专利名称：一种评价膜化学清洗恢复性能的方法
技术领域：
本发明属于膜技术领域，具体涉及一种评价膜化学清洗恢复性能的方法。
背景技术：
膜技术作为一种新型的分离技术在废水处理中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景，近年来得到越来越多的推广。膜生物反应器(MBR)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术，以膜组件取代二沉池，在生物反应器中可以保持高活性污泥浓度，减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少污泥产量。与传统的生化水处理技术相比，膜生物反应器具有以下主要特点处理效率高、出水水质好；设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理简单。但是，MBR技术也存在一些不足，尤其不可避免的膜污染问题一直是限制MBR技术在更大范围内推广应用的主要因素。对于MBR系统处理废水，膜污染会导致膜阻力的上升、膜通量的下降和运行压力的提高，这就必然要求对膜进行化学清洗，以恢复膜的运行性能，即膜化学清洗恢复性能， 保证工程项目的实际处理量达到设计规模。膜化学清洗恢复性能通过膜化学清洗恢复率来表征，膜化学清洗恢复率是评价膜处理系统的一个重要指标，关系到膜的使用寿命和膜组件的更换周期，进而影响整个项目的投资运行成本。当被污染后的膜经过化学清洗，膜污染得到有效去除，以恢复膜的运行性能，MBR技术才能被有效的应用于相关的废水处理中。而一旦膜污染不能被化学清洗有效去除，即膜性能无法得到恢复，则意味着将MBR技术应用于该种废水处理中，会面临很大的风险。另外，废水处理中引起MBR膜污染的污染物通常是废水中各种物质的混合物，从而引起不同类型的膜污染，例如由微生物、细菌胞外聚合物等引起的生物污染；由油、脂、 难降解有机物等引起的有机污染；由&0)3、0^04』必04等引起的膜面结垢；由铁，铝，锰等引起的金属氧化物污染；以及由泥沙和硅等引起的污染。因此，必须针对不同的废水特性， 及根据废水中含有的污染物质类型，选择适宜的化学清洗药剂，并优化清洗方案。目前，针对废水处理MBR项目，一般都要通过开展MBR中试试验，经过长时间的连续运行后，引起膜污染和膜阻力上升，然后选择不同的化学药剂对膜进行化学清洗，考察化学清洗后膜性能的恢复率。根据化学清洗后膜性能的恢复效果判断采用MBR技术处理该种废水的可行性，以及确定应该采用哪一种或多种化学清洗药剂，并制定出可行的清洗方案。 尽管这样的操作模式能得到相对可靠的结果，但往往需要较长的试验时间，及投入的较大的人力和物力。而且往往由于很多设备和现场条件限制等方面的原因，不能很快顺利开展中试，从而无法在较短的时间内迅速做出能够采用MBR处理该种废水的判断，影响产品的推广和销售。
发明内容
本发明的目的是针对现有情况下，MBR膜化学清洗恢复性能的判断及清洗药剂的选择费时费力的问题，提供一种操作简单，成本低廉，能够快速的反映膜化学清洗恢复性能
4和选择合适的清洗药剂的可靠方法。本发明的目的可以通过以下措施达到一种评价平板膜化学清洗恢复性能的方法，包括以下步骤(1)使用小型评价装置确定平板膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3 ；(2)根据膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力 R3判断膜在污泥过滤后经化学清洗条件下的化学清洗恢复性能；其中，所述的小型评价装置为将搅拌式超滤杯置于搅拌器上，超滤杯与密封容器连接，密封容器与减压调节阀连接，减压调节阀与氮气钢瓶连接，减压调节阀出气管上安装压力表，搅拌式超滤杯的出水与天平连接，天平与电脑连接。