自“水十條”提出以來(lái)，各地陸續制定了嚴于國家標準的地方水污染物排放標準，污水處理廠(chǎng)提標改造持續推進(jìn)。膜生物反應器（MBR）集合了傳統活性污泥法中的生物處理技術(shù)和膜的高效截留作用，使系統出水水質(zhì)得到大幅度提高，成為極具競爭力的水處理工藝，被廣泛應用于市政和工業(yè)污水處理廠(chǎng)的建造和升級改造，滿(mǎn)足了日益嚴格的排放標準及回用要求。陶瓷膜是無(wú)機材料經(jīng)特殊工藝燒制而形成的非對稱(chēng)膜，具有分離效率高、效果穩定、化學(xué)穩定性好、耐酸堿、耐高溫、抗污染、機械強度高和使用壽命長(cháng)等優(yōu)勢，在分離領(lǐng)域和水處理領(lǐng)域得到廣泛的關(guān)注，并形成了陶瓷平板膜MBR技術(shù)。

安徽省某工業(yè)園區主要生產(chǎn)高分子材料，廢水中含有聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、催化劑等有毒、難降解成分，有機膜系統難以穩定運行。本研究基于該工業(yè)園區的實(shí)際廢水處理工程，采用陶瓷平板膜MBR進(jìn)行中試，以確定膜系統穩定運行的工藝參數，為解決難降解有機廢水處理難題提供技術(shù)支持。

1、材料與方法

1.1 進(jìn)水水質(zhì)

安徽省某工業(yè)園區綜合廢水的處理工藝為“調節+催化氧化+水解酸化+好氧生化”，之后作為中試原水進(jìn)入陶瓷平板膜MBR裝置，其COD為1.0～1.6g/L，Cl-、MLSS的質(zhì)量濃度分別為12～13、8～12g/L，pH為6～9，溫度38～42℃。

1.2 中試裝置

中試裝置采用集裝箱式一體化廢水處理設備，主要包括膜池、產(chǎn)水池、平板陶瓷膜堆、進(jìn)水系統、混合液回流系統、曝氣系統、產(chǎn)水系統、反洗系統、排泥系統和PLC控制系統等，處理工藝流程如圖1所示。

采用的陶瓷平板膜為自主研發(fā)的XM產(chǎn)品，膜性能如表1所示，膜組件所含的膜片數量為200片，膜面積為20m2。

1.3 研究路線(xiàn)

分別對在線(xiàn)反沖洗運行模式（反洗模式）與抽停不反洗運行模式（抽停模式）的運行情況進(jìn)行研究，通過(guò)對2種運行模式系統穩定性與經(jīng)濟性比較，確定該水質(zhì)條件下的運行模式與運行通量，并在該運行模式與運行通量下進(jìn)一步優(yōu)化，保證膜系統的穩定運行。反洗模式：產(chǎn)水泵運行一定時(shí)間后停止，反洗泵開(kāi)啟進(jìn)行反洗，反洗一定時(shí)間后反洗泵停止，產(chǎn)水泵運行；抽停模式：產(chǎn)水泵運行一定時(shí)間后停止，停歇一定時(shí)間后產(chǎn)水泵再次啟動(dòng)運行。

中試過(guò)程中采用恒通量運行模式，運行過(guò)程中連續曝氣，曝氣強度為20m3/(m2?h)。

1.4 分析測試方法

COD采用5B-3FCOD快速測定儀進(jìn)行測定；濁度采用HACH1900C便攜式快速測定儀進(jìn)行測定；膜通量根據產(chǎn)水電磁流量計示數進(jìn)行計算，跨膜壓差（TMP）采用壓力變送器與液位與壓力表高度差進(jìn)行測定計算。

膜性能采用膜通量（J）、TMP、通量恢復系數（r）表征。

式中：J和J20分別為溫度θ和20℃時(shí)的膜通量，Jo和Ji分別為污染前和清洗后膜通量，Jm為平均膜通量，qV為產(chǎn)水體積流量，A為膜組件面積，t0和tp為1個(gè)過(guò)濾周期內產(chǎn)水泵運行、停歇時(shí)間，p為壓力，Hp為壓力表位置距膜池液面的高度（以壓力表位置為基準零點(diǎn)）。

