外壓式超濾膜在中水回用中的應用與維護

王 淼 王 偉 孟雅文 任立綱

(安陽鋼鐵股份有限公司)

外壓式超濾膜在中水回用中的應用與維護

王 淼 王 偉 孟雅文 任立綱

(安陽鋼鐵股份有限公司)

以某鋼鐵公司高爐鼓風機站配套的除鹽水站工程為例，對外壓式超濾膜水源是中水和凈化水的運行情況對比，以及運行中常見的問題分析與處理。經過反洗周期的調整與化學清洗藥劑的改進，超濾設備運行周期得到延長，超濾化學清洗達到效果。

外壓式超濾膜 中水 化學清洗

0 引言

某高爐脫鹽水站是為高爐鼓風機站配套的化學水處理站所，設計工藝為超濾+反滲透+混床雙膜法處理工藝(如圖1所示)。水源為勾兌了大量中水的地表水，中水約占70%。超濾系統采用聚偏佛乙烯(PVDF)材質的外壓式中空纖維超濾膜，自2008年底投運，已運行使用八年, 其主要參數如下：共4套超濾裝置，每套超濾裝置有24支膜，膜絲內徑為0.6 mm，外徑1.1 mm；膜表面積40 m2，額定產水量35 m3/h，運行方式開三備一，采用錯流過濾運行方式，運行周期和化學清洗周期根據來源水水質情況，一般為2～3個月進行一次化學清洗，超濾產水SDI始終保持在<3，運行較穩定。筆者就采用回用的中水作為水源時，超濾系統日常的運行與維護情況進行分析與介紹。

1 超濾設備在生產運行中存在問題

超濾系統廣泛應用水凈化領域、溶液分離、濃縮以及廢水再利用方面。主要作用是去除細菌和大多數病毒、膠體、懸浮物、粘泥、蛋白質、大分子有機物等；具有自動化程度高，設備占地面積小，能耗小，純物理過濾分離后保持原產品性質，運行費用低等特點，作為反滲透預處理可以減少反滲透運行成本，降低運行費用。超濾膜去除的膠體、粘泥、藻類等物質很多積存在超濾膜表面，造成系統產水量減少，出水水質差，化學清洗頻繁。而采用中水作為水源時，由于水質較差，污染方面的問題更為嚴重。

圖1 系統工藝流程

2 問題分析

本系統設計超濾進水水源為地表水處理后的凈化水，而后由于公司水資源重復利用，把超濾來源水改為凈化水和中水勾兌水。各項水質指標遠遠超出當初設計值，給超濾運行帶來諸多問題。例如有機物和微生物的污染，長時間的運行在膜表面的濃差極化現象[1]和超濾膜篩分原理使污染物在膜表面形成沉積和堵塞現象，當污染物沉積到一定程度時造成超濾產水量的下降、跨膜壓差增高。

凈化水與中水的水質對比見表1。

表1 凈化水與中水水質指標

從表1可以看出，中水的溶解固形物、電導、鐵鋁氧化物等指標都遠遠超出凈化水，這些指標正是造成超濾污堵的重要因素。

另外，由于超濾設備自動運行和安全設計的要求，單套超濾機組上由PLC控制的氣動閥門多達14個，而且每個閥門在超濾運行周期結束后都將進行一次開關動作。超濾在滿負荷運行，運行周期為30 min情況下，超濾上的每個閥門每天開關48次，一個月1 440次。頻繁動作很容易造成閥門出現故障，影響超濾穩定運行。

3 采取的措施

來源水使用中水以來，預處理設備運行負擔增大。超濾化學清洗周期大大縮短，嚴重時一個月內需要進行兩次化學清洗，這對正常的生產造成了威脅。而造成超濾污堵快的原因，主要是來源水中懸浮物和有機物超標，過多的污染物附著在超濾膜表面上，集中表現為產水量降低，跨膜壓差增大。超濾化學清洗前后指標對比見表2。

