CN117443197B - 利用臭氧微纳米气泡离线清洗mbr中空纤维膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，通过微纳米气泡发生器产生臭氧微纳米气泡对膜进行清洗，并控制溶解臭氧浓度为1‑5mg/L。本发明解决了传统中空纤维膜离线清洗过程中化学药剂在水中的残余量过多的问题，避免清洗完之后废液的处置问题。同时臭氧微纳米气泡有溶解能力强，传质效率高的优点，相比于普通的臭氧水可以产生更多的羟基自由基。可以解决现有利用臭氧水清洗膜出现的臭氧利用率低、清洗效果一般的问题。
Description
技术领域
本发明涉及膜清洗技术领域，尤其是涉及一种利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法。
背景技术
MBR中空纤维膜的清洗分为在线清洗和离线清洗，在线清洗是指膜污染不严重时，定期用药液在原位置清洗膜。如果在线清洗不能有效的恢复膜性能时，需要将膜组件从处理池中拿出来，浸泡到药液中进行离线清洗。传统的MBR中空纤维膜离线化学清洗一般使用的是酸碱药剂，造成了大量的酸碱清洗废液，而且会产生有害的副产物、污染水质。
臭氧具有很强的氧化有机和无机化合物的氧化能力，能够氧化废水中的大部分有机污染物，被广泛应用于工业废水处理中。臭氧通过两种方式氧化有机物：一是臭氧分子对有机物进行有选择的氧化，即直接氧化；二是通过自身分解生成的羟基自由基，通过羟基自由基将膜表面上的污染物转化成易生物降解的中间产物，对有机物进行无选择的快速氧化，即间接氧化。现有利用臭氧清洗膜的方法中，溶解臭氧浓度一般都比较高，适用于耐臭氧的膜，适用性差一些。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，以解决传统中空纤维膜离线清洗过程中化学药剂在水中的残余量过多的问题，避免清洗完之后废液的处置问题。同时臭氧微纳米气泡有溶解能力强，传质效率高的优点，相比于普通的臭氧水可以产生更多的羟基自由基。可以解决现有利用臭氧水清洗膜出现的臭氧利用率低、清洗效果一般的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，该方法包括如下步骤：
S1、设备连接
将氧气生成装置、臭氧发生器、微纳米气泡发生器依次通过第一管道、第二管道连接，微纳米气泡发生器的液体进口连接第三管道，微纳米气泡发生器的气体出口连接第四管道，第三管道和第四管道均伸入清洗池中；将中空纤维膜浸没在清洗池中，中空纤维膜通过第五管道依次与压力传感器和清洗泵连接，清洗泵还连接第六管道，第六管道伸入清洗池中；清洗池还通过冷却装置实现池内水的冷却；氧气生成装置不进行特别限定，只要能产生氧气即可，例如制氧机、工业氧气瓶等；冷却装置也不进行特别限定，只要能达到控制清洗液的温度的作用即可，例如冷却水循环机、冷却水管、低温恒温槽等；因为微纳米气泡发生器在运行过程中，水温逐渐升高，温度对臭氧气体的溶解和微纳米气泡在水中的停留时间影响很大，因此对水温的控制非常重要；
S2、膜清洗
1）依次开启氧气生成装置、臭氧发生器，氧气生成装置产生的氧气通过第一管道输入到臭氧发生器中生产臭氧；
2）开启所述微纳米气泡发生器，臭氧通过第二管道输入到微纳米气泡发生器，清洗池中的水通过第三管道输入到微纳米气泡发生器，产生的臭氧微纳米气泡通过第四管道释放在清洗池中，溶解臭氧浓度为1-5mg/L；
3）打开清洗泵，使臭氧微纳米气泡正向过膜清洗，采用“浸泡同时正向清洗”或“浸泡、正向交替清洗”的方式，直至压力传感器显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗。
