超滤系统运行管理探析

王新乔
湖北双环科技公司热电厂（432407）

　　【摘要】本文结合双环公司超滤系统实际情况，从超滤预处理、工艺参数的控制、化学清洗三个方面的运行管理进行了分析和探讨。
　　【关键词】超滤 　膜通量 　预处理　 运行管理　 化学清洗

前言

　　湖北双环科技股份有限公司热电厂现有4台75t/h、2台130t/h的中压锅炉，1台130t/h的高压锅炉，热电联产，供汽为主，发电为辅。正常生产时供一级除盐水450t/h，二级除盐水150t/h 。化水车间共有固定式阳离子交换塔9台（120 t/h台）、阴离子交换塔9台（120 t/h台），混合离子交换塔2台。由于源水水质恶劣、化学水处理工艺缺陷及设备能力不足，一、二级除盐水水质难以达到要求，除盐水中电导率及SiO₂超标，特别是高压锅炉蒸汽中的SiO₂含量严重超标，高压机组无法运行，严重影响生产。为满高压锅炉水质要求，公司在2003年10月投资650万元建设一套采用超滤反渗透技术生产二级除盐水220 t/h 的水处理装置，以满足高压锅炉用水的要求。

1. 水质及系统情况

1.2原水水质
　　公司采用汉江的支流府河水为水源，河水经混凝、加氯、澄清和过滤处理后送往各用户，其处理水量3000T/H，到化水车间的典型的源水水质分析表如下：

　　因水源为地表水，水质受季节影响较大，枯水季节（同年十月至次年四月）水质呈周期性恶化，总固形物高达800 mg/L，Cl^－150－200 mg/L，活性SiO₂ 16 mg/L。
1.2 原制水系统流程如下

：

1.3 新增超滤（ＵＦ）和反渗透（ＲＯ）后的流程示意图如下：

2. 超滤预处理运行管理

　 　原水在供排水车间混凝、澄清、过滤及加氯杀菌处理后（处理水量3000 T/H ），部分水通过公用管道送至化学车间（700T/H ）。因公用管道匀为钢管，运行过程中受其他用户的影响，水量水压波动大，整个管道中形成不规则的漩流及脉冲，水中含有铁锈、菌藻残留物、固体颗粒及破碎矾花等杂质，为防止这些物质对超滤的机械污堵，超滤的预处理显得尤为重要。我公司超滤预处理有粗滤和精滤二部分，粗滤采用四套逆流高效过滤器，直径3000mm，单套产水210 T/H；精滤采用二套20缠绕式滤芯过滤器，单套产水160T/H。
2.1高效过滤器的运行管理
　　高效过滤器的运行大致可分为三个过程，运行初期滤层阻力小，截污能力大，进水自中心向四周形成速度梯度，配水难以均匀，严重时在过滤器内形成局部死角，特别是过滤器中空气没有排尽时该状况更加严重，给菌藻类滋生繁殖创造极有利条件；运行中期，随着纤维束中心区域截污量的增加，自四周向中心阻力增加，配水趋于均衡，产水量及水质稳定；运行末期，截污能力已尽极限，浅层纤维束已形成阻力极大的滤饼，进出口压差迅速增加，深层纤维束随时有被穿透的可能，出口水质趋势于恶化。
　　运行初期和末期的监控是运行管理的重点，运行初期要使进水均匀，余气排尽，在保证产水量的情况下将进水适当截流，使过滤器内水流速度差降至最低，消除过滤死角，防止菌藻类滋生繁殖，在运行过程中随着产水量的变化逐渐增加进水量；在运行末期，严格监测进出口压差及产水浊度，压差超过0。2MPa或浊度超过2FTU时，过滤器退出运行进行气水洗。另外，过滤器在运行过程中不得停运，以防滤层紊乱及搅动影响产水质量。
　　过滤器的日常清洗通过上进水下进气的方式对流冲洗，保持进气强度在60L/s﹒m³左右，使纤维束充分搅动，达到截留物彻底脱落的目的。同时在运行之初，缓慢升压，废水外排，直到产水合格后并入系统。
　　高效过滤器长期运行后，由于菌藻类滋生繁殖、胶体与纤维束的静电吸引、有机物的污染等因素，造成运行周期短，截污能力下降，水气洗后压降不明显，就需要进行化学清洗。我们采用3%NaOH、0.5%NaCLO混合液，加热到30℃，浸泡滤料24小时后进行气水合洗，至PH≤8时结束，清洗后产水还原率可达98%以上，截污容量大于10㎏/m³。
2.2精密过滤器的运行管理
　　精密过滤器中缠绕滤芯采用承插式安装，工作侧与产水侧由“O”型圈分隔，因过滤器直径小（600mm），进出水没有设置配水装置，结构简单。在过滤初期，要缓慢进水，排尽空气，防止形成过滤死角及水锤冲击破坏闭封圈，造成进出水短路；在运行过程中，严格监测进出水压差，当压差大于0。1MPa时，必须对滤芯进行更换，否则，会造成出水筛板变形，滤芯与孔板密封不严，进出水短路，产水水质恶化。更新滤芯后的首次投运，产水排放10～15分钟，防止线绒及检修残留物对超滤的污堵。
　　经过以上预处理后，超滤进水SDI在5左右，为超滤的稳定运行创造了良好的条件。

