王新喬
湖北雙環科技公司熱電廠（432407）

　　【摘要】本文結合雙環公司超濾系統實際情況，從超濾預處理、工藝參數的控制、化學清洗三個方面的運行管理進行了分析和探討。
　　【關鍵詞】超濾 　膜通量 　預處理　 運行管理　 化學清洗

前言

　　湖北雙環科技股份有限公司熱電廠現有4臺75t/h、2臺130t/h的中壓鍋爐，1臺130t/h的高壓鍋爐，熱電聯產，供汽為主，發電為輔。正常生產時供一級除鹽水450t/h，二級除鹽水150t/h ?；囬g共有固定式陽離子交換塔9臺（120 t/h臺）、陰離子交換塔9臺（120 t/h臺），混合離子交換塔2臺。由于源水水質惡劣、化學水處理工藝缺陷及設備能力不足，一、二級除鹽水水質難以達到要求，除鹽水中電導率及SiO₂超標，特別是高壓鍋爐蒸汽中的SiO₂含量嚴重超標，高壓機組無法運行，嚴重影響生產。為滿高壓鍋爐水質要求，公司在2003年10月投資650萬元建設一套采用超濾反滲透技術生產二級除鹽水220 t/h 的水處理裝置，以滿足高壓鍋爐用水的要求。

1. 水質及系統情況

1.2原水水質
　　公司采用漢江的支流府河水為水源，河水經混凝、加氯、澄清和過濾處理后送往各用戶，其處理水量3000T/H，到化水車間的典型的源水水質分析表如下：

　　因水源為地表水，水質受季節影響較大，枯水季節（同年十月至次年四月）水質呈周期性惡化，總固形物高達800 mg/L，Cl^－150－200 mg/L，活性SiO₂ 16 mg/L。
1.2 原制水系統流程如下

：

1.3 新增超濾（ＵＦ）和反滲透（ＲＯ）后的流程示意圖如下：

2. 超濾預處理運行管理

　 　原水在供排水車間混凝、澄清、過濾及加氯殺菌處理后（處理水量3000 T/H ），部分水通過公用管道送至化學車間（700T/H ）。因公用管道勻為鋼管，運行過程中受其他用戶的影響，水量水壓波動大，整個管道中形成不規則的漩流及脈沖，水中含有鐵銹、菌藻殘留物、固體顆粒及破碎礬花等雜質，為防止這些物質對超濾的機械污堵，超濾的預處理顯得尤為重要。我公司超濾預處理有粗濾和精濾二部分，粗濾采用四套逆流高效過濾器，直徑3000mm，單套產水210 T/H；精濾采用二套20纏繞式濾芯過濾器，單套產水160T/H。
2.1高效過濾器的運行管理
　　高效過濾器的運行大致可分為三個過程，運行初期濾層阻力小，截污能力大，進水自中心向四周形成速度梯度，配水難以均勻，嚴重時在過濾器內形成局部死角，特別是過濾器中空氣沒有排盡時該狀況更加嚴重，給菌藻類滋生繁殖創造極有利條件；運行中期，隨著纖維束中心區域截污量的增加，自四周向中心阻力增加，配水趨于均衡，產水量及水質穩定；運行末期，截污能力已盡極限，淺層纖維束已形成阻力極大的濾餅，進出口壓差迅速增加，深層纖維束隨時有被穿透的可能，出口水質趨勢于惡化。
　　運行初期和末期的監控是運行管理的重點，運行初期要使進水均勻，余氣排盡，在保證產水量的情況下將進水適當截流，使過濾器內水流速度差降至最低，消除過濾死角，防止菌藻類滋生繁殖，在運行過程中隨著產水量的變化逐漸增加進水量；在運行末期，嚴格監測進出口壓差及產水濁度，壓差超過0。2MPa或濁度超過2FTU時，過濾器退出運行進行氣水洗。另外，過濾器在運行過程中不得停運，以防濾層紊亂及攪動影響產水質量。
　　過濾器的日常清洗通過上進水下進氣的方式對流沖洗，保持進氣強度在60L/s﹒m³左右，使纖維束充分攪動，達到截留物徹底脫落的目的。同時在運行之初，緩慢升壓，廢水外排，直到產水合格后并入系統。
　　高效過濾器長期運行后，由于菌藻類滋生繁殖、膠體與纖維束的靜電吸引、有機物的污染等因素，造成運行周期短，截污能力下降，水氣洗后壓降不明顯，就需要進行化學清洗。我們采用3%NaOH、0.5%NaCLO混合液，加熱到30℃，浸泡濾料24小時后進行氣水合洗，至PH≤8時結束，清洗后產水還原率可達98%以上，截污容量大于10㎏/m³。
2.2精密過濾器的運行管理
　　精密過濾器中纏繞濾芯采用承插式安裝，工作側與產水側由“O”型圈分隔，因過濾器直徑?。?00mm），進出水沒有設置配水裝置，結構簡單。在過濾初期，要緩慢進水，排盡空氣，防止形成過濾死角及水錘沖擊破壞閉封圈，造成進出水短路；在運行過程中，嚴格監測進出水壓差，當壓差大于0。1MPa時，必須對濾芯進行更換，否則，會造成出水篩板變形，濾芯與孔板密封不嚴，進出水短路，產水水質惡化。更新濾芯后的首次投運，產水排放10～15分鐘，防止線絨及檢修殘留物對超濾的污堵。
　　經過以上預處理后，超濾進水SDI在5左右，為超濾的穩定運行創造了良好的條件。

