淺談超濾膜污染及膜絲斷絲的復蘇與修復

朱 琳，朱 虹

（1.山東菏澤發電廠，山東 菏澤 274032；2.新汶礦業職工大學, 山東 新汶 271100）

0 引言

國電菏澤發電廠三期水處理采用（荷蘭）諾瑞特公司的超濾膜，超濾膜采用PES和PVP共混材料，PES-PVP材料耐酸堿性能好 （PH值在1～13之間），因此可以用多種化學藥劑進行清洗。同時這種膜的壽命比一般超濾膜的壽命長。

該超濾膜還設有專門的進氣裝置，主要是檢驗膜絲是否斷裂情況，用于檢驗超濾膜的出水能力和膜絲的斷裂檢查。

超濾裝置雖然是一種較為先進的膜過濾技術，但由于長期運行和預處理水質惡化等原因，也會出現一定的污染、污堵現象以及膜絲斷絲現象，也就是常說的物理損傷。如何解決這些問題，作者通過長期實際操作、跟蹤，對超濾膜出現污堵后的化學加強洗以及膜絲斷絲后的檢查與修復進行了詳細闡述。

1 對超濾的認識

1.1 膜技術的分離

水處理膜技術從分離精度上劃分：微濾、超濾、鈉濾、反滲透等幾類。

這些膜分離產品均是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質。其過濾的精度和濾膜本身的孔徑大小有關。通常習慣把孔徑較大的稱為微濾（0.1～1 um），而較小的稱為超濾0.02～0.1 um，根據膜的微孔徑更小的還有鈉濾和反滲透。

1.2 膜的微孔徑的區別

微濾（MF）、在 0.1～1 um 之間；

超濾（UF）、在0.02～0.1 um之間大分子物質和雜質；

鈉濾（NF）、能截流鈉米級單位（0.001 um～1 nm）的物質；

反滲透（RO）截流單位≤1 nm的物質。

2 超濾的結構

超濾裝置主要是由壓力容器、超濾膜和系統支架三大部分組成。膜與膜之間有專門的聯結管和膜端頭密封圈固定。超濾膜屬于非對稱的結構，即包括致密的皮層和多孔的支撐層。這種結構既保證了良好的分離效果，又提高了膜通量，降低運行能耗，并抗污堵。

超濾裝置還配備了加藥清洗系統和自動水反洗系統。主要是防止膜絲污染及污堵時進行水反洗和化學清洗使用。

超濾裝置分為內壓式和外壓式兩種，采用的是內壓式超濾膜，運行和反洗是反方向進行的。如圖1和圖2。

圖1超濾膜的運行方式

圖2超濾膜的反洗方式

3 超濾的過濾方式

一般超濾有兩種過濾方式：一種是全流過濾（配有自動反洗裝置），另一種是錯流過濾（配有濃水排放系統）。使用的過濾方式為全流過濾，運行30 min就要自動水反洗一次，參見圖3。

圖3 全流過濾與錯流過濾的區分圖

4 超濾異常現象及原因分析

2009年8月菏澤電廠三期水處理1號、2號超濾裝置出現進出口壓差大，超過正常進、出口壓差0.04 MPa標準值，最高進、出口差壓達0.09 MPa，超出正常差壓一倍多，污染指數（SDI）超出正常值3，SDI最高達到4.56，同時在化學加酸清洗浸泡過程中鹽酸消耗量高出正常化學清洗，浸泡2 h pH值由2回升到pH值4～6,堿洗過程中排水顏色比過去化學清洗排水明顯發黃并伴有異味。堿洗排水pH值在9～10之間。我們對近期出現的這種現象進行了全面分析，初步懷疑超濾系統出現嚴重的污堵和斷絲現象。下面是我們在化學清洗過程中的清洗方法和斷絲檢查以及膜絲修復的全過程介紹。

5 超濾的水反洗、化學清洗與離線加強洗

超濾系統的運行好壞取決與三個重要控制指標：1.是污染指數：2.是出水濁度：3.是超濾的進、出水壓差，這三個控制指標直接影響到超濾出水的質量和反洗效果以及化學清洗的效果。

5.1 超濾的水反洗與化學清洗

一般超濾運行30 min后轉入自動水反洗，水反洗滿30次后要自動進行化學清洗。當然，化學清洗對不同的水質也有不同的要求，對地下水而言水反洗50次后進行化學加藥清洗，對地表水來說水反洗40次后進行加藥清洗。而對循環冷卻排污水（中水）來說，我們通過長期實驗運行論證，水反洗30次后進行化學加藥清洗超濾效果最佳。

