淺談超濾膜污染及膜絲斷絲的復(fù)蘇與修復(fù)

朱 琳，朱 虹

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

0 引言

國(guó)電菏澤發(fā)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(xué)藥劑進(jìn)行清洗。同時(shí)這種膜的壽命比一般超濾膜的壽命長(zhǎng)。

該超濾膜還設(shè)有專門的進(jìn)氣裝置，主要是檢驗(yàn)?zāi)そz是否斷裂情況，用于檢驗(yàn)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(jìn)的膜過(guò)濾技術(shù)，但由于長(zhǎng)期運(yùn)行和預(yù)處理水質(zhì)惡化等原因，也會(huì)出現(xiàn)一定的污染、污堵現(xiàn)象以及膜絲斷絲現(xiàn)象，也就是常說(shuō)的物理?yè)p傷。如何解決這些問(wèn)題，作者通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)際操作、跟蹤，對(duì)超濾膜出現(xiàn)污堵后的化學(xué)加強(qiáng)洗以及膜絲斷絲后的檢查與修復(fù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

1 對(duì)超濾的認(rèn)識(shí)

1.1 膜技術(shù)的分離

水處理膜技術(shù)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(chǎn)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(zhì)。其過(guò)濾的精度和濾膜本身的孔徑大小有關(guān)。通常習(xí)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(jù)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(qū)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(zhì)和雜質(zhì)；

鈉濾（NF）、能截流鈉米級(jí)單位（0.001 um～1 nm）的物質(zhì)；

反滲透（RO）截流單位≤1 nm的物質(zhì)。

2 超濾的結(jié)構(gòu)

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

超濾裝置還配備了加藥清洗系統(tǒng)和自動(dòng)水反洗系統(tǒng)。主要是防止膜絲污染及污堵時(shí)進(jìn)行水反洗和化學(xué)清洗使用。

超濾裝置分為內(nèi)壓式和外壓式兩種，采用的是內(nèi)壓式超濾膜，運(yùn)行和反洗是反方向進(jìn)行的。如圖1和圖2。

圖1超濾膜的運(yùn)行方式

圖2超濾膜的反洗方式

3 超濾的過(guò)濾方式

一般超濾有兩種過(guò)濾方式：一種是全流過(guò)濾（配有自動(dòng)反洗裝置），另一種是錯(cuò)流過(guò)濾（配有濃水排放系統(tǒng)）。使用的過(guò)濾方式為全流過(guò)濾，運(yùn)行30 min就要自動(dòng)水反洗一次，參見(jiàn)圖3。

圖3 全流過(guò)濾與錯(cuò)流過(guò)濾的區(qū)分圖

4 超濾異?，F(xiàn)象及原因分析

2009年8月菏澤電廠三期水處理1號(hào)、2號(hào)超濾裝置出現(xiàn)進(jìn)出口壓差大，超過(guò)正常進(jìn)、出口壓差0.04 MPa標(biāo)準(zhǔn)值，最高進(jìn)、出口差壓達(dá)0.09 MPa，超出正常差壓一倍多，污染指數(shù)（SDI）超出正常值3，SDI最高達(dá)到4.56，同時(shí)在化學(xué)加酸清洗浸泡過(guò)程中鹽酸消耗量高出正?；瘜W(xué)清洗，浸泡2 h pH值由2回升到pH值4～6,堿洗過(guò)程中排水顏色比過(guò)去化學(xué)清洗排水明顯發(fā)黃并伴有異味。堿洗排水pH值在9～10之間。我們對(duì)近期出現(xiàn)的這種現(xiàn)象進(jìn)行了全面分析，初步懷疑超濾系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的污堵和斷絲現(xiàn)象。下面是我們?cè)诨瘜W(xué)清洗過(guò)程中的清洗方法和斷絲檢查以及膜絲修復(fù)的全過(guò)程介紹。

5 超濾的水反洗、化學(xué)清洗與離線加強(qiáng)洗

超濾系統(tǒng)的運(yùn)行好壞取決與三個(gè)重要控制指標(biāo)：1.是污染指數(shù)：2.是出水濁度：3.是超濾的進(jìn)、出水壓差，這三個(gè)控制指標(biāo)直接影響到超濾出水的質(zhì)量和反洗效果以及化學(xué)清洗的效果。

5.1 超濾的水反洗與化學(xué)清洗

一般超濾運(yùn)行30 min后轉(zhuǎn)入自動(dòng)水反洗，水反洗滿30次后要自動(dòng)進(jìn)行化學(xué)清洗。當(dāng)然，化學(xué)清洗對(duì)不同的水質(zhì)也有不同的要求，對(duì)地下水而言水反洗50次后進(jìn)行化學(xué)加藥清洗，對(duì)地表水來(lái)說(shuō)水反洗40次后進(jìn)行加藥清洗。而對(duì)循環(huán)冷卻排污水（中水）來(lái)說(shuō)，我們通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)運(yùn)行論證，水反洗30次后進(jìn)行化學(xué)加藥清洗超濾效果最佳。

