超滤系统污染分析及清洗措施

李平，陆秋萍

（1.麦王环境技术股份有限公司，上海 200135；2.中盐昆山有限公司，江苏昆山 215300）

近年来，随着水处理技术不断发展，超滤系统在电力、化工、食品等行业的应用也越来越广。同时随着超滤装置的不断运行，跨膜压差的升高和产水通量的下降也成为影响超滤系统安全、稳定、经济运行的一大难点[1,2]。如何做好超滤的清洗工作，保证超滤装置正常运行也成为行业内的一个重要课题。张红等[3]利用草酸和维生素C 的混合清洗液清洗受铁污染的超滤膜，清洗后膜的过滤性能得到彻底恢复，渗透率提升至250Lmh/bar，系统回收率提高至87%。针对运用于冶金废水中的超滤膜污染，董金冀等[2]研究出更为适合的清洗方案，采用低pH 值、较高的清洗液水质、较短的浸泡时间，同时适当提高清洗液的浓度，清洗效果较好。

1 清洗运行中存在的问题

我公司化水车间采用全膜法制备脱盐水，用于热电车间锅炉的补给水，水源为地表水，配备三套并联式的超滤装置，自动的水反洗及化学加强反洗系统，碱洗加药包括液碱和次氯酸钠，控制pH=12±0.2，余氯200±20ppm，酸洗加药为盐酸，控制pH=2±0.2，分别浸泡15min。三套超滤装置自2016 年建成投用，运行一直比较正常，系统设定24 次常规反洗后进行1 次化学加强反洗，反洗效果均能恢复到系统通量的90%以上，运行压差降至0.05MPa 以下，确保系统的正常投运，同时检测超滤产水SDI15 值也一直保持在3.0 以下，完全满足反渗透的进水要求。但是进入2017 年的第四季度，系统明显出现异常：运行压差逐渐升高，而产水通量却日益减少，过滤时间从原先的50min 降至25min，系统常规反洗效果也越来越差，在减少循环周期的基础上，化学加强反洗后的压差基础也逐渐升高。在采取了延长酸碱浸泡的时间至30min 后，系统勉强能自动投运，但运行时间还未到规定的循环周期，系统便检测到压差高限报警而自动停机，不得不进行新一轮的化学加强反洗，反洗后再正常投运。如此循环，导致单套超滤系统的产水回收率低至80%以下，严重削减了脱盐水的供水量，甚至威胁到锅炉的安全稳定的运行。

如图1 所示，是以1# 超滤为例，显示了在17年一整年中运行通量（Flux）和跨膜压差（TMP）的变化曲线，其中通量已经温度修正（25℃）。考虑到是否存在系统化学加强反洗效果不佳的情况，笔者对加药系统进行了三次药剂浓度的抽检，药剂浓度虽略有波动，但均在工艺要求的范围之内，因此因加药反洗药剂浓度不够导致超滤膜清洗不彻底、逐渐污堵的假设不成立。

2 原因分析及清洗措施

2.1 水质分析

由于来水存在一定的浊度和有机物，超滤系统在运行一段时间后，必然会出现不同程度的膜孔道污堵的情况，即宏观表现为产水通量逐渐下降，而运行压差不断上升。如果污堵严重，则会加剧膜断丝的风险，严重威胁超滤的产水水质[2]。因此，在超滤系统运行过程中，需要操作人员密切关注产水通量和跨膜压差，发现污堵及时进行常规反洗和化学加强反洗，避免因压差过高导致膜断丝等不可逆的损伤。常规的有机物和无机络合物的污染都可以通过次氯酸钠、液碱和盐酸的联合用药进行清洗完全，而此次的污染清洗效果甚微，笔者推断地表水水源受到了严重的污染。冬季属于枯水期，水源中的杂质离子浓度明显高于其他三季，加上水源上游可能存在的未知污染源的排放，而这些污染因子，如胶体、小分子的有机物等，无法通过简单的初级预处理去除，最终进入超滤系统，附着在超滤膜孔道内，造成严重的污堵。为了验证上述推断，笔者对超滤系统的进水水质进行了留样分析。分析结果显示来水中铁锰等金属离子的含量明显高于正常值，特别是铁离子的浓度达到了4mg/L（前端预处理系统未采用任何含铁元素的絮凝剂），基于上述分析数据，基本可以确定该超滤系统为严重的铁污染，需要进行有针对性的离线化学清洗。

