外压式超滤膜在中水回用中的应用与维护

王 淼 王 伟 孟雅文 任立纲

(安阳钢铁股份有限公司)

外压式超滤膜在中水回用中的应用与维护

王 淼 王 伟 孟雅文 任立纲

(安阳钢铁股份有限公司)

以某钢铁公司高炉鼓风机站配套的除盐水站工程为例，对外压式超滤膜水源是中水和净化水的运行情况对比，以及运行中常见的问题分析与处理。经过反洗周期的调整与化学清洗药剂的改进，超滤设备运行周期得到延长，超滤化学清洗达到效果。

外压式超滤膜 中水 化学清洗

0 引言

某高炉脱盐水站是为高炉鼓风机站配套的化学水处理站所，设计工艺为超滤+反渗透+混床双膜法处理工艺(如图1所示)。水源为勾兑了大量中水的地表水，中水约占70%。超滤系统采用聚偏佛乙烯(PVDF)材质的外压式中空纤维超滤膜，自2008年底投运，已运行使用八年, 其主要参数如下：共4套超滤装置，每套超滤装置有24支膜，膜丝内径为0.6 mm，外径1.1 mm；膜表面积40 m2，额定产水量35 m3/h，运行方式开三备一，采用错流过滤运行方式，运行周期和化学清洗周期根据来源水水质情况，一般为2～3个月进行一次化学清洗，超滤产水SDI始终保持在<3，运行较稳定。笔者就采用回用的中水作为水源时，超滤系统日常的运行与维护情况进行分析与介绍。

1 超滤设备在生产运行中存在问题

超滤系统广泛应用水净化领域、溶液分离、浓缩以及废水再利用方面。主要作用是去除细菌和大多数病毒、胶体、悬浮物、粘泥、蛋白质、大分子有机物等；具有自动化程度高，设备占地面积小，能耗小，纯物理过滤分离后保持原产品性质，运行费用低等特点，作为反渗透预处理可以减少反渗透运行成本，降低运行费用。超滤膜去除的胶体、粘泥、藻类等物质很多积存在超滤膜表面，造成系统产水量减少，出水水质差，化学清洗频繁。而采用中水作为水源时，由于水质较差，污染方面的问题更为严重。

图1 系统工艺流程

2 问题分析

本系统设计超滤进水水源为地表水处理后的净化水，而后由于公司水资源重复利用，把超滤来源水改为净化水和中水勾兑水。各项水质指标远远超出当初设计值，给超滤运行带来诸多问题。例如有机物和微生物的污染，长时间的运行在膜表面的浓差极化现象[1]和超滤膜筛分原理使污染物在膜表面形成沉积和堵塞现象，当污染物沉积到一定程度时造成超滤产水量的下降、跨膜压差增高。

净化水与中水的水质对比见表1。

表1 净化水与中水水质指标

从表1可以看出，中水的溶解固形物、电导、铁铝氧化物等指标都远远超出净化水，这些指标正是造成超滤污堵的重要因素。

另外，由于超滤设备自动运行和安全设计的要求，单套超滤机组上由PLC控制的气动阀门多达14个，而且每个阀门在超滤运行周期结束后都将进行一次开关动作。超滤在满负荷运行，运行周期为30 min情况下，超滤上的每个阀门每天开关48次，一个月1 440次。频繁动作很容易造成阀门出现故障，影响超滤稳定运行。

3 采取的措施

来源水使用中水以来，预处理设备运行负担增大。超滤化学清洗周期大大缩短，严重时一个月内需要进行两次化学清洗，这对正常的生产造成了威胁。而造成超滤污堵快的原因，主要是来源水中悬浮物和有机物超标，过多的污染物附着在超滤膜表面上，集中表现为产水量降低，跨膜压差增大。超滤化学清洗前后指标对比见表2。

表2 超滤化学清洗前后指标

从表2可以看出，每次化学清洗后超滤产水量和跨膜压差都有很好的恢复，但是频繁的化学清洗加重了职工的劳动强度和药品消耗，而且每台超滤化学清洗时间一般为5～10 h，在化学清洗过程中经常由于超滤产水量不够，对反渗透正常生产造成影响。为解决此问题，经过认真分析讨论，现场试验，我们采取了以下措施，调整运行、反洗方式、时间等。

