膜处理技术的应用管理

刘亚丹

(神东煤炭集团，陕西神木 719315)

0 引言

膜分离技术是在20世纪30年代开始兴起的一种分离技术，其技术核心就是选择透过性的薄膜，并给予相应动力推动溶液中的溶质和溶质、溶质和溶剂(水)分离，从而表现出提纯、浓缩和净化的效果。它不仅能连续去除水中85%～90%的二价无机盐离子，还能去除水中几乎全部的有机物、细菌、热源、病毒、微粒等。具有较高的除盐能力同时又保留了水中部分矿物质(保留30%一价离子)，使饮用水具有营养矿物质。为了满足矿区用水需求，神东公司将井下采空区矿井清水作为主要水源，补入生活饮用水处理系统。井下水中氟化物、硫酸盐含量均高于国家生活饮用水水源水质标准，利用传统水处理工艺，即絮凝、沉淀、过滤、消毒，无法将超标的离子物质去除。为保证矿区的饮用水安全，公司采用了水处理系统设备中应用最广泛的膜分离水处理技术设备——膜过滤(纳滤)。根据膜的分离特点并结合神东公司10座直饮水站的运行管理，文中对当前膜处理技术中的应用进行了详细说明。

1 膜元件的安装与拆卸

1．1 膜元件安装

膜元件的安装有以下注意事项，见表1。若不严格遵守这些事项可能会对膜元件或操作人员造成不同程度的伤害，不能充分发挥膜元件性能或导致人员受伤。

表1 膜元件安装注意事项

1．2 膜元件安装前准备

冲洗系统管路:如果系统是全新的，在安装膜之前需充分冲洗系统管路，以避免碎片、溶剂、余氯等与膜元件接触。

清洗压力容器:在安装膜元件之前需清洁压力容器的内部，防止污垢或碎片沉积在膜元件外表面。建议用海绵球浸入50%的甘油溶液后，在膜壳内部来回擦洗，将膜壳内壁清洁干净。在清洁过程中，请注意不要让工具划伤膜壳表面。

1．3 膜元件的安装顺序

将膜元件务必安装在其对应压力容器中。①通常将膜元件置于1%浓度的亚硫酸氢钠溶液中保存，首先应用清水充分冲洗;②膜元件的给水侧有一个给水密封圈、注意密封圈的安装方向是口朝上游张开。浓水密封圈的功能是保证原水全部流到膜元件内不发生旁流。原水自身流速会使浓水密封圈的开口朝压力容器内壁紧压密封。若密封圈的安装方向相反，原水不能密闭，造成一部分原水流到膜元件外侧，使膜表面流速降低，导致产生结构，从而缩短膜的使用寿命;③确认O型圈安装在连接配件制定位置上，要注意O型圈及连接件表面没有划伤及附属物;注意不要将O型圈扭曲安装;若连接件发生泄漏，原水就会进入到产水中，会导致产水水质下降;安装在集水管上时，O型圈和集水管的表面用纯水、蒸馏水或甘油沾湿以便安装;④卸下压力容器两侧的端板安装膜元件，将适配器安装在第一支膜元件的集水管浓水侧(下游)，然后将膜元件沿原水水流方向推进，装入压力容器内;数支膜元件连续安装时，前一支膜元件完全进入膜壳之前，就要准备下一支膜元件与连接件连接，同时要注意不要让膜元件与压力容器边缘接触，以防产生擦伤，尽量平衡推入压力容器中;⑤确认压力容器的适配器连接后，将浓水侧端板与膜壳连接;⑥完成浓水侧端板的安装后，应再次从进水侧向浓水侧推动膜元件，保证其完全紧密连接。然后再进行进水侧端板的安装，安装进水侧端板时应注意测量端板与适配器的间隙。如果有间隙，安装内径大于适配器外径的厚度1/4″～1/8″的塑料垫片，直至使端板不能安全安装到位，此时取下一支垫片后再安装好端板即可。

