污水处理场MBR膜组运行问题及应对措施

陈 伟 姜宝安

(1.中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086；2.天津正达科技有限责任公司，天津 300152；3.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 红桥 300131)

中海油惠州石化有限公司(以下简称惠州石化)高酸重质原油的含盐污水采用“两级物化+两级生化+MBR膜反应器”的流程进行处理，深度处理采用臭氧催化氧化工艺。因炼油污水中含盐污水COD和氨氮含量较高，生化进水COD在800-1200mg/L范围内，氨氮在45-70mg/L范围内，生化池后段选择采样MBR膜反应器，可以避免硝化菌流失、跑泥等问题。目前，一级生化污泥浓度控制在5500-7500mg/L，二级污泥浓度控制在3000-4500mg/L。膜出水COD<100mg/L，氨氮<0.4mg/L，运行情况良好，出水稳定。

MBR膜组在实际运行过程中，出现包括积泥、结垢、油污染和生物粘泥污染堵塞等问题。本文根据现场情况总结分析原因，提出相应解决整改措施，减少离线清洗维护频次，确保MBR膜组连续稳定运行，有利于污水处理场平稳生产，延长膜组件使用寿命及节约费用。

1 MBR膜组积泥问题及应对措施

MBR膜组运行期间，共出现2次积泥异常情况，膜组压差不断上升，导致膜通量迅速下降，拆除膜架后发现膜丝被淤泥包裹，曝气无法抖动积泥。

1)第1次出现积泥原因为膜组曝气风不足，膜池内死泥区多，根据现场发现，膜池底部未曝气吹扫的地方会形成死泥区，经长期运行，不断恶化，尤其是膜架间的积泥最多，影响膜架曝气效果。测其膜池底部污泥浓度，4组膜下检测结果如下：

膜池ABCD混合液污泥浓度(mg/L)173079795047252289486300

根据现场抽取膜池底部污泥及检测出的数据显示，膜池底部未曝气的地方基本为死泥，将抽取管插进池底，判断池底有很厚的污泥。单支膜组件的吹扫气量约5.7m3/h，MBR膜组曝气风不足而导致膜组积泥，压差迅速上升，无法正常运行。根据现场实际情况，对膜组提高曝气吹扫气量，将原有连续曝气改为脉冲曝气，脉冲曝气改造完成后，脉冲时吹扫气量可达到每支膜约6.5～7.5m3/h，可满足系统在高通量运行条件下的吹扫气量要求，通过脉冲曝气，膜丝抖动更剧烈，滤饼层更不易黏附在膜丝上，确保膜组件长时间运行不积泥，同时不增加用电消耗，节约成本。

2)第2次出现积泥原因为膜池污泥浓度超高，导致膜组迅速积泥。

2019年污水处理场停工检修期间，由于生化系统单系列停运检修，单池检修期间，生化系统剩余污泥全部倒运至单系列后，导致在运生化系统污泥浓度迅速上升，因生化池共计5个小间池+膜池，而倒泥时，剩余污泥直接倒运至靠近膜池的第二间曝气池，导致高浓度生化污泥快速进入膜池后，污泥浓度从6800mg/L左右，迅速上升至12000mg/L左右。同时，期间4小时，因膜池内循环污泥回流泵跳停，导致膜池内污泥浓度快速上升至35000mg/L，导致膜组压差迅速上升，膜通量下降，拆卸后发现膜组严重积泥。发现问题后立即停运膜组，恢复污泥回流后，直至检测生化池与膜池污泥浓度基本平稳，同时拆卸膜架进行离线冲洗，加大排泥，污泥浓度降至11000mg/L左右时，恢复正常产水。目前，为控制膜组正常运行，生化池+膜池污泥浓度控制在4000mg/L左右，膜组运行平稳，压差无明显上升趋势，超过半年未进行离线清洗，运行正常。

2 MBR膜组结垢问题及应对措施

2018年5月-8月污水处理场含盐系列MBR膜组压差快速上升，其中含盐系列两组膜为新更换膜组，运行不到半年，拆卸后发现膜丝表面粗糙，结垢明显，同时膜架钢结构同样出现白色污垢，敲碎后约1-2mm厚度，其中膜丝用手轻轻一折，则膜丝断裂，立即停止膜组运行，并停止曝气。取下白色结垢块状物后，浸泡入烧杯，加入柠檬酸溶液后，有轻微反应，不明显。改用30%盐酸溶液后，反应剧烈，烧杯内部出现大量气泡，经现场烧杯小试，判断为碳酸盐结垢。