3.1 超滤反洗数据调整，对于实际运行效果

调整反洗周期，超滤设计运行周期每20 min～50 min进行反洗，步骤有：(1)气水混合洗1 min；(2)水反洗加氧化剂1 min；(3)排空20 s[2]。原来反洗周期时间为30 min反洗一次，气水混合洗1 min、水反洗1 min、排空20 s。现在调整为：反洗周期时间为20 min，步骤不变。

缩短反洗周期，增加反洗次数，可以有效的减少污染物附着膜表面的机会。但运行一段时间后发现，由于缩短了超滤反洗周期，增加了反洗次数，造成超滤机组产水量的不足。为了找出反洗和产水量之间解决办法，我们又经过试验，调整汽水混合洗和水反洗时间，缩短为40 s。这样，既能保证超滤产水量又可以有效的阻止污染物附着在膜表面。然后在超滤停机后再进行手动反洗数遍，更可以减少超滤机组在停机期间，微生物在超滤膜滋生。经过一年多的运行，效果良好。

1-工作阀 2-清洗阀 3-回流阀 4-清洗箱补水阀 5-排阀 6-下排阀 7-进气阀 8-大反洗阀 9-小反洗阀 10-反清水箱补水阀 11-产水阀 12-放空阀

3.2 调整清洗药剂配比，提高化学清洗效果

超滤装置的化学清洗是非常重要的环节，每次化学清洗效果的好坏直接影响超滤的正常运行。而药品又是影响清洗的最主要因素；在清洗药品选择和用量上既要保证清洗效果又要保证最少用量，减少每次化学清洗对超滤膜的伤害。经过我们认真摸索与试验，我们总结出了一些经验。每次化学清洗前，应根据超滤膜污染的情况和污染物质类型来确定药剂类型、配比和具体清洗时间。对有机物、胶体和藻类污染，我们使用药剂为氢氧化钠+次氯酸钠，其中次氯酸钠一般不超过5 000 ppm，氢氧化钠一般不超过3 000 ppm。对于无机盐和铁污染，使用的是盐酸+草酸或者柠檬酸进行清洗。另外，在化学清洗步骤上利用聚偏氟乙烯(PVDF)材质超滤膜丝韧性好(具有强伸展特性)的特点，反复进行气流冲洗与清洗药剂配合的化学清洗，将压缩空气流量控制在每根膜组件2 m3·h-1以下，时间为1 min ～2 min，化学清洗回水明显带有污物洗出，证明在化学清洗过程中增加小流量气洗可以提高化学清洗效果。

4 改进后的效果

经过我们对超滤在中水中的运行情况和数据的分析，进行了超滤设备的运行步骤的改进，延长了超滤设备的运行周期，并根据水质情况及时调整运行数据减少资源的浪费。 优化超滤化学清洗方法针对不同的污染情况使用不同药剂、药量，利用设备材质特性修改清洗方法收到了很好清洗效果，有力的保证了超滤设备长周期稳定运行。

5 结束语

虽然来源水为中水，各种水质指标远超设计值，但只要认真分析探讨，总结合理的运行方式和使用正确的清洗方案，也能保证超滤机组稳定运行，保证反渗透系统对水质水量的要求。

[1] 严煦世,范瑾初.给水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1999:449。

[2] 马世虎.天津膜天超滤膜使用手册[EB/OL].https://wenku.baidu.com/view/91c08468a45177232f60a2e8.html,2011/2016.

THE APPLICATION AND MAINTENANCE OF OUTSIDE-IN ULTRAFILTRATION (UF) MEMBRANE IN WASTE-WATER REUSE

Wang Miao Wang Wei Meng Yawen Ren Ligang

(Anyang Iron and Steel stock Co.,Ltd)

Taking a blast furnace blower station with desalted water station in a steel company as an example, the paper analyzes the operation situation of outside-in ultra-filtration membrane for water source, the comparison of the operation of waste-water reuse and purified water, and the analysis and treatment of common problems in operation.

outside-in ultrafiltration (UF) membrane waste-water reuse

，助理工程师，河南.安阳(455000)，安阳钢铁股份有限公司污水处理公司；

2017—1—7