表2 超濾化學清洗前后指標

從表2可以看出，每次化學清洗后超濾產水量和跨膜壓差都有很好的恢復，但是頻繁的化學清洗加重了職工的勞動強度和藥品消耗，而且每臺超濾化學清洗時間一般為5～10 h，在化學清洗過程中經常由于超濾產水量不夠，對反滲透正常生產造成影響。為解決此問題，經過認真分析討論，現場試驗，我們采取了以下措施，調整運行、反洗方式、時間等。

3.1 超濾反洗數據調整，對于實際運行效果

調整反洗周期，超濾設計運行周期每20 min～50 min進行反洗，步驟有：(1)氣水混合洗1 min；(2)水反洗加氧化劑1 min；(3)排空20 s[2]。原來反洗周期時間為30 min反洗一次，氣水混合洗1 min、水反洗1 min、排空20 s。現在調整為：反洗周期時間為20 min，步驟不變。

縮短反洗周期，增加反洗次數，可以有效的減少污染物附著膜表面的機會。但運行一段時間后發現，由于縮短了超濾反洗周期，增加了反洗次數，造成超濾機組產水量的不足。為了找出反洗和產水量之間解決辦法，我們又經過試驗，調整汽水混合洗和水反洗時間，縮短為40 s。這樣，既能保證超濾產水量又可以有效的阻止污染物附著在膜表面。然后在超濾停機后再進行手動反洗數遍，更可以減少超濾機組在停機期間，微生物在超濾膜滋生。經過一年多的運行，效果良好。

1-工作閥 2-清洗閥 3-回流閥 4-清洗箱補水閥 5-排閥 6-下排閥 7-進氣閥 8-大反洗閥 9-小反洗閥 10-反清水箱補水閥 11-產水閥 12-放空閥

3.2 調整清洗藥劑配比，提高化學清洗效果

超濾裝置的化學清洗是非常重要的環節，每次化學清洗效果的好壞直接影響超濾的正常運行。而藥品又是影響清洗的最主要因素；在清洗藥品選擇和用量上既要保證清洗效果又要保證最少用量，減少每次化學清洗對超濾膜的傷害。經過我們認真摸索與試驗，我們總結出了一些經驗。每次化學清洗前，應根據超濾膜污染的情況和污染物質類型來確定藥劑類型、配比和具體清洗時間。對有機物、膠體和藻類污染，我們使用藥劑為氫氧化鈉+次氯酸鈉，其中次氯酸鈉一般不超過5 000 ppm，氫氧化鈉一般不超過3 000 ppm。對于無機鹽和鐵污染，使用的是鹽酸+草酸或者檸檬酸進行清洗。另外，在化學清洗步驟上利用聚偏氟乙烯(PVDF)材質超濾膜絲韌性好(具有強伸展特性)的特點，反復進行氣流沖洗與清洗藥劑配合的化學清洗，將壓縮空氣流量控制在每根膜組件2 m3·h-1以下，時間為1 min ～2 min，化學清洗回水明顯帶有污物洗出，證明在化學清洗過程中增加小流量氣洗可以提高化學清洗效果。

4 改進后的效果

經過我們對超濾在中水中的運行情況和數據的分析，進行了超濾設備的運行步驟的改進，延長了超濾設備的運行周期，并根據水質情況及時調整運行數據減少資源的浪費。 優化超濾化學清洗方法針對不同的污染情況使用不同藥劑、藥量，利用設備材質特性修改清洗方法收到了很好清洗效果，有力的保證了超濾設備長周期穩定運行。

5 結束語

雖然來源水為中水，各種水質指標遠超設計值，但只要認真分析探討，總結合理的運行方式和使用正確的清洗方案，也能保證超濾機組穩定運行，保證反滲透系統對水質水量的要求。

[1] 嚴煦世,范瑾初.給水工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1999:449。

[2] 馬世虎.天津膜天超濾膜使用手冊[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

，助理工程師，河南.安陽(455000)，安陽鋼鐵股份有限公司污水處理公司；

2017—1—7