1．4 膜元件的拆卸

膜元件的拆卸按以下步骤进行，①拆下压力容器周围的管道，卸下压力容器两端的端板;②从原水入口处将膜元件朝下游推出，在浓水出口侧将膜元件一支接一支地取出，膜元件推出时请不要使用坚硬的工具;③膜元件的保护方法见表2，若不严格遵守，可能会导致膜性能发生变化，应十分注意。

2 系统的运行及停止

2．1 初始运行前需确认事项

保安过滤器(＜5 μm):为防止金属屑、异物、沙子和纤维等物质进入膜元件内，在原水泵后安装保安过滤器(＜5 μm)。开始运行前，请确认滤芯已正确安装。

表2 膜元件保护

进水的SDI15值:进水的SDI15值要做到5．0以下。要定期检测SDI15值，发现超过正常值后要修正预处理的配置和运行参数。

进水的残余氯:通常要求运行时进水的余氯含量为0 mg/L。进水中残余氯浓度超出此要求会造成膜元件脱盐率下降。若进水中有残余氯，请用亚硫酸钠(SBS)中和。若残余氯量为1 mg/L时，对应则需要 SBS1．8 ～3 mg/L。

2．2 系统的日常启动

阀门开启:全部开启浓水及产水阀门。

膜系统的冲洗:供水时以低压、低流量的给水排出残留在膜元件及压力容器中的空气。给水泵启动后慢慢打开给水阀门调节流量。浓水管出口或流量计处不再有气泡冒出时将流量升高，冲洗30 min左右。在冲洗过程中检查阀门管道是否有泄漏。冲洗过程中浓水及产水应全部排放。冲洗过程中不要添加阻垢剂等药品。压力应＜0．3 MPa。

单支膜元件的浓水排放量:8英寸(8040)膜元件为7．2% ～12 m3/h;4英寸(4040)膜元件为1．8% ～2．5 m3/h。

流量:高压泵启动前，通过调节高压泵和膜系统间的阀门控制好流量，否则瞬间的高流量和高压力可能会损伤膜元件。

升压速度:启动高压泵后必须使升压速度在任何时候不能超过0．07 MPa/s。压力上升过快可能会导致膜元件机械损伤，包括轴向压力过大使膜元件产生望远镜现象，或导致FRP裂纹甚至严重到破损。将给水阀门缓慢开启，使浓水流量达到设计值。

阀门操作:一边调节高压泵出口的给水阀门，一边慢慢关小浓水阀门。在保持浓水流量的同时，要注意产水流量的上升，并随时调节使其达到设计产水量添加阻垢剂等药品的泵要在关小浓水阀门的同时开启，确认添加药品流速并测定进水pH值。

水质测定:一小时连续运行后测定产水电导率、分析水质，并将产水引入产品水箱。

记录:记录运行相关数据。

2．3 系统的停止运行

停止高压泵:如果高压泵采用变频控制，可使高压泵逐渐减速至停止。

冲洗:浓水侧阀门全部打开，并确认产水阀门也全部打开。启动冲洗水泵，调节冲洗阀门至合适冲洗流量，运行5～15 min冲洗。

停止冲洗:停止冲洗水泵，关闭各阀门。

2．4 注意事项

流量和压力:启动和停止时，流量和压力会有波动。过大流量和压力波动可能导致膜元件破裂。故在启动和停止操作时需要缓慢增加或降低压力和流量，升、降压速度不应超过0．07 MPa/s。

残余氯:给水中的残余氯必须为0 mg/L时设备才能运行。给水中残余氯会破坏膜元件的分离皮层，所以必须用SBS来中和。

产水侧压力(背压):产水侧压力高于给水侧压力0．05 MPa以上时，膜片会受到物理损伤。背压通常发生在纳滤设备阀门开闭的瞬间。例如，系统停止运行时，关闭原水泵前，产水侧阀门还在关闭状态时通常会发生背压现象。充分确认阀门的开和关压力的变动，保证运行过程杜绝背压现象发生。产水管道若高于膜架中最下部膜壳5 m以上时，系统停止时产水侧的静压头(0．05 MPa)会从产水侧施力给进水侧，即发生背压现象，导致膜受到伤害。

