天津市华博水务有限公司300040
摘要：对某热电厂锅炉补给水处理系统超滤膜污染物进行分析，确定其主要成份为有机物、泥沙和铁等。确定化学清洗方案后对4套超滤进行在线清洗。清洗后进出水压差恢复至0.02MPa，产水量达到105m3/h，清洗效果良好。从系统设备和运行操作两方面分析超滤膜污染的原因并提出改进建议。
关键词：热电厂；超滤膜；化学清洗
一、超滤原理
超滤是一种加压膜分离技术，带有一定压力的水在超滤膜表面流动时，水分子、无机盐及小分子有机物可以透过滤膜达到超滤膜的另一侧，而水中携带的悬浮物、胶体、微生物以及金属氧化物等颗粒性杂质则被超滤膜截留，从而使水得到净化。
二、某热电厂超滤简介
某热电厂2×350MW机组锅炉补给水处理超滤系统设备采用美国KOCH公司生产的中空纤维内压式V8072-35-PMC型超滤膜，单套超滤设备配备24支超滤膜元件，制水量120t/h。该超滤系统设备投运2年间，进行三次在线化学清洗。
三、污染物的确定
3.1表面污染物特征
1）超滤膜端盖膜壳内部附着一层砖红色物质，壳内充满土黄色细粉状粘性物质；2）超滤膜丝顶部表面被粘稠状物质包裹，部分超滤膜丝堵塞，膜丝内孔径较初始状态缩小30%-40%，将粘稠污染物取出进行浸泡处理，酸碱条件下均不溶解；
3.2化学清洗反洗水样分析
结合超滤膜表面污染物及水源情况，对超滤膜进行加碱预冲洗，并收集一次反洗出水水样和二次反洗出水水样，与冲洗母液进行对比，结其中母液为无色溶液，第一次反洗水样溶液并呈砖红色，且沉淀物较多，第二次反洗水样依然呈砖红色，但沉淀物相对较少。
取反洗水样，依据DL/T502.25-2006《全铁的测定磺基水杨酸分光光度法》进行全铁分析，一次反洗水样含铁59mg/L，二次反洗水样含铁9.8mg/L。
收集一次反洗水水样中沉淀物（简称沉淀物）进行分析，沉淀物110℃烘干失重87.32%，烘干物550℃灼烧失重54.14%，550-950℃失重2.30%，依据DL/T502.23-2006《化学耗氧量的测定重铬酸钾法》对沉淀物中有机物进行定性分析，结果为45.7mg/L。
根据超滤膜端盖中红色物质红色、加碱预冲洗水样全铁含量检测结果，表明超滤膜污染物中铁含量较高；灼烧结果显示污染物中含有部分有机物；虽未进行沉淀物全硅测定，但通过超滤膜端盖中粘性物质判断，污染物中含有一定量的泥沙。综合分析确定，超滤污染物主要由铁胶体、微生物及其代谢粘泥和部分泥沙组成。
四、超滤膜的化学清洗
4.1清洗方案
根据污染物的分析结果，结合车间实际情况，确定了碱洗-杀菌-酸洗-碱洗的在线化学清洗技术方案。
4.1超滤膜在线清洗
首先对污染较严重的1号超滤装置进行清洗，然后依次清洗其他三套超滤设备，最后再次清洗1号超滤。所使用的清洗剂包括TPY-1001、TPY-1002、ARMS-C100、ARMS-C150、TPY-886及盐酸、氢氧化钠等辅助药剂。在清洗过程中，为保证超滤膜元件安全，操作压力均保持在0.12MPa以下；当回流清洗液颜色迅速变化或pH值在10分钟内变化量超过0.5，将清洗液排掉并重新配制。
碱洗：利用碱性清洗剂TPY-1002、ARMS-C150，配制成质量浓度2-2.5%的清洗液，使用氢氧化钠调节pH值；清洗过程包括循环清洗和反冲洗；清洗时控制清洗液温度35℃，pH值在11～12范围内。
杀菌：使用膜专用非氧化杀菌剂TPY886进行杀菌，清洗时控制pH值在7以下；由于细菌微生物对水处理系统的污染最难清理，清洗方式采用循环清洗加浸泡。杀菌时清洗液温度控制在30℃，循环时间24小时。杀菌操作结束后将超滤膜冲洗至出水为中性。
酸洗：使用酸性清洗剂TPY-1001、ARMS-C100，配制质量浓度3～4%的清洗液；使用盐酸调节清洗液pH值；清洗过程包括循环清洗和反冲洗。控制清洗液温度为30℃，pH值在2～2.5范围内。
在超滤膜清洗过程中，每套设备在经过碱洗、杀菌、酸洗等步骤时，清洗液颜色在循环10分钟后都发生巨大变化，pH值变化超过2-3。碱洗循环时清洗液颜色变成深褐色；清洗液变粘稠；清洗液泡沫呈黑黄，粘性强。杀菌循环时，清洗液散发出刺鼻腥臭味。酸洗循环时清洗液变成褐色，pH值持续变化。每套超滤设备膜清洗时，单步均需更换2～3次清洗液，清洗流程需重复3次以上，才能使清洗液颜色、PH值不再变化。