3. 超濾裝置的運行管理和維護保養

3.1 超濾系統工藝裝置情況
　　我公司超濾反滲透系統由武漢科夢發展有限公司設計調試，超濾采用一級一段部分循環連續式工藝流程，四組并聯運行，濃水回流四組合一，單泵增壓循環，每組掛超濾柱39支，單組產水76t/h，系統濃縮水排放8t/h。進水配置20μ過濾器二臺及穩壓調節門一臺，以控制進水水質及進水壓力。超濾反洗采用氣水脈沖擦洗，配備反洗泵二臺、空壓機一臺，反洗頻率每二小時一次。超濾柱直徑200mm，額定工作壓力0.25MPa，產水量2t/h，濾膜為聚丙烯中空纖維膜，有良好的耐酸堿性和透氣性能，截留分子量5000D，產水SDI≤3。另外，為使冬季超濾裝置的正常制水，在總進水處安裝表面式換熱器一臺，以提高水溫（15℃—30℃），保證其產水量,同時，整個系統操作全部實行程控操作，勞動強度極低。
3.2運行參數和運行工況的調整及控制
3.2.1運行壓力
　　超濾進水為清水泵出水，壓力在0.55～0.65MPa，超過其運行壓力，為此，在20μ后安裝了一臺JD745型多功能自動調壓閥，使超濾進水壓力在0.1～0.25MPa之間波動。根據聚丙烯膜的運行特性及原水水質狀況，在一個化學清洗周期內（25天左右），在保證產水量300t/h的情況下，運行壓力控制大致分為三個階段，其曲線圖如下：

3.2.2回流比
　　由于四組超濾濃水通過一臺泵加壓回流，并聯運行，系統阻力各異，回流比難以控制。在總進水壓力穩定后，通過調整各組濃水回流門控制單組回流比，在調整過程中各組運行工況相互干擾，很難保證四組回流比一致，一般控制在1：1～1：3范圍，正是這種差異造成每過濾工況和過濾效果的差異，使四組膜通量不在同一均衡水平，因此，對并聯系統而言，回流比的調整是涉及運行壓力、產水量、膜通量、產水水質、清洗周期及運行效率的綜合因素，其運行調整顯得至關重要。
3.2.3 溫度的控制
　　運行溫度一般控制在15℃～30℃之間，冬季通過表面式換熱器對進水加熱，用溫控測點控制蒸汽量，防止超濾運行和反洗過程中水壓水量的波動使進水超溫，損壞膜及組件。
3.2.4壓力降
　　系統運行過程中，隨著膜通量的下降及進水壓力的調整，進水與產水壓降、進水與濃水壓降都在發生相應的變化，在運行及回流比的調整過程中，要密切注意這二個壓降的變化，保證進水與產水壓降小于0.17MPa，進水與濃水壓降小于0.1MPa。在系統運行末期，在滿足一個壓降最大的情況下，任何一個超標就必須退出進行化學清洗。
3.2.5排污量
　　按設計要求，四組超濾連續排污量為8t/h。在實際運行過程中，需根據濃水狀況對排污量進行調整，夏季一般控制在12t/h，冬季8t/h，如果發現濃水急劇惡化，采取強制氣水反洗，以降低濃縮比，防止超濾膜的二次污染。
3.2.6氣水反沖洗
　　超濾反洗每二小時一次，采從產水側進壓縮空氣脈沖后，開啟反洗泵用成品水大流量清洗，自進水側外排。其運行管理主要有壓縮氣壓和反洗時間的控制和調整。反洗前要密切注意空壓機及穩壓閥的運行狀況，保證空壓在0.22MPa左右，防止超壓損壞膜元件；成品水反洗時間隨季節、水溫、進水水質狀況及化學清洗周期等因素進行調整，一般控制在30s～120s的范圍，以提高設備效率，降低水耗。
3.3操作管理及注意事項
　　超濾的操作管理要達到二個目的：一是保護膜及膜元件免受損害，延長其使用壽命；二是監控調整好超濾的運行參數，使膜元件在正常工況下運行，保證使用效率及產水質量。
3.3.1 超濾啟動前的準備
　　啟動前要確認操作系統及PLC控制系統在初始狀態，防止誤動；對系統管閥、電氣、儀表設備進行全面檢查，各組超濾回流排水門、系統排污門處于開啟狀態，防止運行之初水錘沖擊，損壞膜裝置；對進水水質狀況及工藝狀況進行檢測和調整，使之符合超濾進水要求。
3.3.2系統的啟動
　　四組超濾逐組點擊啟動，系統中余氣排盡后，啟動回流泵，關回流排水門，緩慢調整回流出口門，進行運行壓力、流量、回流比、排污量的調整，使運行參數在額定范圍內。
3.3.3運行過程管理
　　在運行過程中要對運行壓力、壓力降、回流比、排污量、水溫等參數的持續調整、監控和記錄；定時分析記錄進水、產水質量，防止水質惡化。特別要注意氣水洗過程中閥位的動作、反饋信號、壓縮氣壓、水洗壓力是否正常，防止超壓對裝置的損壞。
3.3.4停運及保護
　　系統停運前先開啟回流排水門，停止回流泵使系統壓力降至最低后逐組點擊，氣水反洗后退出運行，此時，裝置內必須充滿水，防止濾膜脫水變于失效。短時間停運，每天運行一小時左右，用新鮮水置換出元件內存留的水；長時間停運（7天以上），要向裝置內注入保護液（1%的甲醛水溶液），防止細菌滋生繁殖。