其中，微纳米气泡是指直径小于100μm的微小气泡，其中又分为直径为1～100μm的微米气泡和直径小于1μm的纳米气泡。臭氧微纳米气泡技术是指臭氧经过微纳米气泡发生器后形成的微纳米级别的气泡。臭氧微纳米气泡技术是利用微纳米气泡比表面积大、上升速度慢、表面带负电荷、会促进臭氧产生更多的羟基自由基的特点。
臭氧微纳米气泡在水中的溶解能力强，臭氧保留时间长：在相同溶解臭氧浓度下，臭氧微纳米气泡的气含率远高于臭氧大气泡的气含率，并且随着溶解臭氧浓度的增加，两者的气含率差异越来越大。
臭氧微纳米气泡传质效率高：臭氧微纳米气泡达到的饱和溶解臭氧浓度比臭氧大气泡的大。臭氧微气泡达到饱和溶解臭氧浓度所需时间比臭氧大气泡快。
臭氧微纳米气泡臭氧利用效率高，羟基自由基生成多，表面zeta电位相对较高，相对于常规臭氧曝气来说，臭氧微纳米气泡均能显著促进有机污染物的降解，而且臭氧微纳米气泡独特的界面结构在膜清洗过程中有独特优势。
另外，产生微纳米气泡的过程是一个放热的过程，微纳米气泡发生器在运行过程中，水温逐渐升高，温度对臭氧气体的溶解和微纳米气泡在水中的停留时间影响很大，因此对水温的控制非常重要。
进一步，“浸泡同时正向清洗”的方式的具体步骤为：打开所述清洗泵，保持中空纤维膜浸泡在清洗液中，使臭氧微纳米气泡正向过膜清洗，每十分钟测一下清洗池中臭氧微纳米气泡清洗液中的溶解臭氧浓度、水温和膜清洗过程中的TMP（跨膜压差），直至所述的压力传感器显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗，清洗时间最多为2h。
进一步，“浸泡、正向交替清洗”的方式的具体步骤为：
a、打开所述清洗泵，保持中空纤维膜浸泡在清洗液中，使臭氧微纳米气泡正向过膜清洗30min，每十分钟测一下所述清洗池中臭氧微纳米气泡清洗液中的溶解臭氧浓度、水温和膜清洗过程中的TMP（跨膜压差）；
b、关闭所述清洗泵，使臭氧微纳米气泡浸泡清洗中空纤维膜30min，每十分钟测一下所述清洗池中臭氧微纳米气泡清洗液中的溶解臭氧浓度、水温和膜清洗过程中的TMP；
c、重复步骤a、b，直至压力传感器显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗，清洗时间最多为2h。
进一步，通过冷却装置保持清洗池内清洗液的温度为25℃±2℃。
进一步，清洗池顶部设有清洗池上盖，清洗池上盖上设有供第三管道穿过的第一插孔、供第四管道穿过的第二插孔、供第五管道穿过的第三插孔和供第六管道穿过的第四插孔；使用时将各个管道穿过对应的插孔***清洗池内。不再对臭氧废气处理装置进行限制，只要该装置处理后可让臭氧废气达标排放即可。
进一步，清洗池上盖上还设有臭氧废气排放孔，臭氧废气排放孔通第七管道与臭氧废气处理装置连接，产生的废气通过臭氧废气处理装置处理后排放。
进一步，冷却装置为低温恒温槽，清洗池放在低温恒温槽的水槽中。此方式适用于清洗小型中空纤维膜。
进一步，冷却装置包括冷却水循环机、第八管道、第九管道和冷却水管，第八管道与冷却水循环机的进水口连接，第九管道与冷却水循环机的出水口连接，冷却水管位于清洗池内部且贴壁设置，冷却水管的两端分别与第八管道、第九管道连接。此方式适用于清洗较大型中空纤维膜。
进一步，清洗池的上方还设有气泡均布机构，气泡均布机构包括竖直设置的连接管、若干水平设置的导流管和若干喷头，连接管与第四管道连接，若干导流管均与连接管连通，喷头均匀分布在导流管上；产生的臭氧微纳米气泡通过若干喷头均匀释放在清洗池中。
相对于现有技术，本发明所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法具有以下优势：