因?yàn)椋覀儾捎玫氖茄h(huán)冷卻排污水，這部分水質(zhì)雜質(zhì)多、有機(jī)物含量高、濃縮倍率是地表水的3～4倍，由于循環(huán)排污水溫度較高容易產(chǎn)生細(xì)菌滋生，再加上來(lái)水濁度相對(duì)較高。造成超濾化學(xué)清洗平凡。通過(guò)長(zhǎng)期觀察、論證發(fā)現(xiàn)，超濾膜污堵主要是細(xì)菌和有機(jī)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(guī)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(xué)藥品：加鹽酸的目的是除去膜內(nèi)孔表面的無(wú)機(jī)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(xì)菌、有機(jī)物等污染物。

5.2 化學(xué)加強(qiáng)洗方法

5.2.1 加強(qiáng)洗（堿法）

將NaClO投加濃度由原來(lái)的200 mg/L提高至400 mg/L，進(jìn)行投加NaClO的加強(qiáng)洗過(guò)程，并加氫氧化鈉500 mg/L調(diào)pH值至12～12.5。

設(shè)備充滿藥液后（要求達(dá)到規(guī)定的濃度），根據(jù)污染程度浸泡3～12 h。

浸泡后,用常規(guī)反沖洗流量反沖洗180 s，沖洗水清至中性pH值。

5.2.2 加強(qiáng)洗（酸法）

將HCl投加濃度由原來(lái)的400 mg/L提高至800 mg/L，進(jìn)行同樣的投加HCl的加強(qiáng)洗過(guò)程，調(diào)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(jīng)被消耗的酸液，然后浸泡幾個(gè)小時(shí)，再?zèng)_洗干凈化學(xué)品后，投入正常運(yùn)行。

5.3 離線加強(qiáng)洗（特殊情況使用）

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

在上述清洗過(guò)程效果不好的情況下，采用以下化學(xué)配方進(jìn)行離線清洗。

對(duì)于有機(jī)物的污染和常規(guī)鈣鎂結(jié)垢污染使用藥劑（堿和次氯酸鈉或酸）濃度與上述相同；對(duì)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(jìn)行離線加強(qiáng)清洗。方案二：配置1%濃度的檸檬酸溶液，進(jìn)行離線加強(qiáng)清洗。

離線加強(qiáng)洗的步驟與加強(qiáng)洗基本相同，只是超濾離線操作是在就地手動(dòng)或組操的情況下完成，也可以串用反滲透的化學(xué)清洗裝置來(lái)完成離線加強(qiáng)清洗。使用的化學(xué)藥品與常規(guī)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(jīng)被消耗的藥液，然后浸泡幾個(gè)小時(shí)，再?zèng)_洗干凈化學(xué)品后，投入正常運(yùn)行。

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

6 膜絲的斷裂檢查方法

膜絲完整性是保證膜過(guò)濾過(guò)程的重要參數(shù)。為檢驗(yàn)?zāi)は到y(tǒng)的有效性，采用空氣將問(wèn)題壓力容器檢測(cè)出來(lái)。這種測(cè)試基于的是非常自然的道理，即沒(méi)有一定的壓力空氣無(wú)法通過(guò)濕潤(rùn)的膜孔。這個(gè)壓力取決于膜孔徑的尺寸。當(dāng)0.1 MPa的空氣壓力作用在濕潤(rùn)的超濾膜組件上時(shí)，完整的膜組件可以承受這個(gè)壓力。這個(gè)試驗(yàn)也可以通過(guò)真空作用在組件上來(lái)實(shí)現(xiàn)。

6.1 壓力衰減試驗(yàn)

做壓力衰減試驗(yàn)以前，超濾設(shè)備在停機(jī)狀態(tài)，關(guān)閉超濾進(jìn)水、出水手動(dòng)閥；

試驗(yàn)準(zhǔn)備工作：

排水：手動(dòng)開氣動(dòng)反排閥，手動(dòng)開產(chǎn)水排放手閥排水，排凈為止，然后關(guān)閉氣動(dòng)反排閥，保持手動(dòng)產(chǎn)水排放閥在開啟狀態(tài)；

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(jìn)水氣動(dòng)閥的開啟氣路的壓縮空氣管拔下來(lái)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(diào)節(jié)減壓閥出口壓力為0.09～0.1 MPa（一定要用手憋住氣管調(diào)節(jié)壓力，不能把壓縮空氣管連接到進(jìn)水母管上再調(diào)壓，這樣會(huì)壓力過(guò)大破壞超濾膜），再將壓縮空氣管連接到進(jìn)水母管上的進(jìn)水取樣口；

升壓：通過(guò)進(jìn)水壓力表可以看出壓力會(huì)緩慢上升，可能前10 min壓力上升會(huì)很滿，請(qǐng)耐心等待，經(jīng)過(guò) 10～30 min 后，壓力上升到 0.09～0.1 MPa；在升壓過(guò)程中為了防止憋壓，可以把各個(gè)產(chǎn)水取樣閥和產(chǎn)水排放閥打開。

測(cè)試：當(dāng)進(jìn)水端壓力緩慢升高到0.1MPa，保持此壓力2min，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，檢查壓力下降，超過(guò)1min的時(shí)間內(nèi)，最大壓力下降不能超過(guò)0.005MPa。

