1、內壓式超濾在受污染水源中的應用張紅*1 蔡冠萍*2 張逸明*3 高順明*3（*1上海漕涇熱電有限責任公司，*2華東電力設計院，*3諾芮特凈化系統（上海）有限公司）摘要：上海漕涇熱電有限責任公司鍋爐補給水系統中，采用內壓式中空纖維超濾膜系統作為反滲透預處理工藝。該超濾系統凈產水量已經超過1580萬立方米。本文介紹了超濾系統運行參數和產水水質，總結了運行過程中膜污染問題及解決過程，并在此基礎上對超濾系統的設計提出建議。關鍵詞：化學水處理；反滲透預處理；內壓式超濾；膜污染；化學清洗1. 電廠概況上海漕涇熱電有限責任公司位于上海西南杭州灣北岸的化學工業區內，裝備2套300MW燃氣蒸汽輪機聯合循環熱電機

2、組，除正常發電外，另向化學工業區用戶提供高中低壓蒸汽和除鹽水。水源為化學工業區水廠提供的工業水（龍泉港地表水），經過混凝沉淀處理的工業水部分水質指標見表1。表1 經過預處理的龍泉港地表水部分水質指標序號名稱單位含量1pH（25）6.5 8.52CODCrmg/L303TOCmg/L7.04濁度NTU3.05固體懸浮物mg/L20.06二氧化硅mg/L6.07總硬度（以CaCO3計）mg/L250.08堿度（以CaCO3計）mg/L225.09鐵離子mg/L0.210錳離子mg/L0.5預脫鹽系統流程為：化工區工業水生水加熱器超濾進水泵保安過濾器超濾裝置超濾產水箱升壓泵反滲透裝置預脫鹽水箱后續除

3、鹽系統超濾作為反滲透的預處理，較之于多介質過濾，能有效的去除懸浮物，如細菌、膠體等,確保反滲透的進水SDI15<3，為反滲透系統的長期穩定運行提供有力的保障；且超濾具有占地面積小、操作簡單、易于擴容等優點。對于經過一定預處理后的不同原水，內壓式超濾膜通量設計范圍參見表2。表2 內壓式超濾膜通量設計選擇水源（20）自來水地表水海水再生水回用進水濁度（NTU）13510膜通量（Lmh）90110759070856075熱電預脫鹽系統的超濾共設置4套能夠獨立運行的超濾裝置，每套產水量為335 m³/h（20），總產水量為1340m3/h，設計超濾水的回收率90%。本項目采用荷蘭諾芮特

4、公司的標準8英寸XIGA S-225FSFC內壓式全流過濾超濾膜組件，該超濾膜平均孔徑為25nm。2. 超濾裝置的運行情況漕涇熱電UF1單元和UF2單元于2004年10月調試運行，至今運行已經超過4年；UF3單元和UF4單元于2005年12月調試運行，至今運行已經超過3年。整套超濾系統至09年2月28日時凈產水量已經達到1580多萬立方米。本文選取UF1和UF3膜裝置的運行數據進行分析。超濾產水SDI檢測點位于反滲透升壓泵之后，超濾產水每月平均SDI在1.14至2.97之間，一直保持在3.0以下，完全滿足反滲透進水要求。SDI曲線見圖1。圖1 超濾產水SDI15生水和超濾產水的平均TOC見圖2

5、。生水TOC在7.66 mg/L至5.25 mg/L之間，而超濾產水TOC在7.02 mg/L至4.81mg/L之間，TOC對平均去除率為10.2%，表明超濾對小分子有機物的去除效果不高。圖2 生水和超濾產水TOC圖3和圖4分別顯示了UF1和UF3運行的通量（Flux）、跨膜壓差（TMP）和水溫（T）在選取時段內的變化情況。該超濾系統設計給水溫度為20，但是2007年1月10日前超濾系統前的熱交換器沒有投入運行，進入超濾設備的生水溫度變化較大，特別是在2005年和2006年冬季，最低溫度均在10以下，如2005年12月25日，水溫僅有5.0。低溫使得水透過超濾膜壓力增加，同時也使化學增強反洗時

6、藥劑的活性降低，給超濾系統的正常運行帶來較大影響，2005年和2006年兩次低溫時UF1和UF3單元Flux明顯下降和TMP明顯升高的情況一部分原因就是低溫引起的。圖3 UF1 通量、跨膜壓差與水溫從圖3可知在2005年5月至9月期間，水溫基本維持在25-32的范圍內，Flux基本保持90Lmh，但是當秋季和冬季水溫逐漸降低后，Flux下降幅度較大，TMP上升較快，膜污染比較嚴重，但是由于當時沒有找到導致污染的真正原因，也沒有采取有效措施，下半年Flux從80Lmh以上衰減至50Lmh以下，UF1的這種不穩定的運行狀況在2007年4月未進行化學清洗前一直沒有改善。圖4 UF3通量、跨膜壓差與水