2、結果與討論

2.1 反洗模式下運行通量的優(yōu)化選擇

在線(xiàn)反沖洗是控制膜污染較為常用的運行方式之一，也是陶瓷平板膜相比有機平板膜的優(yōu)勢之一，反沖洗作用可以沖掉膜孔道內和膜表面的污染物，使TMP處于較低的水平，保證膜的高透水性。陶瓷膜應用于某些廢水處理時(shí)，可以通過(guò)控制產(chǎn)水時(shí)間與反沖洗頻率保證膜系統的穩定運行。當進(jìn)水COD為800～1000mg/L時(shí)，采用抽吸產(chǎn)水9min、反洗1min、反洗水量75L/(m2?h)的運行模式。圖2為運行通量分別為20、25、30、35L/(m2?h)時(shí)TMP的變化趨勢。

由圖2可知，在相同的運行條件下，運行通量與TMP呈正相關(guān)關(guān)系。運行通量越大，對應的初始運行壓力越大，TMP增長(cháng)速率也越快。運行通量35L/(m2?h)下初始TMP已達到27.80kPa，而運行通量20L/(m2?h)下初始TMP僅有9.86kPa；運行過(guò)程中，運行通量35L/(m2?h)下TMP增長(cháng)速率為0.30kPa/min，而運行通量20L/(m2?h)時(shí)TMP增長(cháng)速率為0.11kPa/min；運行通量30、25L/(m2?h)的TMP增長(cháng)速率變化趨勢介于上述兩者之間，分別為0.28、0.20kPa/min。表明在此廢水處理項目中，為保證膜系統的穩定運行，運行通量不應高于20L/(m2?h)。

2.2 反洗水量對膜污染的恢復效果

采用與2.1節同樣的運行條件，控制運行通量20L/(m2?h)，對不同反洗水量條件下的膜污染恢復效果進(jìn)行分析，通量恢復率如表1所示。

由表2可知，反洗對膜污染的去除效果不佳，不同反洗水量對膜污染的恢復效果相差不大，膜通量恢復率低于69%，與文獻中的研究結果接近。其主要原因可能是，反洗對水質(zhì)要求較高，而系統產(chǎn)水（反洗用水）COD仍然較高，存在部分粒徑與膜孔徑接近的物質(zhì)在反洗過(guò)程中造成膜的二次污染的可能；其次，2倍的反洗水量即可將膜污染的濾餅層及膜孔堵塞物去除，進(jìn)一步增大反洗水量并不能去除更多污染物，當反洗強度過(guò)高時(shí)，膜孔內的污染物會(huì )被水流剪切力所破碎，形成的細小顆粒更容易被膜孔吸附而不易脫落，造成反洗效果不佳甚至產(chǎn)生反洗效果變差的現象。

2.3 抽停方式下運行通量的優(yōu)化

控制抽停時(shí)間比的目的主要在于在抽吸產(chǎn)水停止時(shí)，利用連續曝氣對膜面水力條件形成的紊流作用及時(shí)沖刷膜表面的污泥層，減輕膜污染程度。進(jìn)水COD為800～1000mg/L，采用抽吸產(chǎn)水5min停止產(chǎn)水1min、不進(jìn)行反洗的運行模式，不同運行通量下TMP隨運行時(shí)間的變化如圖3所示。

由圖3可知，運行通量與TMP的關(guān)系與2.1節一致，膜污染達到一定程度時(shí)系統將無(wú)法運行。通量20L/(m2?h)時(shí)TMP增長(cháng)速率為0.12kPa/min，屬于膜污染的緩慢增長(cháng)階段；通量40L/(m2?h)時(shí)運行40min后系統因無(wú)法正常產(chǎn)水而停機，屬于膜污染的快速增長(cháng)階段，此階段膜面濾餅層被迅速壓實(shí)，TMP急劇升高，滲透通量降低，最終將導致系統崩潰；通量30L/(m2?h)膜系統在TMP低于40kPa運行時(shí)，TMP增長(cháng)速率為0.45kPa/min，TMP高于40kPa時(shí)，膜污染速度達到1.41kPa/min，是前者的3.13倍，進(jìn)入膜污染的第3階段。表明在此廢水項目中，與采用反洗模式相似，運行通量不應高于20L/(m2?h)，運行過(guò)程中TMP應控制低于40kPa。