3. 超滤装置的运行管理和维护保养

3.1 超滤系统工艺装置情况
　　我公司超滤反渗透系统由武汉科梦发展有限公司设计调试，超滤采用一级一段部分循环连续式工艺流程，四组并联运行，浓水回流四组合一，单泵增压循环，每组挂超滤柱39支，单组产水76t/h，系统浓缩水排放8t/h。进水配置20μ过滤器二台及稳压调节门一台，以控制进水水质及进水压力。超滤反洗采用气水脉冲擦洗，配备反洗泵二台、空压机一台，反洗频率每二小时一次。超滤柱直径200mm，额定工作压力0.25MPa，产水量2t/h，滤膜为聚丙烯中空纤维膜，有良好的耐酸碱性和透气性能，截留分子量5000D，产水SDI≤3。另外，为使冬季超滤装置的正常制水，在总进水处安装表面式换热器一台，以提高水温（15℃—30℃），保证其产水量,同时，整个系统操作全部实行程控操作，劳动强度极低。
3.2运行参数和运行工况的调整及控制
3.2.1运行压力
　　超滤进水为清水泵出水，压力在0.55～0.65MPa，超过其运行压力，为此，在20μ后安装了一台JD745型多功能自动调压阀，使超滤进水压力在0.1～0.25MPa之间波动。根据聚丙烯膜的运行特性及原水水质状况，在一个化学清洗周期内（25天左右），在保证产水量300t/h的情况下，运行压力控制大致分为三个阶段，其曲线图如下：

3.2.2回流比
　　由于四组超滤浓水通过一台泵加压回流，并联运行，系统阻力各异，回流比难以控制。在总进水压力稳定后，通过调整各组浓水回流门控制单组回流比，在调整过程中各组运行工况相互干扰，很难保证四组回流比一致，一般控制在1：1～1：3范围，正是这种差异造成每过滤工况和过滤效果的差异，使四组膜通量不在同一均衡水平，因此，对并联系统而言，回流比的调整是涉及运行压力、产水量、膜通量、产水水质、清洗周期及运行效率的综合因素，其运行调整显得至关重要。
3.2.3 温度的控制
　　运行温度一般控制在15℃～30℃之间，冬季通过表面式换热器对进水加热，用温控测点控制蒸汽量，防止超滤运行和反洗过程中水压水量的波动使进水超温，损坏膜及组件。
3.2.4压力降
　　系统运行过程中，随着膜通量的下降及进水压力的调整，进水与产水压降、进水与浓水压降都在发生相应的变化，在运行及回流比的调整过程中，要密切注意这二个压降的变化，保证进水与产水压降小于0.17MPa，进水与浓水压降小于0.1MPa。在系统运行末期，在满足一个压降最大的情况下，任何一个超标就必须退出进行化学清洗。
3.2.5排污量
　　按设计要求，四组超滤连续排污量为8t/h。在实际运行过程中，需根据浓水状况对排污量进行调整，夏季一般控制在12t/h，冬季8t/h，如果发现浓水急剧恶化，采取强制气水反洗，以降低浓缩比，防止超滤膜的二次污染。
3.2.6气水反冲洗
　　超滤反洗每二小时一次，采从产水侧进压缩空气脉冲后，开启反洗泵用成品水大流量清洗，自进水侧外排。其运行管理主要有压缩气压和反洗时间的控制和调整。反洗前要密切注意空压机及稳压阀的运行状况，保证空压在0.22MPa左右，防止超压损坏膜元件；成品水反洗时间随季节、水温、进水水质状况及化学清洗周期等因素进行调整，一般控制在30s～120s的范围，以提高设备效率，降低水耗。
3.3操作管理及注意事项
　　超滤的操作管理要达到二个目的：一是保护膜及膜元件免受损害，延长其使用寿命；二是监控调整好超滤的运行参数，使膜元件在正常工况下运行，保证使用效率及产水质量。
3.3.1 超滤启动前的准备
　　启动前要确认操作系统及PLC控制系统在初始状态，防止误动；对系统管阀、电气、仪表设备进行全面检查，各组超滤回流排水门、系统排污门处于开启状态，防止运行之初水锤冲击，损坏膜装置；对进水水质状况及工艺状况进行检测和调整，使之符合超滤进水要求。
3.3.2系统的启动
　　四组超滤逐组点击启动，系统中余气排尽后，启动回流泵，关回流排水门，缓慢调整回流出口门，进行运行压力、流量、回流比、排污量的调整，使运行参数在额定范围内。
3.3.3运行过程管理
　　在运行过程中要对运行压力、压力降、回流比、排污量、水温等参数的持续调整、监控和记录；定时分析记录进水、产水质量，防止水质恶化。特别要注意气水洗过程中阀位的动作、反馈信号、压缩气压、水洗压力是否正常，防止超压对装置的损坏。
3.3.4停运及保护
　　系统停运前先开启回流排水门，停止回流泵使系统压力降至最低后逐组点击，气水反洗后退出运行，此时，装置内必须充满水，防止滤膜脱水变于失效。短时间停运，每天运行一小时左右，用新鲜水置换出元件内存留的水；长时间停运（7天以上），要向装置内注入保护液（1%的甲醛水溶液），防止细菌滋生繁殖。

