超濾膜元件的重度污染及離線清洗鄭州開(kāi)元恒業(yè)水處理設(shè)備有限公司（河南鄭州 450012） 宋景頗摘要 隨著超濾技術(shù)在水處理工藝中的廣泛應(yīng)用，超濾膜的污染因其預(yù)處理工藝、預(yù)處理效果以及各地水源水質(zhì)的不同，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的污染。超濾膜污染到一定程度，就必須進(jìn)行清洗。而超濾膜在遭受重度污染的情況下，在線清洗已經(jīng)不能夠滿足膜元件性能恢復(fù)的需要，離線清洗就成為解決這一問(wèn)題的唯一辦法。本文主要介紹了超濾膜重度污染的原因、特征以及離線清洗操作方法、清洗配方的選擇和清洗實(shí)例，以供參閱。關(guān)鍵詞 超濾；重度污染；離線清洗The serious contamination and cleaning off-line of UF membraneWANG Zhi-dong WANG Xu-wen * SONG Jing-po *(*Huadian Xinxiang,xinxiang 453000,China)(* Begin chemical,zhengzhou 450012,China)Abstract: With the application of UF unit,contamination appears in different forms due to different preconditions and different water sources. The pUFblems of the cleaning of membrane is following with the contamination. But the cleaning on-line become not enough when the contamination is serious, the only choice is the cleaning off-line. This paper intUFduces the reasons and characteristics of serious contaminated UF membrane,the selection of prescription of the cleaning membrane,emphases on operation and concrete examples in order to consult with pUFfessionals.Key words: Ultrafiltration membrane (UF);serious contamination;cleaning off-line超濾系統(tǒng)因其先進(jìn)的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)特性，已形成國(guó)內(nèi)各行業(yè)龐大的用戶群，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)超濾水處理工業(yè)用戶已超過(guò)數(shù)千家。超濾膜元件作為初步過(guò)濾的手段，其表面不可避免的會(huì)殘留有膠體、微生物、雜質(zhì)顆粒、金屬氧化物等在其表面的析出，因此，在多種領(lǐng)域使用的超濾裝置，一旦投入使用，最終都需要清洗，只是清洗周期的長(zhǎng)短不同而已。然而，在線清洗作為一種超濾系統(tǒng)常用的清洗以及定期維護(hù)的手段，在面臨超濾膜元件重度污染時(shí)就顯得無(wú)能為力，這個(gè)時(shí)候就需要對(duì)超濾膜元件進(jìn)行離線清洗。1 超濾膜元件重度污染的原因、特征 雖然超濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都會(huì)有一定程度的富裕量，以保證在緊急時(shí)刻不至于因?yàn)槌瑸V系統(tǒng)的產(chǎn)水量或出水質(zhì)量下降、超濾系統(tǒng)壓差升高而使得供水不足而對(duì)安全生產(chǎn)造成威脅，但實(shí)際上也正是由于這些富裕量的存在才使得有時(shí)候隱藏的故障不能夠及時(shí)的表現(xiàn)出來(lái)，這樣最終可能就演變?yōu)槌瑸V膜元件的重度污染。11 超濾膜元件重度污染的概念超濾膜污染是指超濾系統(tǒng)進(jìn)水中所含的懸浮物、膠體、有機(jī)物、微生物及其它顆粒對(duì)UF膜產(chǎn)生的表面附著、沉積污染或者水中的化學(xué)離子成分在膜表面因濃差極化等因素導(dǎo)致的離子積大于溶度積后的化學(xué)垢類(lèi)生成等現(xiàn)象。