所述的步骤(1)中使用小型评价装置确定平板膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3的方法为①将平板膜片按照搅拌式超滤杯的规格裁成膜片，将膜片置于搅拌式超滤杯中并进行固定，将纯水置入搅拌式超滤杯和密封容器中，搅拌并调节系统压力至固定值，过滤 5-20分钟，测试膜片在纯水中的通量Jl后计算膜的初始膜阻力Rl ；②将搅拌式超滤杯与密封容器的连接断开后，将搅拌式超滤杯直接与减压调节阀连接，将浓度为1000-3000mg/L的污泥倒入搅拌式超滤杯中过滤10-30分钟，污泥过滤后用纯水清洗搅拌式超滤杯中的膜片，完成一次对膜进行污泥过滤后纯水清洗的循环，重复该循环10-30次；③将上述②的纯水清洗后的膜片置于搅拌式超滤杯中并进行固定，搅拌式超滤杯与密封容器连接，密封容器与减压调节阀连接，将纯水置入搅拌式超滤杯和密封容器中，搅拌并调节系统压力至固定值，过滤5-20分钟，测试膜片在纯水中的通量J2后计算膜在污染后的膜阻力R2 ；④将上述③的搅拌式超滤杯中的膜片取出，浸泡在化学药剂溶液中，进行314小时化学清洗；⑤将化学清洗后的膜片置于搅拌式超滤杯中并进行固定，搅拌式超滤杯与密封容器连接，密封容器与减压调节阀连接，将纯水置入搅拌式超滤杯和密封容器中，搅拌并调节系统压力至固定值，过滤5-20分钟，测试膜片在纯水中的通量J3后计算膜在化学清洗后的膜阻力R3。本发明中所述的纯水是指经过反渗透膜和离子交换树脂处理以后的水，其电导率小于10μ s/cm。所述的纯水置入搅拌式超滤杯和密封容器时的纯水置入量均没有限制。本发明中所述的测试膜片在纯水中的通量后计算膜阻力都是根据达西定律来计算的。所述的化学药剂溶液为次氯酸钠溶液、过氧化氢溶液、盐酸溶液、氢氧化钠溶液、 柠檬酸溶液或草酸溶液中的一种或多种。其中所述的多种是指先在某种化学药剂溶液中浸泡后再在其他某种化学药剂溶液中浸泡。根据不同化学药剂或药剂组合对膜污染的清洗恢复效果，确定优化的清洗方案。次氯酸钠溶液、过氧化氢溶液、氢氧化钠溶液用于清洗膜面的生物污染和有机污染，盐酸溶液、柠檬酸溶液和草酸溶液用于清洗膜片结垢和金属氧化物形成的污染。针对不同的废水特性及膜污染物类型，选择适宜的化学清洗药剂。膜片在所述的任一种化学药剂中的清洗时间均为3 Mh。所述的次氯酸钠溶液的浓度以有效氯浓度计为500-2000mg/L，所述的过氧化氢溶液的浓度为1000_5000mg/L，所述的氢氧化钠溶液的浓度为100-1000mg/L，所述的盐酸溶液的浓度为100-1000mg/L，所述的柠檬酸溶液的浓度为1000mg/L-5000mg/L，所述的草酸溶液的浓度为500mg/L-2000mg/L。所述的(2)根据膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3判断膜在污泥过滤后经化学清洗条件下的化学清洗恢复性能的方法是通过公式(R2-R;3) / (R2-R1) *100 %计算膜化学清洗恢复率。所述膜化学清洗恢复率大于等于80%时，判断为膜的使用周期长、更换频率低，适合处理该废水；所述膜化学清洗恢复率低于80%时，判断为膜的使用周期较短、更换频率较高，需要采用多种化学清洗药剂组合的方法；经过两种或两种以上化学清洗药剂组合清洗后，膜化学清洗恢复率仍低于60%时，判断为膜的使用周期短、更换频率高，不适合处理该废水。本发明解决了现有的针对膜化学清洗恢复性能的判断及清洗药剂的选择费时费力的问题。不需要实施长时间的废水处理MBR中试试验，采用搅拌式超滤杯及其他评价装置对MBR污泥进行膜化学清洗恢复性能的评价，操作简单，成本低廉，能够及时快速的反映膜化学清洗恢复性能，并选择适宜的化学清洗药剂和确定优化的清洗方案。
图1为本发明测试膜片在纯水中的通量时的装置图。图2为本发明膜片在污泥中过滤时的装置图。如图所示，1为氮气钢瓶、2为减压调节阀、3为压力表、4为密封容器、5为磁力搅拌器、6为搅拌式超滤杯、7为膜片、8为天平、9为烧杯、10为电脑。