为恢复膜组正常运行，采用酸洗尽快恢复膜组运行，根据现场情况进行离线化学清洗，投加0.5-1%盐酸，同时浸泡后进行间断性行曝气，现场反应剧烈，清洗液pH为2-3，每组膜架清洗4-6小时后，吊出膜架，膜丝变软，再次进行次氯酸钠清洗，清洗完成后，冲洗、置换、浸泡后恢复完成清洗，恢复正常产水，膜组通量与初次投运时无衰减。

经排查，本次膜组结垢主要原因为生化进水硬度持续偏高，5月-8月生化系统进水硬度平均为421mg/L，最高达到541mg/L，说明来水中钙、镁等离子含量较高，同时5-8月含盐系列MBR膜池池内pH呈碱性，pH在8.0-8.5之间，导致膜组快速结垢。

为解决膜组结垢问题，排查上游高硬度污水，经排查为原油助剂添加问题，导致硬度增加，协调上游解决。同时污水处理场生化系统控制pH在7.5-8.0之间，减缓结垢速度，根据控制措施，含盐系列目前硬度在100-220mg/L，膜池内污水pH在8.0情况下，膜丝未出现结垢异常状况。

3 MBR膜组生物粘泥问题及应对措施

在活性污泥生化反应器中，当滤液被抽出时被截留的污泥会在膜外表面结成滤饼；被截留溶质在膜表面累积形成高浓层，产生浓差阻力；膜表面累积过高的溶质甚至可以形成凝胶层，产生凝胶层阻力；细小颗粒会卡在膜孔口或进入膜内孔引起孔堵；大分子有可能吸附在膜表面或孔表面，这些都将导致通量降低或跨膜压力升高。

在MBR运行过程中，发现膜组长时间运行，膜通量逐步下降，同时拆开膜架后膜丝上附着少量粘稠物，经化学清洗(碱洗+次氯酸钠清洗)后，可以恢复正常通量。因生物粘泥附着后，清洗时间较长，费用高，为确保膜组长周期高效稳定运行，污水处理场膜池投加膜增效剂。根据滤纸实验情况，试验记录反应速度、30min沉降比、絮凝效果、上清液浊度和滤纸滤液量，对不同厂家、不同型号的膜增效剂进行选型，选用适用于生化池对应的膜增效剂对膜组长周期稳定运行有较好效果。采用匹配的膜增效剂投加后，MBR膜组运行最长使用年限达到了7年。

4 MBR膜组油污染问题及应对措施

运行过程中，突然出现MBR膜组产水压差逐步上升，膜通量急剧下降。起吊膜组后发现，膜组膜丝积泥严重。冲洗膜组表面积泥后发现膜丝表面布满黑点，且有明显黑色油污状物质附着，冲洗水冲洗后基本无效果。后膜丝采用简单清洗方法如酸洗、碱洗也无明显效果，膜丝表面污油无法冲掉。

针对出现MBR膜组油污染情况，经排查，生化池进水油含量在1个月内有10天左右超过5mg/L，平均为7mg/L，最高达到15mg/L。污油进入生化池+膜池后，包裹在剩余污泥内，当膜组抽吸产水后，附着在膜丝表面。由于污油附着在膜丝表面，使膜丝外侧粘度增大，剩余污泥开始集聚在膜丝表面，随着压差快速上升，当膜组压差达到-25kpa时，膜组膜丝积泥已非常严重，单组膜架约35片膜均出现积泥。

经评估，由于膜丝油污染不严重，采用针对性除油清洗。膜丝积泥冲洗干净后，利用十二烷基苯磺酸钠与氢氧化钠混合进行清洗，清洗期间间歇曝气，清洗时间24h，清洗完成后，改为酸洗，酸洗采用盐酸进行浸泡，同样采用间歇曝气，清洗完毕后，除污染较为严重的膜丝无法清洗外，大部分油污清洗掉，最后冲洗干净后回装恢复产水。控制生化进水油含量<5mg/L，同时加大生化池剩余污泥排放，将剩余污泥浓度从7800mg/L降低至4200mg/L，对生化池内包裹污油的剩余污泥进行置换。经过一系列调整，膜组自清洗完成后，膜通量恢复至设计通量的87.5%，膜组自清洗后半年未进行离线清洗，膜组压差上升缓慢。

5 结论

根据MBR膜运行情况显示，要确保膜组高效平稳运行，务必需要精细的操作。确保膜组进水pH、硬度、油含量等指标满足运行要求。同时在实际运行和检修过程中，膜池污泥浓度的控制同样至关重要，合适的污泥浓度与所匹配的曝气风量尤其重要。针对膜丝断丝、膜组漏气问题本文未做详细介绍。目前MBR膜产业发展迅速，MBR丝增加内衬加强筋后，膜丝普遍不易出现断丝情况，而MBR膜组漏气可根据现场情况灵活进行排查。