4.超濾系統殺菌和化學清洗

4.1化學清洗系統配置
　　超濾和反滲透共用一套可移動式化學清洗裝置，由清洗藥箱（4m³）、清洗泵（Q30t/h、H30mH₂O）、精密過濾器及相關管閥表計組成。超濾清洗時精密過濾器安裝20μ濾芯，運行壓差不超過0.1MPa，否則，會制約清洗流量，影響清洗效果；反滲透清洗時安裝5μ濾芯，以保證清洗液的質量。
4.2系統殺菌
　　系統殺菌有二種模式，原水在供排水車間加氯后送至超濾系統進行連續殺菌，運行過程中每四小時分析余氯含量，保證超濾進水余氯在0.3～0.5mg/L，但進反滲透前徹底還原，防止強氧化劑對反滲透膜的損傷；間斷殺菌每周進行一次，配制3%的1227殺菌劑通過化學清洗裝置在超濾組件中循環0.5小時后浸泡3～5小時，單組用量2t/h，之后用成品水清洗合格，投入運行。
4.3化學清洗液的配制
　　清洗液的組份隨季節水質變化側重點不同，夏秋豐水季，原水濁度較大，混凝澄清效果顯著，膠體的除去率高，但菌藻類物質聚結迅速，活性好，滋生旺盛，繁殖周期短，清洗主要以殺菌為主，一般采取如下配方： 0。5% HCl循環清洗,水洗合格后，用1%NaOH，NaClO400ppm混合液，加溫35℃，循環1小時，浸泡4小時，每組用量2t/h左右；冬春枯水期，河水濁度低，溫度低，礬花聚結困難，不利除膠，清洗主要以膠體脫穩為主，清洗液配制如下：1% HCl循環清洗,水洗合格后，用3% NaOH和200ppm NaClO的混合液，加溫至35℃，循環1小時，浸泡4小時，每組用量也在2t/h左右。
4.4清洗方式及注意事項：
　　為保證產水平衡，5～7天選取一組輪流進行化學清洗，在清洗液循環過程中，要檢查該組閥門的密閉情況，并注意超濾產水電導率的變化，如果產水電導率急劇上升，說明清洗液串入運行系統，要迅速處理，防止強氧化劑進入反滲透系統，損壞滲透膜。在超濾膜浸泡過程中，組件內會產生大量氣泡，為防止系統憋壓破壞膜元件，要適當開啟放空門。
　　清洗液排空后水洗分二個步驟：首先開啟回流排放門、進水側排放門，啟動反洗泵，大流量的成品水從產水側進入，從膜元件二端排出，直到水清為止；然后，開啟回流排放門及進水門用進水等壓清洗，直至水清，必要時分析排水PH值，與進水一致后投入運行。

5.結束

　　反滲透系統運行一年多來，工況極其穩定，其間進行了一次化學清洗，通過對清洗廢液的分析，Ca⁺、Mg⁺的含量在98%以上，膠體及其他污染物微乎其微。總之，在膜法大規模處理地表水方面，超濾作為反滲透的預處理具有適應水質范圍廣、產水質量高、運行成本低、系統運行穩定等特點，發揮超濾的最大運行效率，最大限度地降低其機械和化學損傷，延長超濾膜的使用壽命，給反滲透的安全穩定運行創造有利條件，這是搞好其運行管理的根本。

參考文獻

(1)《反滲透-膜技術.水化學和工業應用》 化學工業出版社 1999.9　作者: 美國 Zahid.Amjad
(2)《膜技術手冊》 化學工業出版社 2001.1　時鈞　袁權 高從堦 主編
(3)《膜分離技術應用手冊》化學工業出版社 2001.2 劉茉娥 主編
(4)《膜工藝-組件和裝置設計基礎》 化學工業出版社 1998.5 作者: 德國 R Rautenbach