浅谈超滤化学清洗
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摘要：超滤在运行一段时间后，料液中的颗粒、胶体或大分子溶质通过物理吸附、化学作用或机械截留在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔堵塞，需要通过物理或化学手段进行清洗，以恢复膜透过通量和分离特性。本文通过一则实例，浅谈超滤化学清洗步骤和控制条件。
关键词：超滤；污堵；化学清洗；清洗步骤；控制条件
超滤由于出水水质稳定、能耗低、过滤精度广、占地面积小等优势，在水处理方面得到了越来越多的应用。由于它的分离机理主要是靠物理的筛分作用，无论是死端（全量）过滤还是错流过滤，料液中的颗粒、胶体或大分子溶质通过物理吸附、化学作用或机械截留在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔堵塞，造成膜通量和出水水质变化。通过定期反洗、气擦、CEB等方法可延缓膜表面的污堵，但随着运行时间的延长，膜表面依然会形成污堵层，此时伴随着跨膜压差增大、膜透过通量减少、出水水质恶化等现象，若不及时进行化学清洗，对膜的使用寿命和分离特性会有一定的损害。膜表面重度污染还会导致膜清洗困难，因为药剂很难渗到膜表面并带走污染物。
超滤膜污染主要有：无机物结构污染、胶体微粒污染、微生物污染、有机物污染。引起污染的原因主要有：膜材质和膜结构采用不当、预处理不完善或不正常、进水水质变化、细菌滋生、操作不当、长周期运行、反洗或CEB控制不当等。
1.超滤运行状况
我装置采用海南立升公司LH3-1060-V膜组件，设计通量2.4-3.6t/h，每组42支膜组件，共三组膜装置，每组设计流量为94t/h，三组膜装置设计流量为280t/h，膜元件采用内压式中空纤维管，运行方式为死端（全量）过滤，水源水采用黄河水处理的自来水，2017年水质条件为：
运行流程：自来水经150μm自刷式过滤器，进入超滤装置，超滤反洗水使用超滤产水。
系统自2016年11月15日开始运行，运行初始跨膜压差为0.008MPa，初始运行压力为小于0.1MPa，自动反洗周期定为30分钟，反洗流量280t/h，维护性化学清洗周期定为7天，采用浓度为500mg/L的次氯酸钠溶液清洗，到2017年7月14日，跨膜压差到达到0.108MPa，当一组膜装置反洗时，跨膜压差达到0.159MPa，运行周期8个月，决定对膜装置进行化学清洗。
2 超滤化学清洗
在超滤化学清洗前，应对污染物的种类进行分析，从而选择合适的清洗配方。若选择错误的药剂配方或方法，有时会使情况恶化。检查方法最直观的就是对超滤反洗排出物、膜端面的污染物进行分析，也可通过以往的清洗记录和水质全分析数据进行分析所得。
我装置根據水质判断，且反洗时带出黄褐色悬浮物，认为有机物、胶体物质污堵的可能性大，不排除细菌滋生，因此决定对超滤首先进行碱洗和次氯酸钠共同清洗。
第一步：对超滤进行彻底反洗。利用超滤反洗水（超滤产水），流量控制在280t/h，清洗15分钟，直到反洗排出液无明显悬浮物。由于我装置使用内压式膜组件，不能进行气擦洗。
第二步：计算碱洗和次氯酸钠清洗液浓度。由于需要清洗液对超滤打循环，因此需要计算超滤及附属管线水容积，经计算需清洗液2m3，核计清洗罐液位在0.8m。配置清洗液首先要注意选用水源，应选用超滤产水或更高品质的水，有利于清洗彻底，我装置采用超滤产水作为药液配制水。其次注意清洗液浓度的选择，适当提高清洗液浓度，有利于改变清洗反应的平衡，加快清洗反应，增加清洗剂向污垢层内部的渗透力，获得较好的清洗效果。
第三步：药液循环。首先注意药液的清洗流量。提高流量可提高药液在膜表面的流速，提高清洗效果，过高的流速必然导致清洗压力升高，超过厂家的规定值会导致膜元件压密受损。清洗步骤首先进行产水循环，既清洗药液从进水端进入，从产水段回到清洗罐，然后进行浓水侧循环，清洗药液从进水端进入，从浓水侧回到清洗罐。其次，注意清洗时间。清洗时间长，可提高清洗效果，但对于一些附着力强的污染物，延长清洗时间对清洗效果影响不大，且会造成能耗增加。
第四步：冲洗。在碱洗结束后，对膜组件及清洗罐进行冲洗，目的是将膜组件和清洗罐内残余药液清洗干净，冲洗至pH值接近或等于冲洗水。冲洗水可采用超滤产水也可采用超滤进水。我装置采用超滤进水，冲洗时间为30分钟。
第五步：酸洗。酸洗的步骤如同碱洗。超滤主要去除水中悬浮物、胶体物质和微生物以及大分子物质，一般结垢倾向不严重，但由于存在浓差极化，当水中Fe、Mn的含量超标或水中硬度过大时，也会造成垢类或金属氧化物沉积，此时应对膜进行酸洗。当酸洗药液循环后，药液呈红色，说明存在Fe污染，若药液表面出现气泡，则表明膜表面有垢类沉积。我装置依据进水水质，认为无机物结垢和Fe污染的可能性不大，但仍配置了0.5%的盐酸（pH=2）的酸洗药液对超滤进行酸洗，效果不明显。
3 效果验证
清洗后投运超滤，跨膜压差降至0.01MPa，进水压力小于0.1MPa。
4 结论
（1）许多资料对超滤化学清洗药液浓度都有所阐述，就NaOH和HCl清洗来讲，应在pH值允许的范围内取大值；
（2）碱洗与次氯酸钠清洗有加成作用，清洗效果良好；
（3）有些资料上提及使用螯合剂和表面活性剂进行清洗，应该根据进水水质和污染物类型适当选择，一般地表水体可采用碱洗、氧化剂清洗和酸洗；
（4）我装置超滤污染主要是胶体污染和有机物污染。
参考文献
[1]丁桓如，吴春华，龚云峰等 《工业用水处理工程》北京：清华大学出版社，2014
（作者单位：石化总厂）
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