中水回用脱盐水站超滤膜的运行管理

段小冰,王保霞,刘明远,刘 磊,净晓星,侯志广

（北京首钢股份有限公司，河北迁安 064404）

前言

随着水资源的短缺和生态环境的恶化，国家提出了更为严格的污水排放标准，在这种形势下，膜技术作为20 世纪90 年代的主流高新技术，在水处理行业得到了快速发展和应用。膜技术主要包括微滤、超滤、纳滤、反渗透等几类，其中，以超滤为核心的反渗透预处理工艺，因其设备占地少、操作简单、运行灵活、产水水质稳定、水质好等优势，迅速发展为反渗透预处理系统的主导工艺，被大规模应用到工业生产上。

1 超滤概述

超滤是一种以压力为推动力的膜分离技术，能够将溶液进行净化、分离或浓缩，优于传统的过滤技术。超滤膜在外界压力的推动下，将水中非溶解杂质全部截留，达到净化水体的目的。目前，生产超滤膜的主要材质为聚偏氟乙烯（PVDF），其抗氧化能力、机械强度以及拉伸力均明显优于其他材质。超滤膜因其本身特性，对进水水质要求低，能够截留病毒、大分子胶体，产水水质好且稳定；超滤抗污染负荷能力强，膜通量大，使用寿命长，长期运行成本低；设备占地面积小，节省空间；易实现自动化，操作方便简单，能够降低工人体力劳动强度；运行过程中不需要添加任何化学药剂，无二次污染。超滤膜以其优越性能，迅速发展为反渗透系统的核心预处理工艺，保障反渗透系统的稳定运行。

2 工艺流程

某钢铁公司中水回用脱盐水站采用多介质过滤器+超滤+反渗透装置对中水进行脱盐处理，以超滤作为反渗透系统的预处理装置，其工艺流程图如图1。

图1 脱盐水站工艺流程图

污水处理厂处理后的中水通过管网进入脱盐水站，在进水管道上投加氧化性杀菌剂次氯酸钠，然后进入多介质过滤器，多介质过滤器产水进入超滤供水池，经过超滤供水泵进入超滤装置，超滤产水进入超滤产水池，最后通过反渗透供水泵、保安过滤器、高压泵进入反渗透系统进行脱盐处理。

3 超滤装置

该系统共设有6 套超滤，每套产水量为260 m3/h，设计总产水量为1 560 m3/h。超滤膜元件采用了旭化成UNA-620A，外压式中空纤维膜，材质为聚偏氟乙烯（PVDF），精度为0.1 μm。单套超滤系统由96 根膜元件组成，设计进水量为280 m3/h，产水量260 m3/h，浓水量为20 m3/h，系统回收率大于90%。

为了便于岗位职工运行操作和保证后道工序反渗透系统的稳定运行，超滤系统采用了恒流的运行模式，即超滤进水量、产水量和浓水量保持恒定不变。为实现恒流运行模式，超滤供水泵设计为变频泵，当超滤系统进水量、产水量和浓水量任何一个水量发生变化时，岗位人员通过调整超滤供水泵的变频器频率和浓水手动阀的开度，使进水量、产水量和浓水量始终保持恒定不变。

4 运行管理

在脱盐水站的运行管理中，超滤膜系统至关重要，其过滤精度高于传统预处理系统，产水水质好且稳定，大大提高了反渗透系统运行的稳定性。

4.1 超滤系统日常运行管控

4.1.1 余氯控制

在中水回用系统中，受水温、水质影响，微生物滋生较为严重，为保证超滤系统能够长周期稳定运行，在中水进入超滤系统前投加一定量的次氯酸钠。根据水质情况，投加量有所不同，一般控制在0.5～1 mg/L，超滤产水余氯值控制在0.03 mg/L。定期对超滤产水进行余氯监测，如果余氯值很低或者无，说明中水中微生物滋生严重，要增加次氯酸钠的投加量，加大对中水的杀菌处理。反之，如果余氯值较高，要及时降低次氯酸钠的投加量。这样既能保证超滤系统不被微生物污染而影响正常运行，又不会因余氯含量过高氧化反渗透膜元件，保证反渗透系统的安全运行。