图1 1# 超滤Flux 和TMP

2.2 现场试验

为了进一步确定超滤膜的污染类型以及污染的严重程度，决定拆开部分膜元件的端盖，对污染情况进行观察及清洗试验。根据经验告知：超滤膜整个断面呈黄褐色附着，受污染的程度较为严重，且该污染的形态跟铁锰等有色金属的污染状况极为相似，但还需要现场做小试确定。一般金属离子结垢选用盐酸、柠檬酸、草酸等酸性清洗液，根据现场的判断，我们选取任意三个端盖，分别倒入预先配制好的pH=2 的盐酸、柠檬酸和草酸溶液，10min 的浸泡时间后，经盐酸和柠檬酸浸泡后的端盖，黄褐色污染物虽有所溶解，但清洗效果不是很理想，只有经草酸浸泡后的端盖，污染物基本全部溶解，清洗液也变成了黄褐色的废液。

2.3 清洗措施

通过上述小试，确定了该超滤系统为严重的铁污染，同时也确定了清洗的药剂和清洗方法。考虑到草酸残留会与水中的钙离子形成草酸钙，重新附着在膜孔道内，引起结构污染。因此，笔者在配制的清洗液中同时加入了0.25%的维生素C，而草酸的配制浓度确定为1%。由于污染严重，清洗人员将清洗液充满膜元件后，并未直接进行药剂循环，而是给予了10min 的浸泡时间，使草酸充分溶解膜丝表面和端盖内的铁污染，然后舍弃该部分清洗液，重新配制新的药剂，1h 循环，1h 浸泡，循环量为150t/h，清洗温度在25～30℃，重复三次后，用超滤产水将设备内的药剂冲净，即可开机自动投运。

2.4 清洗后运行状况

1）压差与通量的恢复：在进行了为期一周的清洗工作后，三套超滤才正常投用，如图2 所示，是三套超滤清洗前后的TMP 和Flux 的对比图，清洗后超滤装置的运行性能基本得到了恢复。为了了解后续的运行状况，笔者进行了为期六个月的追踪调查，仍然以1# 超滤为例，在这六个月的时间内，该设备的Flux 和TMP 均维持在较好的状态，其中通量已经温度修正（25℃）。如图3 所示，修正后的Flux 在155t/h 以上，TMP 降至0.05MPa以下，设备长期运行稳定。

2）回收率的提高：由于膜性能的恢复，在清洗措施后，笔者将过滤时间从25min 逐渐恢复到45min，超滤系统的整体回收率也从当初的不到80%提升至95%以上，如表1 所示，超过设计的90%的回收率。

图2 三套超滤清洗前后Flux 和TMP 对比

图3 1# 超滤清洗前后Flux 和TMP

表1 三套超滤清洗前后回收率的对比

3 结语

经过此次的超滤污染及应对措施，笔者学习到了超滤运行的诸多性能和经验：超滤来水水质的稳定决定了超滤能否长期稳定地运行；化学加强反洗药剂浓度须满足工艺要求，才能确保反洗后超滤膜的运行性能尽快恢复；一旦超滤膜遭受污染，应及时采取适当的清洗措施，尽快恢复膜的过滤性能，避免造成不可逆的损伤；此次清洗结果证明，适当的清洗手段能够彻底恢复超滤膜的过滤性能，说明该超滤膜具有良好的可恢复性；在超滤系统运行状况良好的前提下，可通过延长过滤时间、适当加大产水通量、增加CEB 的循环周期等措施，进一步提高超滤系统的产水回收率。