2.4 抽停方式與反洗方式的經(jīng)濟性比較

抽停方式與反洗方式由于運行過(guò)程中進(jìn)行了停歇或反洗從而影響膜系統的總產(chǎn)水量，降低了系統運行的經(jīng)濟性，因此在保證系統的穩定運行的前提下，需盡量提高膜系統的平均通量，不同運行方案的比較如表3所示。

由表3可知，反洗方式2與抽停方式1的運行通量相同，膜污染速率相近，但反洗模式2的平均膜通量比抽停模式1低34.4%，主要原因是反洗過(guò)程消耗了大量的產(chǎn)水，導致平均膜通量較低；當反洗方式運行通量達到25L/(m2?h)時(shí)，平均膜通量才與抽停方式接近，但此時(shí)如圖3和圖4中所示反洗模式的膜污染速率明顯較抽停模式快；綜合比較，在相同的進(jìn)水條件下，抽停方式較反洗方式的穩定性及經(jīng)濟性更高。

2.5 反洗在抽停模式中的運行效果

與上述運行方式類(lèi)似，控制運行通量為20L/（m2?h），對比有無(wú)反洗工藝對膜通量的影響。反洗運行條件下，抽吸5min停止1min，每2h進(jìn)行1次在線(xiàn)汽水反沖洗，反洗水量為2倍產(chǎn)水量；不反洗運行條件下，抽吸5min停止1min，不進(jìn)行反洗。反洗與不反洗時(shí)的通量衰減率如圖4所示。

由圖4可知，抽停模式中，有無(wú)反洗程序對膜通量的影響不大，反洗對通量的恢復效果不明顯，當運行至第10次反洗時(shí)，有無(wú)反洗程序的通量變化沒(méi)有差別，表明在本項目中，有無(wú)反洗程序對膜系統的污染控制沒(méi)有差異，為保證系統的經(jīng)濟性，可不設計反沖洗程序。

2.6 抽停時(shí)間比的優(yōu)化

進(jìn)水COD為800～1000mg/L，控制運行通量為20L/(m2?h)，分別采用4種抽停比的方式運行。不同抽停時(shí)間比下TMP變化如圖5所示。

由圖5可知，60min的運行時(shí)間內，開(kāi)4min停1min、開(kāi)5min停1min、開(kāi)6min停1min方式下的TMP增長(cháng)速率由0.03kPa/min升高至0.12kPa/min，表明相同的停歇時(shí)間內，抽吸時(shí)間越長(cháng)膜污染越嚴重；其次相同有效產(chǎn)水時(shí)間條件下，開(kāi)8停2的膜污染速率遠大于開(kāi)4min停1min，主要原因為抽吸時(shí)間越長(cháng)，污染物在膜面被壓實(shí)的可能性越大，空氣擦洗膜面污染物所需的停歇時(shí)間就越長(cháng)，隨著(zhù)膜面殘留的污染物越來(lái)越多，膜系統有效過(guò)濾孔的堵塞越來(lái)越嚴重，TMP增長(cháng)加快。本項目中宜采用開(kāi)4min停1min的方式運行，可以保證膜系統穩定運行，減少清洗頻率。

3、結論

陶瓷平板膜MBR在處理含聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑等難降解有機物的廢水時(shí)，在線(xiàn)反沖洗對膜通量的恢復效果不佳，增大反洗水量不能提高反洗效果。在進(jìn)水COD800～1000mg/L，采用反洗運行模式和抽停運行模式下，為保證系統穩定運行，通量應不超過(guò)20L/(m2?h)。與反洗運行模式相比，抽停運行模式經(jīng)濟性更好；通過(guò)控制合適的抽停比可以較好的控制膜污染。采用抽停比開(kāi)4min停1min時(shí)，平板陶瓷膜MBR運行較為穩定。（來(lái)源：浙江中誠環(huán)境研究院有限公司）