量,為原來的1.28倍,這可能是新膜剛開始使用時,浸泡不夠充分,膜孔尚未完全張開所致。1#膜第2~5次水外洗后,膜出水量的恢復(fù)率在73%以上,用0.01%的NaClO和0.1%的H2SO4浸泡基本不起作用,這說明在膜的運(yùn)行時間不長時(1#膜在第5次清洗時,累計(jì)運(yùn)行時間為42d),水力清洗是行之有效的清洗方法。隨運(yùn)行時間的延長,水洗的效果愈來愈不顯著,第6次清洗時,水外洗的恢復(fù)率僅為新膜的53%,這時加大NaClO的濃度至0.02%,浸泡時間由原來的30min增加至1h,可以看出膜出水量有明顯的恢復(fù)。在隨后的第7次洗膜中,采用先酸洗后堿洗的方法,酸洗后略有升高的膜出水量在堿洗后反又降低,說明先酸后堿的清洗方法不適合本試驗(yàn)用膜。在最后2次清洗試驗(yàn)中,采用水外洗、水反沖和化學(xué)清洗相結(jié)合的方法,加大NaClO的濃度至0.05%,H2SO4的濃度至0.5%,清洗效果良好,第10次清洗后,膜出水量竟超出新膜的21%,這得益于化學(xué)藥劑濃度的提高和清洗時間的延長,使清洗更加徹底。2.3.2高堿酸水處理的膜的制備效果由圖2可知:2#膜組件的清洗效果與1#膜組件類似。運(yùn)行初期,水力清洗對膜出水量的恢復(fù)起主要作用。隨運(yùn)行時間的延長,水洗的效果變差。第3次清洗時,水洗的恢復(fù)率僅為新膜的55%,之后采用先酸洗后堿洗的方法清洗,膜出水量基本沒有恢復(fù)。第5、6次清洗時,將堿和酸的濃度加大到0.05%和0.5%,浸泡時間增加至1h,又輔以清水反沖洗,可以看出膜出水量有明顯的恢復(fù)。最后1次清洗采用水外洗和化學(xué)清洗相結(jié)合,也取得了良好的清洗效果,膜出水量超出新膜的10%。2.4凝膠層的制備引起膜通量下降的主要原因是膜在運(yùn)行過程中受到了污染。從污染物的位置來劃分,膜污染分為膜附著層污染和膜堵塞。在附著層中,有懸浮物、膠體物質(zhì)及微生物形成的濾餅層;溶解性有機(jī)物濃縮后粘附的凝膠層;溶解性無機(jī)物形成的水垢層。膜堵塞是由于反應(yīng)器混合液中的溶質(zhì)濃縮、結(jié)晶及沉淀致使膜孔產(chǎn)生不同程度的堵塞。2.4.1去除纖維絲表面的深化至水外洗取出膜后發(fā)現(xiàn),膜纖維絲間有很多污泥存在,特別是纖維束中部以下至出水孔間的纖維束內(nèi)部淤積大量的污泥,且最外圍的纖維絲表面被顏色較淺的生物膜覆蓋。這些污泥和生物膜附著松散,用清水沖洗并輕輕揉搓后,基本可脫落。因此,水外洗可以去除膜絲間淤泥及纖維絲表面粘附不牢的生物膜和沉積物。在膜的運(yùn)行初期,水外洗對膜通量的恢復(fù)作用非常明顯。2.4.2反沖洗排水清水反沖洗膜時,在反沖洗壓力的驅(qū)動下,中空纖維膜孔被擴(kuò)張,清洗水反穿過膜,將膜孔中的堵塞物洗脫,并使膜表面殘存的濾餅層懸浮起來,被水流沖走。觀察反沖洗排水有些混濁。清水反沖洗對膜通量的恢復(fù)起到了一定的作用,但對運(yùn)行時間較長的膜來說,還應(yīng)考慮化學(xué)清洗。2.4.3纖維絲表面黑色堿性條件下有機(jī)物及生物污染物質(zhì)易被清除,堿溶液可有效去除蛋白質(zhì)污染,破壞凝膠層,使其從膜表面剝離下來。水力清洗后發(fā)現(xiàn),膜表面仍有可見的生物膜存在,特別是內(nèi)部的纖維絲表面呈黑色,這是由于膜在運(yùn)行過程中,膜外附著濾餅層,纖維束內(nèi)部缺氧,污泥厭氧呼吸而使膜污染的結(jié)果。用0.05%的次氯酸鈉浸泡1h,然后用自來水沖洗,發(fā)現(xiàn)纖維絲表面的黑色物質(zhì)及生物膜基本消失,纖維絲變白,膜的出水量大幅增加,1#膜最后2次和2#膜最后3次用0.05%的次氯酸鈉清洗后,清水中膜的出水量增加了20%~50%。從堿洗的效果看,有機(jī)物及生物污染是導(dǎo)致盥洗廢水處理中膜通量下降的主要原因。2.4.4硫酸浸泡過程中反滲透膜的硬脆材料,在膜的表面上成硬酸類清洗劑,可以溶解去除無機(jī)礦物質(zhì),使結(jié)合在凝膠層和水垢層中的無機(jī)金屬離子如Ca2+、Mg2+等溶出,將殘存的凝膠層和水垢層從膜表面徹底洗脫以恢復(fù)其通透能力。用0.05%的次氯酸鈉清洗后,膜表面已比較干凈,僅膜絲個別地方發(fā)黑。用0.5%的硫酸浸泡1h后,膜表面明顯變白,膜出水量也有所增加,1#膜最后2次和2#膜最后3次用0.5%的硫酸清洗后,清水中膜的出水量增加了9%~19%,膜出水量都恢復(fù)至新膜的100%以上,但混合液的膜出水量并未恢復(fù)至運(yùn)行初期的水平。試驗(yàn)中我們還對酸洗液和自來水的硬度進(jìn)行了檢測。以1#膜第9次清洗為例,用來配制酸洗液的自來水的硬度為323mgCaCO3/L,浸泡膜的0.5%硫酸溶液的硬度為523mg/L,酸洗后膜沖洗排水的硬度為360mg/L,這說明,膜上積累了少量的Ca2+、Mg2+等金屬離子,它們來源于廢水,以垢的形式被截留在膜表面,且對膜表面造成了一定程度的堵塞。酸洗后,這些金屬離子溶于硫酸溶液中,使硫酸溶液的硬度升高,但上升幅度不是很大,說明盥洗廢水中的無機(jī)金屬離子污染不會對膜構(gòu)成很大的威脅。3廢水處理用膜的清洗(1)水外洗可以較徹底地去除運(yùn)行初期的膜表面沉積物,使膜通量有較大程度的恢復(fù)。隨運(yùn)行時間的延長,水外洗的效果變差,膜通量恢復(fù)率降低。(2)水反沖洗可以去除膜孔中的堵塞物和膜表面殘存的濾餅層,使膜通量進(jìn)一步恢復(fù),但經(jīng)水外洗后再進(jìn)行水反沖洗,膜通量的恢復(fù)率不是很高。(3)不同的廢水處理用膜,應(yīng)采用不同的化學(xué)清洗方法,且化學(xué)清洗液的濃度要適宜。先酸后堿的清洗方法不適用于盥洗