重度污染則指污染后的進(jìn)出水壓差大于系統(tǒng)投運(yùn)初期進(jìn)出水壓差值的3倍以上或者（正常進(jìn)出水壓差下）超濾系統(tǒng)產(chǎn)水量下降30%以上的情況。 重度污染往往是重度物理污染和重度化學(xué)污染的疊加，某些情況下，二者同時(shí)伴生。12 超濾膜元件重度污染的原因及特征由于各地水源水質(zhì)不同，所采用的預(yù)處理方式也不盡相同，所以UF膜元件的原因也不盡相同，常見(jiàn)的污染原因及特征有以下幾種：121 水處理工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制造缺陷 （1）對(duì)于超濾預(yù)處理過(guò)濾器來(lái)講，源水為井水的情況下，設(shè)備濾速大于8.5米/小時(shí)，而地表水設(shè)計(jì)中設(shè)備濾速大于8米/小時(shí)，導(dǎo)致超濾進(jìn)水濁度過(guò)高；（2）源水中含有數(shù)量過(guò)多的膠體、懸浮物等雜質(zhì)，而在設(shè)計(jì)中沒(méi)有去除或降低措施；（3）超濾預(yù)處理設(shè)備及管路在設(shè)計(jì)安裝過(guò)程中存在缺陷，由于設(shè)備自身的原因產(chǎn)生污染物；（4）超濾膜元件設(shè)計(jì)通量超標(biāo)的超濾裝置壓差升高快,產(chǎn)水量衰減及濁度上升快。以上設(shè)計(jì)缺陷均有可能導(dǎo)致超濾系統(tǒng)清洗頻率的增加，同時(shí)這些缺陷也難以通過(guò)后期的技術(shù)改進(jìn)或者調(diào)試等措施來(lái)徹底消除，給系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全運(yùn)行留下隱患，因此合理的清洗工藝及方案對(duì)于延長(zhǎng)類(lèi)似超濾裝置的使用壽命來(lái)說(shuō)就至關(guān)重要。122 超濾預(yù)處理添加劑及其它耗材選用不當(dāng)（1）超濾預(yù)處理系統(tǒng)選用藥劑的類(lèi)型或加藥量選用不當(dāng)，一般情況下，常用的預(yù)處理藥劑，譬如：聚合鋁、聚合鐵、聚丙烯胺以及ST絮凝劑等，都可以作為預(yù)處理系統(tǒng)中降低濁度的添加劑使用，但需要注意的是各藥劑合理的添加量才是保證出水質(zhì)量的保證，加藥量過(guò)多或過(guò)少均有可能導(dǎo)致以上添加劑在沒(méi)有充分反應(yīng)的情況下在過(guò)濾精度更高的超濾膜上積聚，導(dǎo)致超濾膜元件的污染；(2)超濾保安過(guò)濾器濾芯在選擇過(guò)程中要確保質(zhì)量可靠，號(hào)稱200微米而實(shí)際精度達(dá)不到的濾芯對(duì)超濾膜元件的安全運(yùn)行時(shí)非常不利的；1.2.3 水處理運(yùn)行條件的突變導(dǎo)致的系統(tǒng)異常一般情況下是由于氣候變化導(dǎo)致源水中懸浮物含量增加，或者源水類(lèi)型的轉(zhuǎn)變（如：由地下水更改為地表水導(dǎo)致超濾進(jìn)水中各種污染物的增加）時(shí)的超濾裝置運(yùn)行狀況惡化，形成重度污染。124 系統(tǒng)運(yùn)行操作管理問(wèn)題（1）不按操作規(guī)程操作；（2） 設(shè)備狀態(tài)參數(shù)調(diào)整不及時(shí)；（3） 運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整不當(dāng)；（4） 添加藥劑的計(jì)量未作優(yōu)化；（5） 系統(tǒng)達(dá)到清洗條件時(shí)不及時(shí)清洗系統(tǒng)；（6） 系統(tǒng)表計(jì)不按時(shí)調(diào)校；（7） 缺乏運(yùn)行管理總結(jié)。125 水處理系統(tǒng)供水緊張除了以上情況，在相當(dāng)多的企業(yè)，由于水處理系統(tǒng)供水緊張，使得超濾裝置即使出現(xiàn)了運(yùn)行參數(shù)的惡化，系統(tǒng)遭受污染，但因供水緊張的原因而不能進(jìn)行及時(shí)的清洗，結(jié)果導(dǎo)致系統(tǒng)污染逐步嚴(yán)重，形成重度污染。2 重度污染UF膜的離線清洗要求當(dāng)下列情況發(fā)生時(shí)，需要對(duì)重度污染UF膜元件進(jìn)行離線清洗：（1）超濾膜元件污染符合“重度污染”標(biāo)準(zhǔn)；（2）超濾系統(tǒng)通過(guò)在線清洗不能夠達(dá)到系統(tǒng)額定標(biāo)準(zhǔn)的；（3）水處理系統(tǒng)由于供水緊張而不能夠進(jìn)行在線清洗或沒(méi)有在線清洗設(shè)備的；（4）超濾污染類(lèi)型較為復(fù)雜，各超濾膜元件污染程度不一，通過(guò)在線清洗容易不能夠徹底解決的；（在線清洗中，超濾裝置中并聯(lián)排列的膜元件中，污染較重的膜元件進(jìn)清洗液量少，污染較輕的進(jìn)清洗液的量則多，使得污染輕的膜清洗容易洗過(guò)量，而污染輕的膜則得不到應(yīng)有的清洗。）