1、环境友好型：臭氧微纳米气泡清洗膜时产生的卤化消毒副产物比NaClO产生的少，解决了传统中空纤维膜离线清洗过程中化学药剂在水中的残余量过多的问题，避免了清洗完之后废液的处置问题。成本上：臭氧微纳米气泡技术也可以节省资金，原料是水和臭氧，因为臭氧是在现场生产的，消除了运输和储存的需求。实时处理：臭氧微纳米气泡能够在用水时即时生成，无需储存和添加化学试剂。这样可以提高处理效率，减少处理过程中的等待时间。
2、现有的利用臭氧微纳米气泡或者臭氧微泡清洗的专利，均没有考虑臭氧微纳米气泡产生过程中是一个放热的过程，温度过高对微纳米气泡的停留时间和臭氧的溶解都有很大影响，本发明采用了冷却装置控制清洗液的温度，避免影响臭氧微纳米气泡的溶解。
3、本发明选用溶解臭氧浓度为1-5mg/L的臭氧微纳米气泡水，当使用溶解臭氧浓度为1mg/L的臭氧微纳米气泡水通过“浸泡同时正向清洗”的方式清洗膜时，清洗效果已经好于2000ppm的次氯酸钠。
4、臭氧微纳米气泡达到的饱和溶解臭氧浓度比臭氧大气泡的大，所需时间比臭氧大气泡快。相对于常规臭氧曝气来说，臭氧微纳米气泡产生的羟基自由基越多，能显著促进有机污染物的降解，而且臭氧微纳米气泡独特的界面结构在膜清洗过程中有独特优势。
5、本发明对臭氧微纳米气泡的最佳过膜方式进行了探索，发现臭氧微纳米气泡正向过膜清洗的效果比反向过膜清洗的效果好。因此选用的臭氧微纳米气泡清洗膜的方式为“浸泡同时正向清洗”，如果处于能耗考虑，可以采用“浸泡、正向交替清洗”。不同于以往中空纤维膜采用清洗液浸泡清洗和清洗液反向过膜清洗的清洗方式。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法所采用的设备的结构示意图；
图2为本发明实施例1所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法所采用的清洗池上盖的俯视图；
图3为本发明实施例2所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法所采用的设备的结构示意图；
图4为本发明实施例2所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法所采用的清洗池上盖的俯视图；
图5为本发明实施例2所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法所采用的气泡均布机构的结构示意图；
图6为反向、正向清洗中空纤维膜的示意图；
图7为臭氧微纳米气泡“正向清洗”中空纤维膜过程中的TMP变化图；
图8为臭氧微纳米气泡“浸泡、正向交替清洗”中空纤维膜过程中的TMP变化图；
图9为为4种不同溶解臭氧浓度的臭氧微纳米气泡清洗中空纤维膜2h后的膜表面形貌图；（a）为溶解臭氧浓度为1mg/L的臭氧微纳米气泡，（b）为溶解臭氧浓度为3mg/L的臭氧微纳米气泡，（c）为溶解臭氧浓度为5mg/L的臭氧微纳米气泡，（d）为溶解臭氧浓度为7mg/L的臭氧微纳米气泡；
图10为膜清洗后的断裂伸长率比较图；
图11为膜清洗后的拉伸强度比较图。
附图标记说明：
1、氧气生成装置；2、第一管道；3、臭氧发生器；4、第二管道；5、微纳米气泡发生器；6、第三管道；7、第四管道；8、冷却装置；9、清洗池；10、中空纤维膜；11、第五管道；12、压力传感器；13、清洗泵；14、第六管道；15、清洗池上盖；16、第七管道；17、臭氧废气处理装置；18、第八管道；19、第九管道；20、冷却水管；21、连接管；22、导流管；23、喷头；
a、第一插孔；b、第二插孔；c、臭氧废气排放孔；d、第三插孔；e、第四插孔；f、第五插孔；g、第六插孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，该方法包括如下步骤：
S1、设备连接