4.3化学清洗效果
对四套超滤设备进行在线化学清洗后，每套超滤的产水量由45-50mm3/h增加至105～110mm3/h：进出水压差降至0.02MPa左右，出水浊度0.02NTU，各项指标基本达到超滤膜设计值。超滤膜化学清洗前后数据。
五、超滤膜污染原因分析
经分析确定超滤膜污染物包括铁胶体、微生物及其代谢物和泥沙等，属于多种物质混合交叉污染，污染严重。
5.1污染物来源
该热电厂以城市中水为主要水源，通过中水处理系统加聚铁等进行处理后，一部分用于循环水补充水，另一部分做锅炉补给水水源。超滤膜污染物中铁的来源有两个：1、由于超滤装置距中水处理车间约300m，连接管道材质为碳钢管且无任何防腐措施，管道腐蚀产物随超滤进水进入超滤膜：2、中水处理系统使用聚铁做絮凝剂，而超滤前无精密过滤器，导致聚铁在超滤膜中聚集。
5.2设备条件
1、超滤设备预处理能力不足。超滤设备前预处理仅有两台碟片式自清洗过滤器，对大颗粒有拦截效果，但若碟片间卡入泥沙颗粒，自清洗过滤器效果会大大降低。导致超滤来水中泥沙颗粒进入超滤膜造成污染。
2、现场存在阀门内漏现象。中水处理系统发生过因阀门内漏导致脱泥机废水经冲洗管道进入清水池，严重污染超滤膜。
3、超滤设备加药系统存在缺陷。超滤设备设计运行十个反洗周期进行化学加药加强反洗，但因种种原因加药系统无法使用，致使超滤未进行化学加药加强反洗，同时无法向超滤加入杀菌剂。
4、超滤系统进出水均缺少在线监测，对超滤进水水质缺乏监测，来水水质异常变化，无法及时发现，易增加超滤膜运行压力，加速超滤膜污染。
5.3运行操作
1、超滤进水水质波动。超滤使用中水处理系统出水，机械搅拌澄清池调整不当易导致中水出水水质出现大范围波动，甚至出现翻池现象。中水系统使用聚铁等药剂，加入量偏大造成铁胶体在超滤膜表面沉积。
2、超滤进水水质监督缺失。现场仅在超滤投运前检测水质，在超滤运行中水质缺乏监督。
3、超滤杀菌监测不到位。超滤入口投加杀菌剂系统未投运，仅在中水出水投加二氧化氯杀生剂，但具体杀菌灭藻效果没有监测。从凉水塔池内藻类情况可判定杀菌效果不理想，是超滤膜有机物污染的主要原因。
六、超滤膜污染的防控措施
6.1选择合适的膜组件
根据电厂产水特点，多选择结构紧凑的中空纤维超滤膜组件，其具有单位体积内膜的填装密度高，比表面积大，料液流动状态好，浓差极化倾向易于控制，能耗较低，投资费用相对较低的特点。中空纤维膜有单皮层和双皮层两种，目前单皮层好于双皮层中空纤维膜，单皮层空纤维膜外表面孔径比内表面孔径大几个数量级，透过内表面孔的大分子不会被外表面孔截留，因而抗污染能力强。
6.2提高原水品质
原水在进入超滤前应进行足够时间的混合、絮凝、沉淀等预处理，以提高原水品质，减少污染物进入超滤膜。在采用超滤用水的试验中，还发现在超滤前使用混凝可以提高渗透通量和延缓膜通量降低；在使用高锰酸盐和氯预处理对控制藻类污染的研究中发现，联合使用高锰酸盐和氯可以减少超滤膜污染的速率。
6.3优化操作条件
在膜运行过程中采取一定的操作策略，如在中空纤维超滤膜制水中采用连续切向空气流，在膜表面产生气/液两相流，可产生高剪切力和流体不稳定性，以阻止颗粒物在膜表面上沉积，即使在很低气速下超滤通量也明显提高空气喷射使滤胶层膨松。而使通量增加，极限气速下通量可增加150%，对氟聚物膜表面做垂直作用电场试验时，发现膜通量大大提高，在高pH值下，通量甚至超过纯水，随着场强的增加透过量也增加；此外，利用超声波照射膜组件可提高膜的透过性能。
结束语
1、超滤膜受到铁胶体、微生物及其代谢产物和有机物污染后，采用制定的化学清洗方案对4套超滤进行清洗，清洗后运行数据基本达到设计值，清洗效果良好。
2、超滤膜是一种精密的过滤工具，需要严格控制进水水质。超滤前预处理应增加过滤精度5-10μm的过滤器保护超滤：增加在线浊度仪，实时监测超滤进水浊度小于2NTU；严格执行操作规程，控制超滤运行各项指标。
3、应对超滤来水及超滤膜进行连续杀菌处理，防止微生物在其表面滋生繁殖，污堵超滤膜孔，影响制水并增加清洗难度。
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