因為，我們采用的是循環冷卻排污水，這部分水質雜質多、有機物含量高、濃縮倍率是地表水的3～4倍，由于循環排污水溫度較高容易產生細菌滋生，再加上來水濁度相對較高。造成超濾化學清洗平凡。通過長期觀察、論證發現，超濾膜污堵主要是細菌和有機物以及多種垢類造成的，直接影響了超濾膜的水通量。一般常規的處理辦法主要有加鹽酸、加次氯酸鈉和氫氧化鈉三種化學藥品：加鹽酸的目的是除去膜內孔表面的無機污染物如：鈣鎂垢、鐵垢。加次氯酸鈉和氫氧化鈉的目的是除去微生物、細菌、有機物等污染物。

5.2 化學加強洗方法

5.2.1 加強洗（堿法）

將NaClO投加濃度由原來的200 mg/L提高至400 mg/L，進行投加NaClO的加強洗過程，并加氫氧化鈉500 mg/L調pH值至12～12.5。

設備充滿藥液后（要求達到規定的濃度），根據污染程度浸泡3～12 h。

浸泡后,用常規反沖洗流量反沖洗180 s，沖洗水清至中性pH值。

5.2.2 加強洗（酸法）

將HCl投加濃度由原來的400 mg/L提高至800 mg/L，進行同樣的投加HCl的加強洗過程，調pH 值至 1.0～2.0。

按 400 mg/L（pH 1.0～2.0）投加量的正常 HCl加酸反洗，浸泡10 min，然后再用同樣方法投加新鮮的酸液，置換出前面已經被消耗的酸液，然后浸泡幾個小時，再沖洗干凈化學品后，投入正常運行。

5.3 離線加強洗（特殊情況使用）

這種清洗方式必須配有獨立的化學清洗裝置或者與反滲透串用同一套化學清洗系統，一般采用組操或手動完成，近似于反滲透的化學清洗。

在上述清洗過程效果不好的情況下，采用以下化學配方進行離線清洗。

對于有機物的污染和常規鈣鎂結垢污染使用藥劑（堿和次氯酸鈉或酸）濃度與上述相同；對于清洗鐵離子的污染采用“草酸+維生素C”的清洗法效果較好，具體藥劑濃度：方案一：配置1%濃度的草酸與0.25%的抗壞血酸維生素C的混合液 （注意：先加維生素C，溶解后再加草酸），進行離線加強清洗。方案二：配置1%濃度的檸檬酸溶液，進行離線加強清洗。

離線加強洗的步驟與加強洗基本相同，只是超濾離線操作是在就地手動或組操的情況下完成，也可以串用反滲透的化學清洗裝置來完成離線加強清洗。使用的化學藥品與常規清洗有所不同，加藥洗和浸泡中需要定期的投加新鮮的藥液，置換出前面已經被消耗的藥液，然后浸泡幾個小時，再沖洗干凈化學品后，投入正常運行。

離線加強洗完成后，需要清除清洗管線內殘留藥劑防止腐蝕；放空清洗水箱內殘留清洗液并再加滿清水循環沖洗。

6 膜絲的斷裂檢查方法

膜絲完整性是保證膜過濾過程的重要參數。為檢驗膜系統的有效性，采用空氣將問題壓力容器檢測出來。這種測試基于的是非常自然的道理，即沒有一定的壓力空氣無法通過濕潤的膜孔。這個壓力取決于膜孔徑的尺寸。當0.1 MPa的空氣壓力作用在濕潤的超濾膜組件上時，完整的膜組件可以承受這個壓力。這個試驗也可以通過真空作用在組件上來實現。

6.1 壓力衰減試驗

做壓力衰減試驗以前，超濾設備在停機狀態，關閉超濾進水、出水手動閥；

試驗準備工作：

排水：手動開氣動反排閥，手動開產水排放手閥排水，排凈為止，然后關閉氣動反排閥，保持手動產水排放閥在開啟狀態；

工具：減壓閥（兩端帶有φ6快速接頭），φ6氣管，或φ8、10氣管；連接壓縮空氣：將進水氣動閥的開啟氣路的壓縮空氣管拔下來與減壓閥連接，減壓閥的另一端連有φ6的氣管，用手憋住氣管，調節減壓閥出口壓力為0.09～0.1 MPa（一定要用手憋住氣管調節壓力，不能把壓縮空氣管連接到進水母管上再調壓，這樣會壓力過大破壞超濾膜），再將壓縮空氣管連接到進水母管上的進水取樣口；