3 超濾膜元件的離線清洗方式及步驟3.1 首先提供超濾膜離線清洗及性能測(cè)試裝置和相關(guān)連接管道等，停止超濾系統(tǒng)中其中一套超濾裝置的運(yùn)行，將一支超濾膜元件完全隔離，并采用臨時(shí)管道將清洗測(cè)試設(shè)備與超濾膜相連；3.2 清洗前超濾膜元件性能測(cè)試：3.1 檢測(cè)每一支超濾膜元件，測(cè)試其各項(xiàng)性能指標(biāo)，包括：進(jìn)水壓力、出水壓力、濃水壓力等，并作好測(cè)試記錄；3.2 以上性能參數(shù)的測(cè)試條件：符合不同類(lèi)型膜廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)。33 系統(tǒng)清洗前了解系統(tǒng)目前運(yùn)行狀況；34 采集運(yùn)行超濾系統(tǒng)的各參數(shù)指標(biāo)，作好原始記錄；35 根據(jù)用戶原水全分析報(bào)告、性能測(cè)試結(jié)果及所了解的系統(tǒng)信息判斷清洗流程；36 污染物的鑒定。首先根據(jù)3.5的分析結(jié)果初步判定，再通過(guò)特殊的設(shè)備、器具作進(jìn)一步的驗(yàn)證，以確定具體污染物類(lèi)型。37 根據(jù)3.5、3.6的分析結(jié)果，確定所需清洗配方。當(dāng)UF膜上的污染物確定后，我們可以選擇膜制造商提供的系列配方，選擇較為合適的一種或兩種配方；或者選擇特殊配方（當(dāng)UF膜被特殊的污染物污染時(shí)，采用普通的配方效果欠佳，或者從經(jīng)濟(jì)性角度比較時(shí)，特殊配方較為經(jīng)濟(jì)）。目前，國(guó)內(nèi)外有許多膜清洗清洗的專用藥劑，如開(kāi)元恒業(yè)的KY系列清洗藥劑和殺菌劑，根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，使用效果良好，且同傳統(tǒng)藥劑比較，經(jīng)濟(jì)性也不錯(cuò)。38 在超濾專用清洗設(shè)備上用以上清洗劑結(jié)合物理處理清洗手段進(jìn)行試驗(yàn)性清洗，以選擇恰當(dāng)?shù)那逑磁浞胶颓逑闯绦?，具體清洗方式如下：3.8.1 滲透清洗法：同超濾運(yùn)行時(shí)所采用的方式，在較低的進(jìn)水壓力下，以能夠?qū)⑶逑匆簬С瞿ぴ闇?zhǔn)（目的是：降低清洗過(guò)程中超濾產(chǎn)水量，并盡可能降低超濾膜表面的濃差極化，提高化學(xué)清洗效率），使得清洗藥劑與超濾內(nèi)部的污染物發(fā)生反應(yīng)，清洗過(guò)程中可上下兩端交替進(jìn)藥；3.8.2 管腔清洗法：進(jìn)藥方式同滲透清洗法，在清洗的過(guò)程中將產(chǎn)水閥門(mén)關(guān)閉或部分關(guān)閉，在此清洗過(guò)程中靠近進(jìn)藥端部分中空纖維絲工作同“滲透”狀態(tài)，出藥端呈反洗狀態(tài)，在整個(gè)清洗過(guò)程中兼有反洗的作用，主要對(duì)中空纖維絲管腔內(nèi)壁進(jìn)行清洗，此過(guò)程中壓力同樣保持較低的水平，同樣可以上下交替清洗；3.8.3 反洗清洗法：在進(jìn)水壓力低于0.1MPa的條件下，將藥劑通過(guò)超濾出水端送入超濾設(shè)備內(nèi)部，并保持清洗流量在較高的水平，通過(guò)超濾上下進(jìn)水端將清洗液引入超濾內(nèi)部，通過(guò)進(jìn)水側(cè)返回清洗水箱，保持循環(huán)，清洗過(guò)程可上下交替或同時(shí)進(jìn)行均可；3.8.4 并流透過(guò)液清洗法：在此種方式下，分別由超濾的進(jìn)水端和出水端、上下產(chǎn)水端構(gòu)成回路，同時(shí)控制超濾產(chǎn)水側(cè)壓力略小于進(jìn)水側(cè)壓力，此種清洗方式的優(yōu)點(diǎn)是盡可能降低超濾清洗過(guò)程中超濾中空纖維絲進(jìn)、產(chǎn)水兩側(cè)的壓力，使得清洗效率更高，并降低膜元件的壓密實(shí)程度。39 確定清洗方法，對(duì)以上所有膜元件進(jìn)行處理；310 對(duì)清洗后的膜元件進(jìn)入測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試并作記錄，不符合要求的將重新送入清洗設(shè)備進(jìn)行處理；311 整理清洗數(shù)據(jù)資料，寫(xiě)出清洗總結(jié)報(bào)告。