超濾膜化學清洗及污染原因分析

閻建偉

[摘要]對某熱電廠鍋爐補給水處理系統超濾膜污染物進行分析，確定其主要成份為有機物、泥沙和鐵等。確定化學清洗方案后對4套超濾進行在線清洗。清洗后進出水壓差恢復至0.02MPa，產水量達到105m³/h，清洗效果良好。從系統設備和運行操作兩方面分析超濾膜污染的原因并提出改進建議。

[關鍵詞]熱電廠；鍋爐補給水；超濾膜；化學清洗

1超濾原理

超濾是一種加壓膜分離技術，帶有一定壓力的水在超濾膜表面流動時，水分子、無機鹽及小分子有機物可以透過濾膜達到超濾膜的另一側，而水中攜帶的懸浮物、膠體、微生物以及金屬氧化物等顆粒性雜質則被超濾膜截留，從而使水得到凈化。

2某熱電廠超濾簡介

某熱電廠2×350MW機組鍋爐補給水處理超濾系統設備采用美國KOCH公司生產的中空纖維內壓式V8072-35-PMC型超濾膜，單套超濾設備配備24支超濾膜元件，制水量120t/h。該超濾系統設備投運2年間，進行三次在線化學清洗。

3污染物的確定

3.1表面污染物特征

1、超濾膜端蓋膜殼內部附著一層磚紅色物質，殼內充滿土黃色細粉狀粘性物質；2、超濾膜絲頂部表面被粘稠狀物質包裹，部分超濾膜絲堵塞，膜絲內孔徑較初始狀態縮小30%-40%，將粘稠污染物取出進行浸泡處理，酸堿條件下均不溶解；

3.2化學清洗反洗水樣分析

結合超濾膜表面污染物及水源情況，對超濾膜進行加堿預沖洗，并收集一次反洗出水水樣和二次反洗出水水樣，與沖洗母液進行對比，結其中母液為無色溶液，第一次反洗水樣溶液并呈磚紅色，且沉淀物較多，第二次反洗水樣依然呈磚紅色，但沉淀物相對較少。

取反洗水樣，依據DL/T502.25-2006《全鐵的測定 磺基水楊酸分光光度法》進行全鐵分析，一次反洗水樣含鐵59mg/L，二次反洗水樣含鐵9.8mg/L。

收集一次反洗水水樣中沉淀物（簡稱沉淀物）進行分析，沉淀物110℃烘干失重87.32%，烘干物550℃灼燒失重54.14%，550-950℃失重2.30%，依據DL/T502.23-2006《化學耗氧量的測定重鉻酸鉀法》對沉淀物中有機物進行定性分析，結果為45.7mg/L。

根據超濾膜端蓋中紅色物質紅色、加堿預沖洗水樣全鐵含量檢測結果，表明超濾膜污染物中鐵含量較高；灼燒結果顯示污染物中含有部分有機物；雖未進行沉淀物全硅測定，但通過超濾膜端蓋中粘性物質判斷，污染物中含有一定量的泥沙。綜合分析確定，超濾污染物主要由鐵膠體、微生物及其代謝粘泥和部分泥沙組成。

4.超濾膜的化學清洗

4.1清洗方案

根據污染物的分析結果，結合車間實際情況，確定了堿洗-殺菌-酸洗-堿洗的在線化學清洗技術方案。

4.1超濾膜在線清洗

首先對污染較嚴重的1號超濾裝置進行清洗，然后依次清洗其他三套超濾設備，最后再次清洗1號超濾。所使用的清洗劑包括TPY-1001、TPY-1002、ARMS-C100、ARMS-C150、TPY-886及鹽酸、氫氧化鈉等輔助藥劑。在清洗過程中，為保證超濾膜元件安全，操作壓力均保持在0.12MPa以下；當回流清洗液顏色迅速變化或pH值在10分鐘內變化量超過0.5，將清洗液排掉并重新配制。

堿洗：利用堿性清洗劑TPY-1002、ARMS-C150，配制成質量濃度2-2.5%的清洗液，使用氫氧化鈉調節pH值；清洗過程包括循環清洗和反沖洗；清洗時控制清洗液溫度35℃，pH值在11～12范圍內。

殺菌：使用膜專用非氧化殺菌劑TPY886進行殺菌，清洗時控制pH值在7以下；由于細菌微生物對水處理系統的污染最難清理，清洗方式采用循環清洗加浸泡。殺菌時清洗液溫度控制在30℃，循環時間24小時。殺菌操作結束后將超濾膜沖洗至出水為中性。