升壓：通過進水壓力表可以看出壓力會緩慢上升，可能前10 min壓力上升會很滿，請耐心等待，經過 10～30 min 后，壓力上升到 0.09～0.1 MPa；在升壓過程中為了防止憋壓，可以把各個產水取樣閥和產水排放閥打開。

測試：當進水端壓力緩慢升高到0.1MPa，保持此壓力2min，關閉進氣閥門，檢查壓力下降，超過1min的時間內，最大壓力下降不能超過0.005MPa。

圖4 超濾膜絲斷絲檢查進氣流向圖

超濾膜絲斷絲檢查完成檢測后，壓力容器內的壓縮空氣要緩慢釋放，如把連接在進水端取樣閥的氣管拔下來讓空氣慢慢釋放。如果壓力降超過0.005 MPa，說明可能存在連接件斷裂、O型圈漏水或者斷絲情況，要分析那支壓力容器有問題，再進行每支壓力容器的細微檢查。

6.2 單套系統衰減試驗結果

1號超濾壓力衰減法完整性測試，在加壓過程中壓力升不上去，可能存在斷絲或者連接件斷裂情況。

6.3 單支膜元件衰減試驗結果

拆開1號超濾系統的7號膜殼，四支超濾膜編號 分 別 為 ：04M361，04M719，04M704，04M728， 做單只膜完整性測試，04M361有14根斷絲 （已經修補），04M719有兩只斷絲（已經修補），另兩只超濾膜有一個中間產水連接件斷裂（已更換新連接件）。

6.4 膜絲的斷裂檢查后的修復過程

將壓力容器內的超濾膜抽出，浸在水容器中，一端進水管用專用工具封堵，另一端用專用進氣工具在進水管進氣，進氣壓力控制在<0.1 MPa，該膜在小于0.1 MPa時膜絲只透過水不透氣，如果出現透氣現象，則證明有膜絲有斷絲現象，記錄膜絲斷絲位置，然后用膜針配合（406）專用膠，封堵在膜絲斷絲點上。凝固5 min后去掉膜針封頭，再次進氣檢驗封堵效果。

圖5 超濾膜絲斷絲修復說明圖

7 完整性檢測后恢復運行步驟

在做完整性檢測時，膜元件內充滿空氣，在恢復運行前一定要對超濾裝置進行排氣，否則會破壞超濾膜，具體步驟為：

當系統緩慢排氣完成后，需要進行手動排氣，拆卸進水管最高點的排氣閥，排氣閥連接的手閥要打開狀態，進水手閥關閉，產水排放閥打開，右側進水手閥關閉，左側進水閥開啟狀態。

另一種方法程控組操完成，打開一側進水氣動閥；反方向再打開一側反洗排水氣動閥，再緩慢打開進水手閥，保持小流量進水，流量一般由小變大20～50t/h，此時要注意進水壓力，防止憋壓，5～10 min左右再切換打開另一側進水氣動閥；反方向再打開一側反洗排水氣動閥，持續進水10～15 min后，停止排氣，將程控系統恢復至自動狀態下，重新啟動系統恢復運行。

8 超濾膜的保護

8.1 短期停運保護（1-7天）

超濾膜先反洗2 min后,再進行一個20 ppm的次氯酸鈉加藥洗，一直浸泡直到運行；下次開機前，用反洗裝置進行3 min的水反洗后超濾轉入運行。

8.2 中長期停運保護（停機時間超過7天）

圖6 超濾排氣流向圖

可以使用0.5%的亞硫酸氫鈉（分析純）溶液浸泡；使用臨時加藥管、提升泵和水箱,用超濾產水水質的水配比0.5%的NaHSO4溶液，下次開機前，先用反洗水進行反洗3min，再進行一個200ppm的次氯酸鈉加藥洗，浸泡10 min后，再進行水反洗3 min后超濾轉入運行。

單套設備的容積約為1000 L，單套超濾系統使用亞硫酸氫鈉約為5 kg。

9 結束語

超濾技術是一種比較理想水處理過濾工藝。只要掌握了它的最佳運行方法和化學清洗的全過程處理，斷絲檢查及修補方法。膜工藝的使用壽命和運行年限將會大大延長。它的平均運行成本也低于常規多介質過濾器的平均運行成本，同時超濾設備的占地面積也小于常規預處理的占地面積，運行操作工序簡單，維護成本低，同時還是理想的節能環保項目。