淺談超濾化學清洗

鄭廣嶺

摘要：超濾在運行一段時間后，料液中的顆粒、膠體或大分子溶質通過物理吸附、化學作用或機械截留在膜表面或膜孔內吸附、沉積造成膜孔堵塞，需要通過物理或化學手段進行清洗，以恢復膜透過通量和分離特性。本文通過一則實例，淺談超濾化學清洗步驟和控制條件。

關鍵詞：超濾；污堵；化學清洗；清洗步驟；控制條件

超濾由于出水水質穩定、能耗低、過濾精度廣、占地面積小等優勢，在水處理方面得到了越來越多的應用。由于它的分離機理主要是靠物理的篩分作用，無論是死端（全量）過濾還是錯流過濾，料液中的顆粒、膠體或大分子溶質通過物理吸附、化學作用或機械截留在膜表面或膜孔內吸附、沉積造成膜孔堵塞，造成膜通量和出水水質變化。通過定期反洗、氣擦、CEB等方法可延緩膜表面的污堵，但隨著運行時間的延長，膜表面依然會形成污堵層，此時伴隨著跨膜壓差增大、膜透過通量減少、出水水質惡化等現象，若不及時進行化學清洗，對膜的使用壽命和分離特性會有一定的損害。膜表面重度污染還會導致膜清洗困難，因為藥劑很難滲到膜表面并帶走污染物。

超濾膜污染主要有：無機物結構污染、膠體微粒污染、微生物污染、有機物污染。引起污染的原因主要有：膜材質和膜結構采用不當、預處理不完善或不正常、進水水質變化、細菌滋生、操作不當、長周期運行、反洗或CEB控制不當等。

1.超濾運行狀況

我裝置采用海南立升公司LH3-1060-V膜組件，設計通量2.4-3.6t/h，每組42支膜組件，共三組膜裝置，每組設計流量為94t/h，三組膜裝置設計流量為280t/h，膜元件采用內壓式中空纖維管，運行方式為死端（全量）過濾，水源水采用黃河水處理的自來水，2017年水質條件為：

運行流程：自來水經150μm自刷式過濾器，進入超濾裝置，超濾反洗水使用超濾產水。

系統自2016年11月15日開始運行，運行初始跨膜壓差為0.008MPa，初始運行壓力為小于0.1MPa，自動反洗周期定為30分鐘，反洗流量280t/h，維護性化學清洗周期定為7天，采用濃度為500mg/L的次氯酸鈉溶液清洗，到2017年7月14日，跨膜壓差到達到0.108MPa，當一組膜裝置反洗時，跨膜壓差達到0.159MPa，運行周期8個月，決定對膜裝置進行化學清洗。

2 超濾化學清洗

在超濾化學清洗前，應對污染物的種類進行分析，從而選擇合適的清洗配方。若選擇錯誤的藥劑配方或方法，有時會使情況惡化。檢查方法最直觀的就是對超濾反洗排出物、膜端面的污染物進行分析，也可通過以往的清洗記錄和水質全分析數據進行分析所得。

我裝置根據水質判斷，且反洗時帶出黃褐色懸浮物，認為有機物、膠體物質污堵的可能性大，不排除細菌滋生，因此決定對超濾首先進行堿洗和次氯酸鈉共同清洗。

第一步：對超濾進行徹底反洗。利用超濾反洗水（超濾產水），流量控制在280t/h，清洗15分鐘，直到反洗排出液無明顯懸浮物。由于我裝置使用內壓式膜組件，不能進行氣擦洗。

第二步：計算堿洗和次氯酸鈉清洗液濃度。由于需要清洗液對超濾打循環，因此需要計算超濾及附屬管線水容積，經計算需清洗液2m3，核計清洗罐液位在0.8m。配置清洗液首先要注意選用水源，應選用超濾產水或更高品質的水，有利于清洗徹底，我裝置采用超濾產水作為藥液配制水。其次注意清洗液濃度的選擇，適當提高清洗液濃度，有利于改變清洗反應的平衡，加快清洗反應，增加清洗劑向污垢層內部的滲透力，獲得較好的清洗效果。

第三步：藥液循環。首先注意藥液的清洗流量。提高流量可提高藥液在膜表面的流速，提高清洗效果，過高的流速必然導致清洗壓力升高，超過廠家的規定值會導致膜元件壓密受損。清洗步驟首先進行產水循環，既清洗藥液從進水端進入，從產水段回到清洗罐，然后進行濃水側循環，清洗藥液從進水端進入，從濃水側回到清洗罐。其次，注意清洗時間。清洗時間長，可提高清洗效果，但對于一些附著力強的污染物，延長清洗時間對清洗效果影響不大，且會造成能耗增加。

第四步：沖洗。在堿洗結束后，對膜組件及清洗罐進行沖洗，目的是將膜組件和清洗罐內殘余藥液清洗干凈，沖洗至pH值接近或等于沖洗水。沖洗水可采用超濾產水也可采用超濾進水。我裝置采用超濾進水，沖洗時間為30分鐘。

第五步：酸洗。酸洗的步驟如同堿洗。超濾主要去除水中懸浮物、膠體物質和微生物以及大分子物質，一般結垢傾向不嚴重，但由于存在濃差極化，當水中Fe、Mn的含量超標或水中硬度過大時，也會造成垢類或金屬氧化物沉積，此時應對膜進行酸洗。當酸洗藥液循環后，藥液呈紅色，說明存在Fe污染，若藥液表面出現氣泡，則表明膜表面有垢類沉積。我裝置依據進水水質，認為無機物結垢和Fe污染的可能性不大，但仍配置了0.5%的鹽酸（pH=2）的酸洗藥液對超濾進行酸洗，效果不明顯。

3 效果驗證

清洗后投運超濾，跨膜壓差降至0.01MPa，進水壓力小于0.1MPa。

4 結論

（1）許多資料對超濾化學清洗藥液濃度都有所闡述，就NaOH和HCl清洗來講，應在pH值允許的范圍內取大值；

（2）堿洗與次氯酸鈉清洗有加成作用，清洗效果良好；

（3）有些資料上提及使用螯合劑和表面活性劑進行清洗，應該根據進水水質和污染物類型適當選擇，一般地表水體可采用堿洗、氧化劑清洗和酸洗；

（4）我裝置超濾污染主要是膠體污染和有機物污染。

參考文獻

[1]丁桓如，吳春華，龔云峰等 《工業用水處理工程》北京：清華大學出版社，2014

（作者單位：石化總廠）