圖4 超濾膜絲斷絲檢查進(jìn)氣流向圖

超濾膜絲斷絲檢查完成檢測(cè)后，壓力容器內(nèi)的壓縮空氣要緩慢釋放，如把連接在進(jìn)水端取樣閥的氣管拔下來(lái)讓空氣慢慢釋放。如果壓力降超過(guò)0.005 MPa，說(shuō)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(wèn)題，再進(jìn)行每支壓力容器的細(xì)微檢查。

6.2 單套系統(tǒng)衰減試驗(yàn)結(jié)果

1號(hào)超濾壓力衰減法完整性測(cè)試，在加壓過(guò)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(yàn)結(jié)果

拆開1號(hào)超濾系統(tǒng)的7號(hào)膜殼，四支超濾膜編號(hào) 分 別 為 ：04M361，04M719，04M704，04M728， 做單只膜完整性測(cè)試，04M361有14根斷絲 （已經(jīng)修補(bǔ)），04M719有兩只斷絲（已經(jīng)修補(bǔ)），另兩只超濾膜有一個(gè)中間產(chǎn)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(fù)過(guò)程

將壓力容器內(nèi)的超濾膜抽出，浸在水容器中，一端進(jìn)水管用專用工具封堵，另一端用專用進(jìn)氣工具在進(jìn)水管進(jìn)氣，進(jìn)氣壓力控制在<0.1 MPa，該膜在小于0.1 MPa時(shí)膜絲只透過(guò)水不透氣，如果出現(xiàn)透氣現(xiàn)象，則證明有膜絲有斷絲現(xiàn)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(diǎn)上。凝固5 min后去掉膜針?lè)忸^，再次進(jìn)氣檢驗(yàn)封堵效果。

圖5 超濾膜絲斷絲修復(fù)說(shuō)明圖

7 完整性檢測(cè)后恢復(fù)運(yùn)行步驟

在做完整性檢測(cè)時(shí)，膜元件內(nèi)充滿空氣，在恢復(fù)運(yùn)行前一定要對(duì)超濾裝置進(jìn)行排氣，否則會(huì)破壞超濾膜，具體步驟為：

當(dāng)系統(tǒng)緩慢排氣完成后，需要進(jìn)行手動(dòng)排氣，拆卸進(jìn)水管最高點(diǎn)的排氣閥，排氣閥連接的手閥要打開狀態(tài)，進(jìn)水手閥關(guān)閉，產(chǎn)水排放閥打開，右側(cè)進(jìn)水手閥關(guān)閉，左側(cè)進(jìn)水閥開啟狀態(tài)。

另一種方法程控組操完成，打開一側(cè)進(jìn)水氣動(dòng)閥；反方向再打開一側(cè)反洗排水氣動(dòng)閥，再緩慢打開進(jìn)水手閥，保持小流量進(jìn)水，流量一般由小變大20～50t/h，此時(shí)要注意進(jìn)水壓力，防止憋壓，5～10 min左右再切換打開另一側(cè)進(jìn)水氣動(dòng)閥；反方向再打開一側(cè)反洗排水氣動(dòng)閥，持續(xù)進(jìn)水10～15 min后，停止排氣，將程控系統(tǒng)恢復(fù)至自動(dòng)狀態(tài)下，重新啟動(dòng)系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行。

8 超濾膜的保護(hù)

8.1 短期停運(yùn)保護(hù)（1-7天）

超濾膜先反洗2 min后,再進(jìn)行一個(gè)20 ppm的次氯酸鈉加藥洗，一直浸泡直到運(yùn)行；下次開機(jī)前，用反洗裝置進(jìn)行3 min的水反洗后超濾轉(zhuǎn)入運(yùn)行。

8.2 中長(zhǎng)期停運(yùn)保護(hù)（停機(jī)時(shí)間超過(guò)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(shí)加藥管、提升泵和水箱,用超濾產(chǎn)水水質(zhì)的水配比0.5%的NaHSO4溶液，下次開機(jī)前，先用反洗水進(jìn)行反洗3min，再進(jìn)行一個(gè)200ppm的次氯酸鈉加藥洗，浸泡10 min后，再進(jìn)行水反洗3 min后超濾轉(zhuǎn)入運(yùn)行。

單套設(shè)備的容積約為1000 L，單套超濾系統(tǒng)使用亞硫酸氫鈉約為5 kg。

9 結(jié)束語(yǔ)

超濾技術(shù)是一種比較理想水處理過(guò)濾工藝。只要掌握了它的最佳運(yùn)行方法和化學(xué)清洗的全過(guò)程處理，斷絲檢查及修補(bǔ)方法。膜工藝的使用壽命和運(yùn)行年限將會(huì)大大延長(zhǎng)。它的平均運(yùn)行成本也低于常規(guī)多介質(zhì)過(guò)濾器的平均運(yùn)行成本，同時(shí)超濾設(shè)備的占地面積也小于常規(guī)預(yù)處理的占地面積，運(yùn)行操作工序簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，同時(shí)還是理想的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目。