3 膜系统的管理

3．1 膜系统预处理的管理

主要设备:原水提升泵、反冲洗提升泵、机械过滤器、活性炭过滤器、絮凝剂加药装置、阻垢剂加药装置。

主要作用:①防止后序纳滤膜面结垢(包括Ca-CO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、铁铝氧化物等);②防止胶体物质及悬浮物固体微粒污堵;③防止有机物质的污染;④防止微生物污堵;⑤防止氧化性物质对后工序纳滤膜的氧化;⑥保持后序膜过滤装置产水连续长期稳定;⑦使原水进步净化，确保最终产水符合国家相关规定;⑧作为纯水系统的(初)预处理，保障整个系统的长期安全连续稳定运行。

产水水质:可以达到，浊度≤1°;污染指数SDI≤4;余氯0 mg/L。

运行管理:预处理做的不充分时会影响到膜系统的运行。因此，每天的运行管理十分重要。监测预处理系统产水(膜系统的给水)的浊度及SDI值，若所测指标远大于日常监测值，则证明预处理出现了异常，必须对预处理系统进行检查，必要时可以采取清洗等措施使其恢复功能状态，见表3。

表3 膜系统的管理

3．2 膜系统运行数据的管理

为了使膜系统最大程度地得到发挥，并保持长期稳定运行，关键在于保持其适当的运行条件，及时记录每天的运行数据。及时确认并坚持正确的运行管理能够延长膜元件的使用寿命。

膜运行数据管理:膜制水装置受外界影响因素很大，在运行管理时要注意①不要超出规定以上的回收率和运行压力;②要充分保证浓水流量;③禁止异物、污染物和氧化剂流入;③定期物理冲洗和化学清洗。

测定运行数据:产水量、脱盐率和压差是作为膜性能管理的重要指标。每天记录运行数据，就能及时发现这些性能管理指标的异常。此外，作为查明异常原因的补充项目还要记录回收率、运行压力、pH值、浓水流量和温度等。

运行数据整理:对记录的数据进行整理十分重要。①标准化产量—膜的产水量会根据操作压力、温度等发生变化。因此比较每天的运行数据记录可以补正其效果达到标准化。通常，25℃时压力位0.1 MPa得到的产水为标准，可以确认其变化;②进水平均浓度—由于膜系统的给水含盐量(电导率)随着水流是变化的，这导致不同位置的膜元件接触的给水电导率不同，所以在计算脱盐率时给水的浓度就十分重要，而不能简单地用进水电导率替代。

3．3 膜系统的停运保护

短期保存:短期保存适用于停止运行5～30天的膜系统。此时膜元件仍安装在系统的压力容器内。保存操作的具体步骤①给水冲洗膜系统，同时注意将气体从系统中完全排除。采用膜系统产水冲洗膜系统会有助于防止污染;②将压力容器及相关管路充满水后，关闭相关阀门，防止气体进入系统;③每隔5天按上述方法冲洗一次。

长期停运保存:长期停用保护方法适用于停止使用30天以上。膜元件仍安装在系统的压力容器内。保存的具体步骤①对膜元件进行化学清洗;②采用膜系统产水配置合适的杀菌剂，并循环冲洗膜装置;③当杀菌剂充满膜系统后，关闭阀门，阀门和泵使杀菌剂保留于膜系统中，此时需确认系统完全充满;④如果温度低于27℃，应每隔30天用新的杀菌剂进行上述操作;如果温度高于27℃，则应该每隔15天更换一次杀菌剂。

重新使用:在膜系统重新投入使用前，用低压给水冲洗系统1 h，然后在用高压给水冲洗10～15 min。无论低压冲洗还是高压冲洗系统的产水排放阀门均应全部打开。在恢复系统至正常操作前，应检查并确认产品水中不含任何杀菌剂。

4 结语

膜技术在神东矿区水安全保障方面得到了广泛的应用，为矿区人民健康饮水提供了重要保障。现场管理人员、运行人员对膜技术的应用管理是保证水处理效果的关键。膜技术的应用管理是保证膜寿命、降低企业生产运营成本的根本保证。