将氧气生成装置1、臭氧发生器3、微纳米气泡发生器5依次通过第一管道2、第二管道4连接，微纳米气泡发生器5的液体进口连接第三管道6，微纳米气泡发生器5的气体出口连接第四管道7，第三管道6和第四管道7均伸入清洗池9中；将中空纤维膜10浸没在清洗池9中，中空纤维膜10通过第五管道11依次与压力传感器12和清洗泵13连接，清洗泵13还连接第六管道14，第六管道14伸入清洗池9中；清洗池9还通过冷却装置8实现池内水的冷却；冷却装置8不进行特别限定，只要能达到控制清洗液的温度的作用即可，例如冷却水循环机、冷却水管、低温恒温槽等；因为微纳米气泡发生器5在运行过程中，水温逐渐升高，温度对臭氧气体的溶解和微纳米气泡在水中的停留时间影响很大，因此对水温的控制非常重要；本实施例冷却装置8为低温恒温槽，清洗池放在低温恒温槽的水槽中。
清洗池9顶部设有清洗池上盖15，如图2所示，清洗池上盖上设有供第三管道6穿过的第一插孔a、供第四管道7穿过的第二插孔b、供第五管道11穿过的第三插孔d和供第六管道14穿过的第四插孔e；使用时将各个管道穿过对应的插孔***清洗池9内。
清洗池上盖上还设有臭氧废气排放孔c，臭氧废气排放孔c通第七管道16与臭氧废气处理装置17连接，产生的废气通过臭氧废气处理装置17处理后排放。
连接后的设备如图1所示。
S2、膜清洗
1）依次开启氧气生成装置1、臭氧发生器3，氧气生成装置1产生的氧气通过第一管道2输入到臭氧发生器3中生产臭氧；
2）开启所述微纳米气泡发生器5，臭氧通过第二管道4输入到微纳米气泡发生器5，清洗池9中的水通过第三管道6输入到微纳米气泡发生器5，产生的臭氧微纳米气泡通过第四管道7释放在清洗池9中，考虑到现实中清洗的膜的污染程度不一样，可根据实际情况选用溶解臭氧浓度为1-5mg/L；清洗池9放在冷却水循环机的恒温槽中，通过冷却装置8保持清洗池9内清洗液的温度为25℃；
3）中空纤维膜膜组件通过第五管道11和压力传感器12、清洗泵13连接，膜过滤后的水通过第六管道14流回清洗池9。
具体操作为：打开清洗泵13，使臭氧微纳米气泡正向过膜清洗，采用“浸泡同时正向清洗”或“浸泡、正向交替清洗”的方式，直至压力传感器12显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗。
4）臭氧废气排放孔c通第七管道16与臭氧废气处理装置17连接，产生的废气通过臭氧废气处理装置17处理后排放。
其中，“浸泡同时正向清洗”的方式的具体步骤为：打开所述清洗泵13，保持中空纤维膜10浸泡在清洗液中，使臭氧微纳米气泡正向过膜清洗，每十分钟测一下清洗池9中臭氧微纳米气泡清洗液中的溶解臭氧浓度、水温和膜清洗过程中的TMP（跨膜压差），直至所述的压力传感器12显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗，清洗时间最多为2h。
“浸泡、正向交替清洗”的方式的具体步骤为：
a、打开所述清洗泵13，保持中空纤维膜10浸泡在清洗液中， 使臭氧微纳米气泡正向过膜清洗30min，每十分钟测一下所述清洗池9中臭氧微纳米气泡清洗液中的溶解臭氧浓度、水温和膜清洗过程中的TMP（跨膜压差）；
b、关闭所述清洗泵13，使臭氧微纳米气泡浸泡清洗中空纤维膜1030min，每十分钟测一下所述清洗池9中臭氧微纳米气泡清洗液中的溶解臭氧浓度、水温和膜清洗过程中的TMP；
c、重复步骤a、b，直至压力传感器12显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗，清洗时间最多为2h。
实施例2