酸洗：使用酸性清洗劑TPY-1001、ARMS-C100，配制質量濃度3～4%的清洗液；使用鹽酸調節清洗液pH值；清洗過程包括循環清洗和反沖洗?？刂魄逑匆簻囟葹?0℃，pH值在2～2.5范圍內。

在超濾膜清洗過程中，每套設備在經過堿洗、殺菌、酸洗等步驟時，清洗液顏色在循環10分鐘后都發生巨大變化，pH值變化超過2-3。堿洗循環時清洗液顏色變成深褐色；清洗液變粘稠；清洗液泡沫呈黑黃，粘性強。殺菌循環時，清洗液散發出刺鼻腥臭味。酸洗循環時清洗液變成褐色，pH值持續變化。每套超濾設備膜清洗時，單步均需更換2～3次清洗液，清洗流程需重復3次以上，才能使清洗液顏色、PH值不再變化。

4.3化學清洗效果

對四套超濾設備進行在線化學清洗后，每套超濾的產水量由45-50mm³/h增加至105～110mm³/h：進出水壓差降至0.02MPa左右，出水濁度0.02NTU，各項指標基本達到超濾膜設計值。超濾膜化學清洗前后數據。

5.超濾膜污染原因分析

經分析確定超濾膜污染物包括鐵膠體、微生物及其代謝物和泥沙等，屬于多種物質混合交叉污染，污染嚴重。

5.1污染物來源

該熱電廠以城市中水為主要水源，通過中水處理系統加聚鐵等進行處理后，一部分用于循環水補充水，另一部分做鍋爐補給水水源。超濾膜污染物中鐵的來源有兩個：1、由于超濾裝置距中水處理車間約300m，連接管道材質為碳鋼管且無任何防腐措施，管道腐蝕產物隨超濾進水進入超濾膜：2、中水處理系統使用聚鐵做絮凝劑，而超濾前無精密過濾器，導致聚鐵在超濾膜中聚集。

5.2設備條件

1、超濾設備預處理能力不足。超濾設備前預處理僅有兩臺碟片式自清洗過濾器，對大顆粒有攔截效果，但若碟片間卡入泥沙顆粒，自清洗過濾器效果會大大降低。導致超濾來水中泥沙顆粒進入超濾膜造成污染。

2、現場存在閥門內漏現象。中水處理系統發生過因閥門內漏導致脫泥機廢水經沖洗管道進入清水池，嚴重污染超濾膜。

3、超濾設備加藥系統存在缺陷。超濾設備設計運行十個反洗周期進行化學加藥加強反洗，但因種種原因加藥系統無法使用，致使超濾未進行化學加藥加強反洗，同時無法向超濾加入殺菌劑。

4、超濾系統進出水均缺少在線監測，對超濾進水水質缺乏監測，來水水質異常變化，無法及時發現，易增加超濾膜運行壓力，加速超濾膜污染。

5.3運行操作

1、超濾進水水質波動。超濾使用中水處理系統出水，機械攪拌澄清池調整不當易導致中水出水水質出現大范圍波動，甚至出現翻池現象。中水系統使用聚鐵等藥劑，加入量偏大造成鐵膠體在超濾膜表面沉積。

2、超濾進水水質監督缺失?，F場僅在超濾投運前檢測水質，在超濾運行中水質缺乏監督。

3、超濾殺菌監測不到位。超濾入口投加殺菌劑系統未投運，僅在中水出水投加二氧化氯殺生劑，但具體殺菌滅藻效果沒有監測。從涼水塔池內藻類情況可判定殺菌效果不理想，是超濾膜有機物污染的主要原因。

6.結論與建議

1、超濾膜受到鐵膠體、微生物及其代謝產物和有機物污染后，采用制定的化學清洗方案對4套超濾進行清洗，清洗后運行數據基本達到設計值，清洗效果良好。

2、超濾膜是一種精密的過濾工具，需要嚴格控制進水水質。超濾前預處理應增加過濾精度5-10μm的過濾器保護超濾：增加在線濁度儀，實時監測超濾進水濁度小于2NTU；嚴格執行操作規程，控制超濾運行各項指標。

3、應對超濾來水及超濾膜進行連續殺菌處理，防止微生物在其表面滋生繁殖，污堵超濾膜孔，影響制水并增加清洗難度。