西門子超濾膜污染及工藝探討

1、西門子超濾膜污染及性能恢復(fù)工藝探討鄭州開元恒業(yè)環(huán)?？萍加邢薰荆ㄠ嵵?450000） 宋景頗摘要 隨著超濾技術(shù)在水處理工藝中的廣泛應(yīng)用，超濾膜的污染因其預(yù)處理工藝、預(yù)處理效果以及各地水源水質(zhì)的不同，會產(chǎn)生各種各樣的污染。超濾膜污染到一定程度，就必須進行清洗。而超濾膜在遭受重度污染的情況下，在線清洗已經(jīng)不能夠滿足膜元件性能恢復(fù)的需要，離線清洗就成為解決這一問題的最佳辦法。本文主要介紹了西門子MEMCOR L20V超濾膜污染原因的分析、離線清洗及性能檢測的操作方法、清洗配方的選擇和清洗實例，由于本次清洗、檢測及拆裝工作為此型號西門子超濾膜在國內(nèi)的首次完整作業(yè)，更具參考意義。關(guān)鍵詞 超濾；重度污染；

2、離線清洗；西門子；MEMCOR L20VSiemens Ultrafiltration membrane fouling and cleaning technology Abstract: With the application of UF unit,contamination appears in different forms due to different preconditions and different water sources. The UF problems of the cleaning of membrane is following with the contam

3、ination. But the cleaning on-line become not enough when the contamination is serious, the only choice is the cleaning off-line. This paper describes the Siemens MEMCOR L20V Ultrafiltration cause analysis, off-line cleaning and performance testing methods of operation, the choice of cleaning formula

4、tions and cleaning instance, because of this cleaning, inspection and disassembly work for this model Siemens ultrafiltration membrane is the first full domestic operations,so more reference value.Key words: Ultrafiltration membrane (UF);serious contamination;cleaning off-line;Siemens; MEMCOR L20V超濾

5、系統(tǒng)因其先進的技術(shù)及經(jīng)濟特性，已形成國內(nèi)各行業(yè)龐大的用戶群，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)超濾水處理工業(yè)用戶已超過數(shù)千家。超濾膜元件作為初步過濾的手段，其表面不可避免的會殘留有膠體、微生物、雜質(zhì)顆粒、金屬氧化物等在其表面的析出，因此，在多種領(lǐng)域使用的超濾裝置，一旦投入使用，最終都需要清洗，只是清洗周期的長短不同而已。然而，在線清洗作為一種超濾系統(tǒng)常用的清洗以及定期維護的手段，在面臨超濾膜元件重度污染時就顯得無能為力，這個時候就需要對超濾膜元件進行離線清洗。1 超濾膜元件重度污染的原因、特征 雖然超濾系統(tǒng)的設(shè)計中都會有一定程度的富裕量，以保證在緊急時刻不至于因為超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水量或出水質(zhì)量下降、超濾系統(tǒng)壓

6、差升高而使得供水不足而對安全生產(chǎn)造成威脅，但實際上也正是由于這些富裕量的存在才使得有時候隱藏的故障不能夠及時的表現(xiàn)出來，這樣最終可能就演變?yōu)槌瑸V膜元件的重度污染。11 超濾膜元件重度污染的概念超濾膜污染是指超濾系統(tǒng)進水中所含的懸浮物、膠體、有機物、微生物及其它顆粒對UF膜產(chǎn)生的表面附著、沉積污染或者水中的化學(xué)離子成分在膜表面因濃差極化等因素導(dǎo)致的離子積大于溶度積后的化學(xué)垢類生成等現(xiàn)象。重度污染則指污染后的進出水壓差大于系統(tǒng)投運初期進出水壓差值的3倍以上或者（正常進出水壓差下）超濾系統(tǒng)產(chǎn)水量下降30%以上的情況。 重度污染往往是重度物理污染和重度化學(xué)污染的疊加，某些情況下，二者同時伴生。12 超