4.1.2 流量控制

超滤系统采用恒流运行模式，每套超滤装置进水设置1 台流量调节阀，根据超滤产水流量计发出的流量信号控制调节供水泵的扬程，以达到产水流量恒定，防止产水和水质波动，延长超滤运行寿命。该系统超滤产水量控制为260 m3/h，浓水量控制为20 m3/h。

4.1.3 运行时间、周期控制

超滤系统作为反渗透系统的预处理单元，主要作用是拦截去除水体中的悬浮物和胶体颗粒等物质，因其本身特性，运行方式一般为间歇性，即正冲、运行、反洗为一个小周期，三个步骤循环运行。系统启动后，首先进行正冲，一般时间控制在60 s，正冲结束后进入运行，运行时间控制在30 min，最后进入反洗，反洗时间控制在90 s，超滤系统采用反洗方法来达到去除膜表面的沉积污垢。超滤系统虽然反洗可以去除膜表面的一些沉积污垢，但达不到完全去除，随着运行周期的延长，膜表面沉积污垢会不断积累，因此，在运行到一定程度时，需要进行增强维护性循环清洗（EFM）。在该系统中，运行60个小周期进行一次EFM。

4.1.4 跨膜压差控制

跨膜压差（Trans－ Membrane Pressure Drop简称TMP），是膜设备运行的一个重要参数，指驱动水透过膜所需要的压力，即进水压力与过滤压力的差值。跨膜压差受膜元件本身膜丝孔径大小影响，孔径小的膜的跨膜压差较大，而孔径大的膜的跨膜压差较小；同时，跨膜压差因水温、水质及膜通量大小而不同，水温较低、水质差以及膜通量较高时，跨膜压差较大，反之，跨膜压差较小。该系统超滤膜膜丝材质为聚偏氟乙烯（PVDF），孔径为0.1 μm，初始跨膜压差一般在0.045 MPa 左右，随着运行时间的延长，跨膜压差不断增长，增长至0.08 MPa 左右时，对超滤系统进行化学清洗，降低其跨膜压差，恢复膜元件性能，保证超滤系统稳定的产水量。

4.1.5 产水SDI值控制

在膜法水处理技术中，污泥密度指数SDI值，也称为污染指数[1]，是衡量反渗透进水水质的一个重要指标，在超滤+反渗透系统工艺中，实际上也反映超滤产水的水质情况。超滤产水SDI值一般控制在1～3，最大不能超过5。如果超过5，属于污染水质，不能进入反渗透系统。此时要对预处理系统进行检查，首先对超滤系统的进水水质进行SDI检测，如果SDI值检测值很高，说明原水水质污染，要及时对污水处理系统的混凝澄清及过滤进行调整，改善水质。如果超滤进水水质正常，说明超滤膜元件有断丝情况，要对超滤系统所有膜元件进行气密性检测，对有断丝的膜元件及时进行封堵。

4.2 超滤系统清洗

在膜法水处理运行过程中，膜的污染是不可避免的，膜元件表面会被截留的各种污染物所覆盖，甚至膜孔也会被更为细小的杂质堵塞，造成膜元件性能下降。因此，一般超滤系统都会采取清洗技术来恢复膜元件的性能。膜清洗方法可分为物理清洗和化学清洗两大类。在日常运行管理过程中，先采用物理清洗方法，如果无效或效果不佳，再采用化学清洗方法。