7、溫圖4顯示2006年4月至11月期間，水溫基本維持在2032的范圍內，Flux基本保持90Lmh，但是冬季水溫逐漸降低后，UF3單元遇到了和UF1單元類似的問題，UF3的運行狀況在2007年4月未進行化學清洗前也是不穩定。3膜污染及清洗措施超濾裝置運行一段時間后，均會產生一定程度的膜污染。膜污染后會造成產水量下降或跨膜壓差升高，如果污染嚴重易造成斷絲率增加，產水水質下降。超濾系統運行中，操作人員應密切注意產水量和跨膜壓差等指標，如發現污堵，需及時清洗，避免將可逆污染變成不可逆污染。內壓式超濾膜采用與反滲透膜清洗類似的錯流循環方式。清洗液壓力一般控制在1bar以下，清洗液溫度控制在3035之間。

8、一般重金屬結垢選用鹽酸、檸檬酸、草酸等酸性清洗液，微生物類和有機污染選用次氯酸鈉和氫氧化鈉等堿性清洗液，對于油類污染等特殊污染物則需要采用專業清洗劑。2006年末和2007年初超濾系統發生了比較嚴重的污堵，延長CEB浸泡時間也不能有效降低TMP，為了盡快找到污堵的根源，電廠取出膜壓力容器中膜組件檢查外觀并收集污染物進行化驗。06年12月份取出的膜組件端面黃褐色污染物可以很容易被反滲透水沖洗干凈，中心產水管周圍12個旁路沒有污染物堆積；07年2月份取出的膜組件端面的黑色污染物則無法用反滲透水沖洗干凈，中心產水管周圍12個旁路有黑色污染物堆積。從兩次取出的膜組件污染物初步判斷兩次膜污染物的種類不同

9、。06年12月6日檢測的CEB浸泡階段各藥劑濃度和要求濃度見表3：表3 CEB藥劑浸泡濃度和要求藥劑種類檢測項目單位檢測值工藝要求值HClpH2.64(泵100%沖程)2.0NaOHpH12.24(泵100%沖程)12NaOClNaOClmg/L128(泵80%沖程)200從表3可知，06年12月6日檢測的CEB浸泡濃度HCl和NaOCl濃度的檢測值均未達到工藝要求值。兩次刮取的部分污染物，分別用HCl、NaOCl、NaOClNaOH、檸檬酸和草酸浸泡。試驗結果見表4：表4 污染物浸泡試驗結果藥劑HClNaOClNaOCl+NaOH檸檬酸草酸06年12月污染物少量溶解大部分溶解全部溶解07年2

10、月污染物少量溶解少量溶解大部分溶解全部溶解初步分析結果06年12月黃褐色污染物主要是由有機物組成07年2月黑色污染物主要由高價重金屬氧化物或氫氧化物組成06年4月18日取出膜組件，并刮取部分污染物進行分析（膜的污染狀況和06年12月取出的膜的污染狀況類似）；07年2月26日同樣刮取了膜組件上的部分污染物進行分析。兩次分析部分結果見表5：表5 污染物分析結果測定項目06年4月18日07年2月26日900灼燒減量(%)92.5436.09CaO(%)0.171.94MgO(%)0.060.27Fe2O3(%)0.312.80MnO2(%)0.002.27SiO2(%)2.1616.04Al2O3(

11、%)4.2335.59從污染物分析結果數據可知06年4月18日污染物的主要成分是有機物，而07年2月26日污染物的主要成分是重金屬結垢。發現CEB時藥劑浸泡濃度不足的問題后立即改進，使藥劑濃度達到工藝要求，之后，超濾很少發生有機物污染的問題。此外，超濾設備增設了備用清洗系統，以應對上海地區地表水水質突然變化可能引起的重金屬氧化物污染。圖5 UF1和UF3化學清洗前后跨膜壓差和流量對比對于07年2月份的重金屬氧化物污染，化學清洗采用1%草酸+0.25%維生素C的循環清洗（CIP）方案：2小時循環，2小時浸泡，2小時循環，循環流量為98m3/h，溫度2832。清洗后超濾性能基本恢復。UF1和UF3

12、 CIP前后的TMP和Flow對比見圖5。4. 化學清洗后超濾膜的運行狀況2007年4月4套UF單元拆卸清洗之后的膜安裝后逐步穩定運行。為了防止之前冬天出現的膜污染狀況，4套超濾單元在2007年9月份再次進行一次預防性的化學清洗，從圖3和圖4可知UF1和UF3清洗后的效果很好，UF1單元通量達到80Lmh左右隨后又上升至90Lmh左右、TMP絕大部分時間不高于40kPa，而污染最嚴重的UF3單元通量也達到90Lmh左右、TMP絕大部分時間不高于50kPa，可見化學清洗后超濾膜具有良好的可恢復性。UF1單元和UF3單元經過溫度修正（20）的流量和滲透率曲線分別見圖6和圖7。UF1單元的滲透率在化