7、濾膜元件重度污染的原因及特征由于各地水源水質(zhì)不同，所采用的預(yù)處理方式也不盡相同，所以UF膜元件的原因也不盡相同，常見的污染原因及特征有以下幾種：121 水處理工藝系統(tǒng)設(shè)計及制造缺陷 （1）對于超濾預(yù)處理過濾器來講，源水為井水的情況下，設(shè)備濾速大于8.5米/小時，而地表水設(shè)計中設(shè)備濾速大于8米/小時，導(dǎo)致超濾進水濁度過高；（2）源水中含有數(shù)量過多的膠體、懸浮物等雜質(zhì)，而在設(shè)計中沒有去除或降低措施；（3）超濾預(yù)處理設(shè)備及管路在設(shè)計安裝過程中存在缺陷，由于設(shè)備自身的原因產(chǎn)生污染物；（4）超濾膜元件設(shè)計通量超標(biāo)的超濾裝置壓差升高快,產(chǎn)水量衰減及濁度上升快。以上設(shè)計缺陷均有可能導(dǎo)致超濾系統(tǒng)清洗頻率的增加

8、，同時這些缺陷也難以通過后期的技術(shù)改進或者調(diào)試等措施來徹底消除，給系統(tǒng)的長期安全運行留下隱患，因此合理的清洗工藝及方案對于延長類似超濾裝置的使用壽命來說就至關(guān)重要。122 超濾預(yù)處理添加劑及其它耗材選用不當(dāng)（1）超濾預(yù)處理系統(tǒng)選用藥劑的類型或加藥量選用不當(dāng)，一般情況下，常用的預(yù)處理藥劑，譬如：聚合鋁、聚合鐵、聚丙烯胺以及ST絮凝劑等，都可以作為預(yù)處理系統(tǒng)中降低濁度的添加劑使用，但需要注意的是各藥劑合理的添加量才是保證出水質(zhì)量的保證，加藥量過多或過少均有可能導(dǎo)致以上添加劑在沒有充分反應(yīng)的情況下在過濾精度更高的超濾膜上積聚，導(dǎo)致超濾膜元件的污染；(2)超濾保安過濾器濾芯在選擇過程中要確保質(zhì)量可靠，

9、號稱200微米而實際精度達(dá)不到的濾芯對超濾膜元件的安全運行時非常不利的；1.2.3 水處理運行條件的突變導(dǎo)致的系統(tǒng)異常一般情況下是由于氣候變化導(dǎo)致源水中懸浮物含量增加，或者源水類型的轉(zhuǎn)變（如：由地下水更改為地表水導(dǎo)致超濾進水中各種污染物的增加）時的超濾裝置運行狀況惡化，形成重度污染。124 系統(tǒng)運行操作管理問題（1）不按操作規(guī)程操作；（2） 設(shè)備狀態(tài)參數(shù)調(diào)整不及時；（3） 運行參數(shù)的調(diào)整不當(dāng)；（4） 添加藥劑的計量未作優(yōu)化；（5） 系統(tǒng)達(dá)到清洗條件時不及時清洗系統(tǒng)；（6） 系統(tǒng)表計不按時調(diào)校；（7） 缺乏運行管理總結(jié)。125 水處理系統(tǒng)供水緊張除了以上情況，在相當(dāng)多的企業(yè)，由于水處理系統(tǒng)供水緊

10、張，使得超濾裝置即使出現(xiàn)了運行參數(shù)的惡化，系統(tǒng)遭受污染，但因供水緊張的原因而不能進行及時的清洗，結(jié)果導(dǎo)致系統(tǒng)污染逐步嚴(yán)重，形成重度污染。2 重度污染UF膜的離線清洗要求當(dāng)下列情況發(fā)生時，需要對重度污染UF膜元件進行離線清洗：（1）超濾膜元件污染符合“重度污染”標(biāo)準(zhǔn)；（2）超濾系統(tǒng)通過在線清洗不能夠達(dá)到系統(tǒng)額定標(biāo)準(zhǔn)的；（3）水處理系統(tǒng)由于供水緊張而不能夠進行在線清洗或沒有在線清洗設(shè)備的；（4）超濾污染類型較為復(fù)雜，各超濾膜元件污染程度不一，通過在線清洗容易不能夠徹底解決的；（在線清洗中，超濾裝置中并聯(lián)排列的膜元件中，污染較重的膜元件進清洗液量少，污染較輕的進清洗液的量則多，使得污染輕的膜清洗容易