4.2.1 物理清洗方法

物理清洗方法是利用机械的力量去除膜表面的污染物，是一种比较原始而且有效的方法，在清洗过程中不投加任何化学药剂，清洗过程中不发生任何化学反应，不会产生二次污染。

该超滤系统采用的物理清洗方法是等压大流量冲洗法和气-水混合擦洗法。等压大流量冲洗法通过冲洗水泵，增大膜元件中水的流速冲洗膜表面的污染物，这对去除膜表面大量松软的大颗粒杂质非常有效。在冲洗过程中，关闭产水阀，打开浓缩水出口阀，单支膜元件冲洗水流量6 m3/h，冲洗时间3～5 min。气-水混合擦洗法，将净化后的空气通过进气管与水同时送入超滤膜元件，气-水混合流体使膜丝产生抖动，去除膜丝表面一些比较顽固的污染物，压缩空气控制压力为0.2 MPa，流量为 5 m3/h。超滤系统的物理清洗根据膜元件污染规律，可采用周期性的定时清洗，清洗可以手动清洗，也可以通过程序设定实现微机自动清洗。

4.2.2 化学清洗方法

超滤系统膜元件长期运行，污染物不断积累，最终也会被污染而导致膜元件性能衰减，产水量下降，压差不断增加，当压差上升到一定程度时，通过冲洗、气-水混合擦洗等物理清洗方法不能恢复膜元件的性能时，必须通过化学清洗方法来恢复膜元件的性能。化学清洗方法是通过化学药品与污染物进行化学反应去除膜表面的污染物。在化学清洗时要注意化学药品的选择，一是不能选用与膜元件及组件发生化学反应的药品，二是不能因使用化学药品而产生二次污染[2]。

该超滤装置化学清洗系统主要由清洗泵、酸碱清洗药箱和相应的阀门、管路组成。清洗药剂在膜元件内循环流动来清除污染物。当跨膜压差增长至0.08 MPa时，对超滤系统进行化学清洗。进行化学清洗前，首先要确定污染物，根据污染物性质决定酸洗或碱洗。对于有机物、微生物、胶体的污染，采用碱洗。

用1%的氢氧化钠和3 000 mg/L的次氯酸钠配制清洗药液，pH 值调整至12，配制好的清洗药液低流量循环2 h（pH 值降低时，及时补充碱液，保证pH值12），浸泡2 h，再循环2 h，浸泡8 h，大流量循环2～3 h。循环后冲洗，使pH 值接近中性，然后投入运行。对于无机物结垢或金属性污染，采用酸洗。配制2%的柠檬酸清洗药液，pH 值调整至2，对于污堵严重的或使用柠檬水清洗效果不佳的，可以采用0.5%的盐酸配制清洗药液，pH 值调整至2，低流量循环3 h（pH 值升高时，及时补充酸液，保证pH 值2），浸泡8 h，大流量循环2～3 h。循环后冲洗，使pH 值接近中性，然后投入运行。在清洗过程中，要不定时检测清洗药液pH 值，及时补充相应药液，循环浸泡根据清洗情况可以重复操作，直至清洗药液pH 值无变化。同时，要控制好清洗药液的温度，一般温度控制在35～40 ℃，温度适宜，有利于药液的化学反应，污染物去除效果好；如果温度过高，超过40 ℃，会破坏膜丝性能，导致膜丝老化，降低膜丝使用寿命。如果温度低，化学反应差，清洗效果也差。

4.3 停机保护

在日常生产运行过程中，根据生产负荷，超滤装置有可能会出现停用情况。如果超滤装置停用，要做好停用管理。短期停用，停用1天以上，需要每天冲洗1次；长期停用，停用一个月以上，需要配制1%的亚硫酸氢钠保护液，充满超滤系统膜元件，关闭进出口阀门，防止膜元件氧化及污染结垢。

5 结论

对于中水回用脱盐水站超滤系统，做好日常指标管控，加强日常运行管理，才能保证超滤系统产水的合格稳定，同时也能延长超滤膜元件的使用寿命，进而确保反渗透系统的安全稳定运行。该系统自投产以来，运行稳定，指标良好，膜元件使用寿命已达十年以上。超滤膜在中水回用中的成功应用，成为了在污水循环利用，节约水资源工作中的又一重要手段。它的应用不仅能够取得可观的经济效益，而且在环境效益方面作用也十分显著，超滤装置在中水回用中的应用具有重要的示范意义。