一种利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，与实施例1的区别在于步骤S1设备连接有所差异：即冷却装置8采用冷却水循环机、第八管道18、第九管道19和冷却水管20，第八管道18与冷却水循环机的进水口连接，第九管道19与冷却水循环机的出水口连接，冷却水管20位于清洗池9内部且贴壁环绕设置，冷却水管20的两端分别与第八管道18、第九管道19连接，清洗池上盖分别设有供第八管道18、第九管道19连接***的第五插孔f和第六插孔，如图3和4所示。
清洗池9的上方还设有气泡均布机构，气泡均布机构架在清洗池的内槽边缘，如图5所示，气泡均布机构包括竖直设置的连接管21、若干水平设置的导流管22和若干喷头23，连接管21与第四管道7连接，若干导流管22均与连接管21连通，喷头23均匀分布在导流管22上；产生的臭氧微纳米气泡通过若干喷头23均匀释放在清洗池9中。
测试
本测试例采用实施例1中所述的方法。
所清洗的膜为在MBR膜生物反应器中连续运行9个月的PVDF中空纤维膜，该MBR膜生物反应器的污泥浓度为5000mg/L。
所述清洗池中清洗液的有效体积为1L。清洗的中空纤维膜的有效面积为15.1×10-3m2。
本测试例比较了清洗液在不同的膜清洗方式下的清洗效果：所述的“浸泡清洗”：将膜浸泡在清洗液中。所述的“浸泡同时反向清洗”：将膜浸泡在清洗液中，用清洗泵将清洗液打入中空纤维膜膜丝内，使清洗液从中空纤维膜的膜丝内部由内向外过膜清洗。所述的“浸泡同时正向清洗”：将膜浸泡在清洗液中，然后用清洗泵抽，使清洗液从中空纤维膜的膜表面由外向内过膜清洗。所述的“浸泡、正向交替清洗”：膜在清洗液中浸泡的同时每隔30min进行正向过膜清洗：将膜浸泡在清洗液中，先打开清洗泵，使清洗液正向过膜清洗30min，接下来关闭清洗泵，将膜单纯浸泡清洗30min，按上述规则循环运行。具体清洗方向图6所示，图6中（a）图为反向清洗中空纤维膜的示意图，图6中（b）图为正向清洗中空纤维膜的示意图。
1、本测试例采用清洗效率来评估膜的清洗效果。
所述清洗效率以中空纤维膜膜阻力的减小百分比来评估。公式如下：
；
式中：R 清洗后：污染膜清洗后的膜阻力(m-1)；R 污染后：污染膜的膜阻力(m-1)；R 初始：原膜的膜阻力(m-1)。原膜用超纯水浸泡24h后测的纯水渗透系数。
所述膜的阻力根据以下公式计算：
；
式中：R：膜组件的阻力(m-1)；ΔP：跨膜压差(Pa)；µ：本实验选用20℃时去离子水的动力学粘度(Pa·s)，1.00×10-3；J：膜组件的通量L/(m2·h)。
本测试例比较了臭氧微纳米气泡、普通臭氧水、2000ppm NaClO清洗MBR中空纤维膜的清洗效果，为保证实验结果的准确性，每组清洗实验选取3次重复测试数据进行计算。
比较在水中测出同样溶解臭氧浓度的臭氧微纳米气泡和普通臭氧水的膜清洗效果。将臭氧气体和水通入微纳米气泡发生器5中，运行半个小时后清洗液浓度达到平衡，在清洗池中产生水中溶解臭氧浓度为1mg/L的臭氧微纳米气泡。将臭氧气体通过曝气石通入清洗池中，稳定后测得的臭氧水中臭氧浓度为1mg/L。所述臭氧微纳米气泡产生的原理是：溶气释气和过流断面渐缩突扩。普通臭氧水的产生就是通过曝气石将臭氧气体溶解到水中。
表1 臭氧微纳米气泡、普通臭氧水、NaClO清洗MBR中空纤维膜的清洗效果比较表
通过表1发现，臭氧微纳米气泡“浸泡清洗”、“浸泡、正向交替清洗”、“浸泡同时正向清洗”中空纤维膜的效果都要比普通臭氧水和2000ppm NaClO清洗中空纤维膜的效果要好。因为臭氧微纳米气泡在水中的溶解能力强，臭氧保留时间长。臭氧利用效率高，羟基自由基生成多，有利于膜孔的清洗，而且微纳米气泡独特的界面结构也有利于膜表面的清洗。
2、本测试例比较溶解臭氧浓度为1、3、5、7mg/L的臭氧微纳米气泡清洗1h中空纤维膜的清洗效率。
表2 不同浓度臭氧微纳米气泡1h清洗效率