11、洗過量，而污染輕的膜則得不到應(yīng)有的清洗。）3 超濾膜元件的離線清洗方式及步驟3.1 首先提供超濾膜離線清洗及性能測試裝置和相關(guān)連接管道等，停止超濾系統(tǒng)中其中一套超濾裝置的運行，將一支超濾膜元件完全隔離，并采用臨時管道將清洗測試設(shè)備與超濾膜相連；3.2 清洗前超濾膜元件性能測試：3.1 檢測每一支超濾膜元件，測試其各項性能指標(biāo)，包括：進水壓力、出水壓力、濃水壓力等，并作好測試記錄；3.2 以上性能參數(shù)的測試條件：符合不同類型膜廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)。33 系統(tǒng)清洗前了解系統(tǒng)目前運行狀況；34 采集運行超濾系統(tǒng)的各參數(shù)指標(biāo)，作好原始記錄；35 根據(jù)用戶原水全分析報告、性能測試結(jié)果及所了解的系統(tǒng)信息判斷清洗

12、流程；36 污染物的鑒定。首先根據(jù)3.5的分析結(jié)果初步判定，再通過特殊的設(shè)備、器具作進一步的驗證，以確定具體污染物類型。37 根據(jù)3.5、3.6的分析結(jié)果，確定所需清洗配方。當(dāng)UF膜上的污染物確定后，我們可以選擇膜制造商提供的系列配方，選擇較為合適的一種或兩種配方；或者選擇特殊配方（當(dāng)UF膜被特殊的污染物污染時，采用普通的配方效果欠佳，或者從經(jīng)濟性角度比較時，特殊配方較為經(jīng)濟）。目前，國內(nèi)外有許多膜清洗清洗的專用藥劑，如開元恒業(yè)的KY系列清洗藥劑和殺菌劑，根據(jù)筆者的經(jīng)驗，使用效果良好，且同傳統(tǒng)藥劑比較，經(jīng)濟性也不錯。38 在超濾專用清洗設(shè)備上用以上清洗劑結(jié)合物理處理清洗手段進行試驗性清洗，以選

13、擇恰當(dāng)?shù)那逑磁浞胶颓逑闯绦?，具體清洗方式如下：3.8.1 滲透清洗法：同超濾運行時所采用的方式，在較低的進水壓力下，以能夠?qū)⑶逑匆簬С瞿ぴ闇?zhǔn)（目的是：降低清洗過程中超濾產(chǎn)水量，并盡可能降低超濾膜表面的濃差極化，提高化學(xué)清洗效率），使得清洗藥劑與超濾內(nèi)部的污染物發(fā)生反應(yīng)，清洗過程中可上下兩端交替進藥；3.8.2 管腔清洗法：進藥方式同滲透清洗法，在清洗的過程中將產(chǎn)水閥門關(guān)閉或部分關(guān)閉，在此清洗過程中靠近進藥端部分中空纖維絲工作同“滲透”狀態(tài)，出藥端呈反洗狀態(tài)，在整個清洗過程中兼有反洗的作用，主要對中空纖維絲管腔內(nèi)壁進行清洗，此過程中壓力同樣保持較低的水平，同樣可以上下交替清洗；3.8.3 反

14、洗清洗法：在進水壓力低于0.1MPa的條件下，將藥劑通過超濾出水端送入超濾設(shè)備內(nèi)部，并保持清洗流量在較高的水平，通過超濾上下進水端將清洗液引入超濾內(nèi)部，通過進水側(cè)返回清洗水箱，保持循環(huán)，清洗過程可上下交替或同時進行均可；3.8.4 并流透過液清洗法：在此種方式下，分別由超濾的進水端和出水端、上下產(chǎn)水端構(gòu)成回路，同時控制超濾產(chǎn)水側(cè)壓力略小于進水側(cè)壓力，此種清洗方式的優(yōu)點是盡可能降低超濾清洗過程中超濾中空纖維絲進、產(chǎn)水兩側(cè)的壓力，使得清洗效率更高，并降低膜元件的壓密實程度。39 確定清洗方法，對以上所有膜元件進行處理；310 對清洗后的膜元件進入測試平臺進行測試并作記錄，不符合要求的將重新送入清洗