4.超滤系统杀菌和化学清洗

4.1化学清洗系统配置
　　超滤和反渗透共用一套可移动式化学清洗装置，由清洗药箱（4m³）、清洗泵（Q30t/h、H30mH₂O）、精密过滤器及相关管阀表计组成。超滤清洗时精密过滤器安装20μ滤芯，运行压差不超过0.1MPa，否则，会制约清洗流量，影响清洗效果；反渗透清洗时安装5μ滤芯，以保证清洗液的质量。
4.2系统杀菌
　　系统杀菌有二种模式，原水在供排水车间加氯后送至超滤系统进行连续杀菌，运行过程中每四小时分析余氯含量，保证超滤进水余氯在0.3～0.5mg/L，但进反渗透前彻底还原，防止强氧化剂对反渗透膜的损伤；间断杀菌每周进行一次，配制3%的1227杀菌剂通过化学清洗装置在超滤组件中循环0.5小时后浸泡3～5小时，单组用量2t/h，之后用成品水清洗合格，投入运行。
4.3化学清洗液的配制
　　清洗液的组份随季节水质变化侧重点不同，夏秋丰水季，原水浊度较大，混凝澄清效果显著，胶体的除去率高，但菌藻类物质聚结迅速，活性好，滋生旺盛，繁殖周期短，清洗主要以杀菌为主，一般采取如下配方： 0。5% HCl循环清洗,水洗合格后，用1%NaOH，NaClO400ppm混合液，加温35℃，循环1小时，浸泡4小时，每组用量2t/h左右；冬春枯水期，河水浊度低，温度低，矾花聚结困难，不利除胶，清洗主要以胶体脱稳为主，清洗液配制如下：1% HCl循环清洗,水洗合格后，用3% NaOH和200ppm NaClO的混合液，加温至35℃，循环1小时，浸泡4小时，每组用量也在2t/h左右。
4.4清洗方式及注意事项：
　　为保证产水平衡，5～7天选取一组轮流进行化学清洗，在清洗液循环过程中，要检查该组阀门的密闭情况，并注意超滤产水电导率的变化，如果产水电导率急剧上升，说明清洗液串入运行系统，要迅速处理，防止强氧化剂进入反渗透系统，损坏渗透膜。在超滤膜浸泡过程中，组件内会产生大量气泡，为防止系统憋压破坏膜元件，要适当开启放空门。
　　清洗液排空后水洗分二个步骤：首先开启回流排放门、进水侧排放门，启动反洗泵，大流量的成品水从产水侧进入，从膜元件二端排出，直到水清为止；然后，开启回流排放门及进水门用进水等压清洗，直至水清，必要时分析排水PH值，与进水一致后投入运行。

5.结束

　　反渗透系统运行一年多来，工况极其稳定，其间进行了一次化学清洗，通过对清洗废液的分析，Ca⁺、Mg⁺的含量在98%以上，胶体及其他污染物微乎其微。总之，在膜法大规模处理地表水方面，超滤作为反渗透的预处理具有适应水质范围广、产水质量高、运行成本低、系统运行稳定等特点，发挥超滤的最大运行效率，最大限度地降低其机械和化学损伤，延长超滤膜的使用寿命，给反渗透的安全稳定运行创造有利条件，这是搞好其运行管理的根本。

参考文献

(1)《反渗透-膜技术.水化学和工业应用》 化学工业出版社 1999.9　作者: 美国 Zahid.Amjad
(2)《膜技术手册》 化学工业出版社 2001.1　时钧　袁权 高从堦 主编
(3)《膜分离技术应用手册》化学工业出版社 2001.2 刘茉娥 主编
(4)《膜工艺-组件和装置设计基础》 化学工业出版社 1998.5 作者: 德国 R Rautenbach