本测试例比较水中溶解臭氧浓度为1、3、5、7mg/L的臭氧微纳米气泡清洗2h中空纤维膜的清洗效率。
表3 不同浓度臭氧微纳米气泡2h清洗效率
通过表2、3发现，在同一浓度下，不同清洗方式的清洗效果：“浸泡同时正向清洗”>“浸泡、正向交替清洗”>“浸泡清洗”>“浸泡同时反向清洗”。因此得出结论：臭氧微纳米气泡的最佳清洗方式是：“浸泡的同时进行正向过膜清洗”。如果出于能耗的考虑，可以使用“浸泡、正向交替清洗”。
通过表2、3发现，臭氧微纳米气泡中溶解臭氧浓度为5mg/L和7mg/L的膜清洗效果差不多，而且7mg/L时的清洗效果略微低于5mg/L的清洗效果，说明臭氧微纳米气泡中溶解臭氧浓度为5mg/L时，已经满足该膜的清洗要求，再增加臭氧浓度则会造成资源浪费，增加成本，并且还会影响膜的性能。考虑到现实中清洗的膜的污染程度不一样，根据实际情况选用臭氧微纳米气泡中溶解臭氧浓度为1-5mg/L。本发明清洗的膜为适用于MBR水处理的PVDF中空纤维膜。
通过表2、3还发现，本测试例选用的污染膜在浸泡的同时进行正向过膜清洗1h后，膜的清洗效果均达到了90%以上。
3、水中溶解臭氧浓度为1、3、5mg/L的臭氧微纳米气泡在“浸泡同时正向清洗”和“浸泡、正向交替清洗”过程中的TMP变化。
结合图7和图8发现，膜清洗2h后，TMP的变化已经趋于稳定，说明清洗效果达到饱和。考虑到膜的污染程度不同，清洗时间参考：每十分钟测一下膜清洗过程中的TMP，直至所述的压力传感器显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗，清洗时间最多为2h，这样即使膜的污染程度比较严重，在2h的清洗时间下也可以清洗干净。
4、清洗成本
表4 清洗过程中各设备的运行功率
表5 清洗过程中各设备的运行时间
表6 清洗费用（元/m2）
耗电量E=P*t，电费按0.8元/kW·h计算。
从上表可以看出在相同清洗方式，清洗时间下，使用的臭氧微纳米气泡清洗液中溶解臭氧浓度越大，能耗越大，对应的清洗成本越高。臭氧微纳米气泡中溶解臭氧浓度为7mg/L时的清洗效果略微低于5mg/L的清洗效果，而且在清洗成本上：臭氧微纳米气泡（7mg/L）> 臭氧微纳米气泡（5 mg/L）> 臭氧微纳米气泡（3mg/L）> 臭氧微纳米气泡（1mg/L）。因此，从成本上来看，选用溶解臭氧浓度为1-5mg/L。
5、膜表面形貌分析
如图9所示，4种不同溶解臭氧浓度的臭氧微纳米气泡清洗中空纤维膜2h后的膜表面形貌图；（a）图为溶解臭氧浓度为1mg/L的臭氧微纳米气泡，（b）图为溶解臭氧浓度为3mg/L的臭氧微纳米气泡，（c）图为溶解臭氧浓度为5mg/L的臭氧微纳米气泡，（d）图为溶解臭氧浓度为7mg/L的臭氧微纳米气泡；分析发现：溶解臭氧浓度为7mg/L的臭氧微纳米气泡清洗膜后，膜的表面出现裂纹，溶解臭氧浓度为7mg/L的臭氧微纳米气泡不适合长时间清洗膜。
6、膜清洗后的机械强度
从图10和图11看出，溶解臭氧浓度为7mg/L的臭氧微纳米气泡清洗膜2h后，膜的拉伸强度和断裂伸长率明显降低，膜的机械强度变小说明该溶解臭氧浓度的臭氧微纳米气泡清洗膜后，使膜的性能发生了改变，而溶解臭氧浓度为1-5mg/L的臭氧微纳米气泡清洗膜后，对膜的机械强度影响不大。
因此，从上述形貌和机械强度来看，选用溶解臭氧浓度为1-5mg/L的臭氧微纳米气泡。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1、设备连接
将氧气生成装置、臭氧发生器、微纳米气泡发生器依次通过第一管道、第二管道连接，微纳米气泡发生器的液体进口连接第三管道，微纳米气泡发生器的气体出口连接第四管道，第三管道和第四管道均伸入清洗池中；将中空纤维膜浸没在清洗池中，中空纤维膜通过第五管道依次与压力传感器和清洗泵连接，清洗泵还连接第六管道，第六管道伸入清洗池中；清洗池还通过冷却装置实现池内水的冷却；通过冷却装置保持清洗池内清洗液的温度为25℃±2℃；