具体实施例方式结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3的测定及膜化学清洗恢复率的计算，以下各实施例均采用如下步骤①如图1所示，将氮气钢瓶1、减压调节阀2、压力表3、密封容器4、磁力搅拌器5、 搅拌式超滤杯6、天平8、烧杯9和电脑10连接。其中，将搅拌式超滤杯6置于磁力搅拌器5 上，搅拌式超滤杯6与密封容器4连接，密封容器4与减压调节阀2连接，减压调节阀2与氮气钢瓶1连接，减压调节阀2出气管上安装压力表3，搅拌式超滤杯6的出水接到放置在天平8的烧杯9里面，天平8与电脑10连接；②将平板膜片按照搅拌式超滤杯6的规格裁成膜片7，膜片7置于搅拌式超滤杯 6中并进行固定，将纯水置入搅拌式超滤杯6和密封容器4中，开启磁力搅拌器5至恒定转速，通过减压调节阀2调节系统压力至固定值，过滤5-20分钟，测试膜片7在纯水中的通量 Jl后计算膜的初始膜阻力Rl ；③如图2所示，断开搅拌式超滤杯6与密封容器4的连接，将搅拌式超滤杯6直接与减压调节阀2连接，将浓度为1000-3000mg/L的污泥倒入搅拌式超滤杯6中，开启磁力搅拌器5至恒定转速，通过减压调节阀2调节系统压力至固定值，过滤10-30分钟，污泥过滤后用纯水清洗搅拌式超滤杯6中的膜片7，完成一次对膜进行污泥过滤后纯水清洗的循环， 重复该循环10-30次；④如图1所示，将上述③的纯水清洗后的膜片7置于搅拌式超滤杯6中并进行固定，搅拌式超滤杯6与密封容器4连接，密封容器4与减压调节阀2连接，将纯水置入搅拌式超滤杯6和密封容器4中，开启磁力搅拌器5至恒定转速，通过减压调节阀2调节系统压力至固定值，过滤5-20分钟，测试膜片7在纯水中的通量J2后计算膜在污染后的膜阻力R2 ；⑤将上述④的搅拌式超滤杯6中的膜片7取出，根据污泥的类型选择化学药剂溶液后，浸泡在化学药剂溶液中，进行化学清洗；⑥如图1所示，将化学清洗后的膜片7置于搅拌式超滤杯6中并进行固定，搅拌式超滤杯6与密封容器4连接，密封容器4与减压调节阀2连接，将纯水置入搅拌式超滤杯6 和密封容器4中，开启磁力搅拌器5至恒定转速，通过减压调节阀2调节系统压力至固定值，过滤5-20分钟，测试膜片7在纯水中的通量J3后计算膜在化学清洗后的膜阻力R3 ；⑦通过公式(R2-R;3) / (R2-R1) *100 %计算膜化学清洗恢复率，评价膜片在此污泥过滤后经化学清洗条件下的化学清洗恢复性能。为验证本发明所述方法的准确性，在各实施例中均进行了相应的中试试验，其中本发明所述方法中的膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3，在相应的中试中分别以膜的初始膜阻力Si、膜在污染后的膜阻力S2和膜在化学清洗后的膜阻力S3表示。实施例1测试污泥为某造纸废水处理厂的污泥，污泥浓度为2000mg/L。首先测得膜片在纯水中的通量Jl为9.39m/d 5KPa，通过达西定律计算得到膜片的初始膜阻力Rl ；重复污泥过滤测试20次后纯水清洗膜片，测得膜片在纯水中的通量J2为0. 84m/d 5KPa，通过达西定律计算得到膜片在污染后的膜阻力R2 ；将膜片取出，浸泡在浓度为1000mg/L的草酸溶液中 20h，化学清洗后测得膜片在纯水中的通量J3为6. 35m/d 5KPa，通过达西定律计算得到膜片在化学清洗后的膜阻力R3，测试数据如表1所示，通过计算得知膜片的膜化学清洗恢复率为(R2-R3) / (R2-R1) *100 % = 95. 3 %。表 权利要求
1.一种评价平板膜化学清洗恢复性能的方法，其特征在于包括以下步骤(1)使用小型评价装置确定平板膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3 ；(2)根据膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3 判断膜在污泥过滤后经化学清洗条件下的化学清洗恢复性能；其中，所述的小型评价装置为将搅拌式超滤杯置于搅拌器上，搅拌式超滤杯与密封容器连接，密封容器与减压调节阀连接，减压调节阀与氮气钢瓶连接，减压调节阀出气管上安装压力表，搅拌式超滤杯的出水与天平连接，天平与电脑连接。