13、學清洗前基本在200Lmh/bar以下大幅波動，在化學清洗前降至50Lmh/bar，而化學清洗后滲透率明顯升高，2007年9月份的化學清洗后滲透率基本穩定在200Lmh/bar-280Lmh/bar之間。圖6 UF1流量和滲透率UF3單元的滲透率剛開始運行的半年內能夠保持在200Lmh/bar以上，隨后因膜污染滲透率降至200Lmh/bar以下并逐漸下降，在化學清洗前降至50Lmh/bar，而化學清洗后特別是2007年9月份的化學清洗后，滲透率上升至250Lmh/bar以上，后逐漸下降至200Lmh/bar左右并保持穩定。圖7 UF3 流量和滲透率2008年9月份清洗后UF1單元的平均流量為3

14、20m3/h，在2008年5月21日調整了UF1裝置前的恒壓閥后平均流量上升至350 m3/h；UF3單元流量一直在350m3/h左右波動，但是總體趨勢略有下降。造成UF1單元和UF3單元的流量不平衡以及波動的原因與超濾系統采用母管供水，膜污染最嚴重的UF3膜單元清洗后效果沒有UF1單元好，如果不適當調整每套超濾裝置前安裝的恒壓閥設置很容易造成相同進水壓力下各單元流量分布不均。UF1單元和UF3單元產水回收率曲線分別見圖8和圖9。UF1和UF3單元的回收率正常情況下保持在85%，在2008年6月將過濾時間從24分鐘延長至27分鐘后，兩套超濾單元的回收率提高至87%。該系統設計回收率為 90%，

15、實際運行時由于工藝配置的原因比如2臺490m3/h變頻反洗泵從啟動至正常反洗水流量所需的時間需要大約1分30秒，浪費了大量產水，因此達不到設計要求。但是根據目前的運行狀況，該系統可以逐步改進運行工藝，進一步提高回收率。圖8 UF1 回收率圖9 UF3 回收率4. 超濾裝置的運行性能及經驗通過一段時間的超濾裝置運行，獲得如下運行性能及經驗：1) 超濾系統出水水質穩定，完全滿足RO進水SDI15<3.0的要求；2) 保持超濾進水溫度17以上，且CEB時藥劑的浸泡濃度達到設計要求，超濾單元能夠長期穩定運行，單套超濾產水量穩定在350m3/h左右，TMP<0.40bar；3) 產水回收率達

16、到87%，可以通過適當增加產水量或延長過濾時間進一步提高回收率；4) 超濾進水水質變化可能引起膜嚴重污染，各超濾單元用適當的清洗措施后能夠徹底恢復膜過濾性能，表明該膜具有良好的可恢復性；5) 每年10月之前做一次化學清洗，將堆積在膜絲內的污染物去除，可防止冬季水溫度低而導致的超濾TMP增加、產水量下降問題。5. 對超濾膜系統設計的建議1) 對于大流量系統的母管制進水，各超濾單元采用恒壓閥控制進水壓力的超濾系統很可能發生各單元水量分配不均的問題，建議采用母管設計加各單元進行流量控制的方式或一臺給水泵對一套超濾單元的設計，這樣可以避免各超濾單元之間的水量分配不均的問題。2) 實際運行過程中，部分工

17、藝配置或進水水質變化可能會造成實際超濾產水回收率低于設計水平，因此超濾出力在設計基礎上應該適當增加一點余量，這樣才能保證超濾凈產水能夠滿足后續RO的進水量要求。3) 設計大流量超濾系統時，由于反洗變頻泵流量較大，PID升頻和降頻速度較慢，為降低反洗用水量、提高系統回收率，可以在反洗水泵出口設計反洗回流管將升頻和降頻階段的反洗水回流至產水箱，對于多套內壓式超濾系統可以采用批次反洗模式，提高反洗用水效率。4) 超濾系統設計化學清洗系統或預留化學清洗用的接口，一旦超濾單元發生嚴重污染可以及時進行化學清洗。參考文獻：1 陳黎明，陳敏，張紅. 聯合循環供熱電廠水處理設備配置J. 華東電力， 2006，3

18、4 (7): (91-94)2 張敬東，高順明，劉炎偉等. 內外壓式超濾組件在反滲透預處理中的應用比較 J. 工業用水與廢水，2005，36 (4)：（55-58）Inside-out hollow fibers UF system is used as RO pretreatment process for the boiler feed system in Shanghai Caojing Cogeneration Co., Ltd. The net permeate of the UF system has been over 15.8 million cube meter. In this paper the operation parameters and the permeate quality are analyzed, the fouling cause and the method of fouling removal on the membrane are summarized, and some ideas