S2、膜清洗
1）依次开启氧气生成装置、臭氧发生器，氧气生成装置产生的氧气通过第一管道输入到臭氧发生器中生产臭氧；
2）开启所述微纳米气泡发生器，臭氧通过第二管道输入到微纳米气泡发生器，清洗池中的水通过第三管道输入到微纳米气泡发生器，产生的臭氧微纳米气泡通过第四管道释放在清洗池中，溶解臭氧浓度为1-5mg/L；
3）打开清洗泵，使臭氧微纳米气泡正向过膜清洗，采用“浸泡同时正向清洗”或“浸泡、正向交替清洗”的方式，直至压力传感器显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗；
其中，“浸泡同时正向清洗”的方式的具体步骤为：打开所述清洗泵，保持中空纤维膜浸泡在清洗液中，使臭氧微纳米气泡正向过膜清洗，每十分钟测一下清洗池中臭氧微纳米气泡清洗液中的溶解臭氧浓度、水温和膜清洗过程中的TMP，直至所述的压力传感器显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗，清洗时间最多为2h；
“浸泡、正向交替清洗”的方式的具体步骤为：
a、打开所述清洗泵，保持中空纤维膜浸泡在清洗液中，使臭氧微纳米气泡正向过膜清洗30min，每十分钟测一下所述清洗池中臭氧微纳米气泡清洗液中的溶解臭氧浓度、水温和膜清洗过程中的TMP；
b、关闭所述清洗泵，使臭氧微纳米气泡浸泡清洗中空纤维膜30min，每十分钟测一下所述清洗池中臭氧微纳米气泡清洗液中的溶解臭氧浓度、水温和膜清洗过程中的TMP；
c、重复步骤a、b，直至压力传感器显示的TMP在30min内下降幅度不超过10%，即可停止清洗，清洗时间最多为2h。
2.根据权利要求1所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，其特征在于：清洗池顶部设有清洗池上盖，清洗池上盖上设有供第三管道穿过的第一插孔、供第四管道穿过的第二插孔、供第五管道穿过的第三插孔和供第六管道穿过的第四插孔；使用时将各个管道穿过对应的插孔***清洗池内。
3.根据权利要求2所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，其特征在于：清洗池上盖上还设有臭氧废气排放孔，臭氧废气排放孔通第七管道与臭氧废气处理装置连接，产生的废气通过臭氧废气处理装置处理后排放。
4.根据权利要求1所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，其特征在于：冷却装置为低温恒温槽，清洗池放在低温恒温槽的水槽中。
5.根据权利要求1所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，其特征在于：冷却装置包括冷却水循环机、第八管道、第九管道和冷却水管，第八管道与冷却水循环机的进水口连接，第九管道与冷却水循环机的出水口连接，冷却水管位于清洗池内部且贴壁设置，冷却水管的两端分别与第八管道、第九管道连接。
6.根据权利要求5所述的利用臭氧微纳米气泡离线清洗MBR中空纤维膜的方法，其特征在于：清洗池的上方还设有气泡均布机构，气泡均布机构包括竖直设置的连接管、若干水平设置的导流管和若干喷头，连接管与第四管道连接，若干导流管均与连接管连通，喷头均匀分布在导流管上；产生的臭氧微纳米气泡通过若干喷头均匀释放在清洗池中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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