4 離線清洗實(shí)例華電新鄉(xiāng)發(fā)電廠水處理四套超濾裝置（KOCH 中空纖維內(nèi)壓式/V1072-35-PMC）最初設(shè)計(jì)能力為450噸/小時(shí)，全部采用并聯(lián)排列，該系統(tǒng)從2006年12月投運(yùn)，最初的系統(tǒng)進(jìn)出水壓差為0.30.4kgf/cm2,系統(tǒng)產(chǎn)水量為50噸/小時(shí)。由于生產(chǎn)廠家在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題，系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)逐步惡化，現(xiàn)場(chǎng)工作人員針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況制定了多種改進(jìn)措施和清洗方案，自2007年底開(kāi)始系統(tǒng)污染速度開(kāi)始慢慢降低。由于污染的現(xiàn)實(shí)存在， 2009年初，超濾裝置的出力已經(jīng)不能夠滿足生產(chǎn)的需要，再次進(jìn)行在線清洗已沒(méi)有明顯效果。41 清洗前的運(yùn)行參數(shù)清洗前運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1表1 清洗前的運(yùn)行參數(shù)項(xiàng)目進(jìn)出水壓差/MPa產(chǎn)水量/m3/h出水濁度/FTU濃水量/ m3/h#1超濾0.0300.2411#2超濾0153705213#3超濾016390069#4超濾0174201117注：2009年2月份監(jiān)測(cè)表2 清洗后的運(yùn)行參數(shù)項(xiàng)目進(jìn)出水壓差/MPa產(chǎn)水量/m3/h出水濁度/FTU濃水量/ m3/h#1超濾0.025008.5#2超濾0.025008#3超濾0.025007.5#4超濾0.02500842 以上兩套系統(tǒng)離線清洗過(guò)程鑒于在線清洗對(duì)于恢復(fù)系統(tǒng)產(chǎn)水量、降低壓差已經(jīng)沒(méi)有效果，且當(dāng)時(shí)鍋爐系統(tǒng)正在進(jìn)行吹管，供水量很大?？紤]以上因素，最終選擇了離線清洗方式，采用離線清洗方式，不僅解決了燃眉之急，同時(shí)也給被污染超濾膜的清洗爭(zhēng)取了時(shí)間。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)工藝流程的分析和膜元件污染情況的觀察，初步確定了可能是由預(yù)處理系統(tǒng)中所帶來(lái)的氧化物以及有機(jī)膠體、微生物等污染物共同作用，且設(shè)備生產(chǎn)廠家在在質(zhì)保期間的沒(méi)有采取有效的清洗措施，導(dǎo)致后期對(duì)超濾的在線清洗也失去了作用。最終在試驗(yàn)了傳統(tǒng)藥劑后沒(méi)有效果的情況下，采用了由鄭州開(kāi)元恒業(yè)研制的KY410、420以及BSS881等產(chǎn)品并結(jié)合物理的方法對(duì)所有膜元件進(jìn)行了反復(fù)清洗、測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)效果良好，基本所有膜元件的測(cè)試參數(shù)都接近了新膜的水平。同樣膜元件再安裝到系統(tǒng)上之后的效果同樣令人滿意，清洗后的運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。5 清洗效果評(píng)定51 系統(tǒng)評(píng)定（聚合硅沉積物除外）Q0.98Q0 TT0 P P0+0.05a式中Q為清洗后系統(tǒng)的產(chǎn)水量，Q0為系統(tǒng)剛投運(yùn)時(shí)的系統(tǒng)產(chǎn)水量；T為清洗后系統(tǒng)的產(chǎn)水濁度，T0為系統(tǒng)清洗前系統(tǒng)的產(chǎn)水濁度；P為清洗后系統(tǒng)的進(jìn)出水壓差（單位是BAR），P0為系統(tǒng)剛投運(yùn)時(shí)的系統(tǒng)進(jìn)出水壓差；a表示運(yùn)行年數(shù)。52 單支膜元件評(píng)定Q0.99QsTTs0PP0 式中Q為清洗后單支膜元件測(cè)試的產(chǎn)水量，Qs為新膜標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)水量；T為清洗后單支膜元件的產(chǎn)水濁度，Ts0為清洗