15、設(shè)備進行處理；311 整理清洗數(shù)據(jù)資料，寫出清洗總結(jié)報告。4 離線清洗實例國電濮陽熱電有限公司水處理擴容部分兩套超濾裝置（西門子 MEMCOR L20V）最初設(shè)計能力為2×88噸/小時，全部采用并聯(lián)排列，該系統(tǒng)從2008年12月投運，最初的系統(tǒng)進出水壓差為0.50.8kgf/cm2,系統(tǒng)產(chǎn)水量為88噸/小時。隨著超濾膜工作時間的延長，系統(tǒng)各項參數(shù)逐步惡化，現(xiàn)場工作人員針對現(xiàn)場的情況制定了多種改進措施和清洗方案，自2010年底開始系統(tǒng)污染速度開始慢慢降低。由于污染的現(xiàn)實存在， 2012年初，超濾裝置的出力已經(jīng)不能夠滿足生產(chǎn)的需要，再次進行在線清洗已沒有明顯效果。41 清洗前的運行參數(shù)清

16、洗前運行參數(shù)見表1表1 清洗前的運行參數(shù)項目進出水壓差/MPa產(chǎn)水量/m3/h出水濁度/FTU#1超濾0.15400.09#2超濾01637008注：2013年2月份監(jiān)測42 以上兩套系統(tǒng)離線清洗過程鑒于在線清洗對于恢復(fù)系統(tǒng)產(chǎn)水量、降低壓差已經(jīng)沒有效果，考慮以上因素，最終選擇了離線清洗方式，以徹底消除超濾膜的污染，恢復(fù)其使用性能。根據(jù)對系統(tǒng)工藝流程的分析和膜元件污染情況的觀察，初步確定了可能是由預(yù)處理系統(tǒng)中所帶來的氧化物以及有機膠體、微生物等污染物共同作用，同時在線清洗方式?jīng)]有能夠徹底消除污染物，污染物累計到一定程度后，在線清洗也逐漸失去了作用。由于西門子超濾膜在國內(nèi)已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，但

17、MEMCOR L20V超濾膜設(shè)備的布置的特殊性（西門子采取整體運輸，整體安放，無現(xiàn)場安裝操作），國內(nèi)并沒有現(xiàn)成的拆裝經(jīng)驗和離線清洗方案可選擇，經(jīng)過與鄭州開元恒業(yè)環(huán)?？萍加邢薰鞠嚓P(guān)技術(shù)人員的溝通后，逐步設(shè)計出拆裝方案、設(shè)計離線清洗容器、離線清洗、測試設(shè)備等。在后期的離線清洗過程中，試驗了傳統(tǒng)藥劑后沒有效果的情況下，采用了由鄭州開元恒業(yè)研制的KY410、420以及BSS881等產(chǎn)品并結(jié)合物理的方法對所有膜元件進行了反復(fù)清洗、測試后，發(fā)現(xiàn)效果良好，基本所有膜元件的測試參數(shù)都接近了新膜的水平。同樣膜元件再安裝到系統(tǒng)上之后的效果同樣令人滿意，清洗后的運行參數(shù)見表2。表2 清洗后的運行參數(shù)項目進出水壓差

18、/MPa產(chǎn)水量/m3/h出水濁度/FTU#1超濾0.065870.03#2超濾0068900025注：2013年11月份監(jiān)測圖：清洗前后超濾膜對比5 清洗效果評定51 系統(tǒng)評定Q0.98×Q0 TT0 P P0+0.0005×a式中Q為清洗后系統(tǒng)的產(chǎn)水量，Q0為系統(tǒng)剛投運時的系統(tǒng)產(chǎn)水量；T為清洗后系統(tǒng)的產(chǎn)水濁度，T0為系統(tǒng)清洗前系統(tǒng)的產(chǎn)水濁度；P為清洗后系統(tǒng)的進出水壓差（單位是MPa），P0為系統(tǒng)剛投運時的系統(tǒng)進出水壓差；a表示運行年數(shù)。52 單支膜組件評定Q0.98×Q0 TT0 P P0+0.0005×a式中Q為清洗后單支膜元件測試的產(chǎn)水量，Qs為新膜標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)水量；T為清洗后單支膜元件的