2.根据权利要求1所述的评价平板膜化学清洗恢复性能的方法，其特征在于所述的步骤(1)中使用小型评价装置确定平板膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3的方法为①将平板膜片按照搅拌式超滤杯的规格裁成膜片，将膜片置于搅拌式超滤杯中并进行固定，将纯水置入搅拌式超滤杯和密封容器中，搅拌并调节系统压力至固定值，过滤5-20 分钟，测试膜片在纯水中的通量Jl后计算膜的初始膜阻力Rl ；②将搅拌式超滤杯与密封容器的连接断开后，将搅拌式超滤杯直接与减压调节阀连接，将浓度为1000-3000mg/L的污泥倒入搅拌式超滤杯中过滤10-30分钟，污泥过滤后用纯水清洗搅拌式超滤杯中的膜片，完成一次对膜进行污泥过滤后纯水清洗的循环，重复该循环10-30次；③将上述②的纯水清洗后的膜片置于搅拌式超滤杯中并进行固定，搅拌式超滤杯与密封容器连接，密封容器与减压调节阀连接，将纯水置入搅拌式超滤杯和密封容器中，搅拌并调节系统压力至固定值，过滤5-20分钟，测试膜片在纯水中的通量J2后计算膜在污染后的膜阻力R2 ；④将上述③的搅拌式超滤杯中的膜片取出，浸泡在化学药剂溶液中，进行3-M小时化学清洗；⑤将化学清洗后的膜片置于搅拌式超滤杯中并进行固定，搅拌式超滤杯与密封容器连接，密封容器与减压调节阀连接，将纯水置入搅拌式超滤杯和密封容器中，搅拌并调节系统压力至固定值，过滤5-20分钟，测试膜片在纯水中的通量J3后计算膜在化学清洗后的膜阻力R3。
3.根据权利要求1或2所述的评价平板膜化学清洗恢复性能的方法，其特征在于所述的化学药剂溶液为次氯酸钠溶液、过氧化氢溶液、盐酸溶液、氢氧化钠溶液、柠檬酸溶液或草酸溶液中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的评价平板膜化学清洗恢复性能的方法，其特征在于 所述的(2)根据膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3判断膜在污泥过滤后经化学清洗条件下的化学清洗恢复性能的方法是通过公式 (R2-R3) / (R2-R1) *100 %计算膜化学清洗恢复率。
5.根据权利要求4所述的评价平板膜化学清洗恢复性能的方法，其特征在于所述膜化学清洗恢复率大于等于80%时，判断为膜的使用周期长、更换频率低，适合处理该废水；所述膜化学清洗恢复率低于80%时，判断为膜的使用周期较短、更换频率较高，需要采用多种化学清洗药剂组合的方法；经过两种或两种以上化学清洗药剂组合清洗后，膜化学清洗恢复率仍低于60%时，判断为膜的使用周期短、更换频率高，不适合处理该废水。
全文摘要
本发明公开了一种评价MBR膜化学清洗恢复性能的方法。将搅拌式超滤杯置于磁力搅拌器上，搅拌式超滤杯与密封容器连接，密封容器与减压调节阀连接，减压调节阀与氮气钢瓶连接，减压调节阀出气管上安装压力表，搅拌式超滤杯的出水与天平连接，天平与电脑连接。使用该小型评价装置确定膜的初始膜阻力R1、膜在污染后的膜阻力R2和膜在化学清洗后的膜阻力R3，然后判断膜在污泥过滤后经化学清洗条件下的化学清洗恢复性能。该方法操作简单、成本低廉，能够快速的对膜化学清洗恢复性能做出判断，并选择适宜的化学清洗药剂和确定优化的清洗方案。
文档编号B01D65/06GK102580546SQ20111002058
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者杨瑜芳, 田陆梅, 黄圣散 申请人:东丽纤维研究所(中国)有限公司