質(zhì)量管理在深度水處理膜系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉勝德，劉 冬，李 龍

中國石油大慶油田水務(wù)公司 （黑龍江 大慶 163411）

質(zhì)量管理在深度水處理膜系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉勝德，劉 冬，李 龍

中國石油大慶油田水務(wù)公司 （黑龍江 大慶 163411）

運用超濾膜技術(shù)，采用質(zhì)量管理方法來提高設(shè)備的運行完好率。通過CIP清洗前后膜組情況對比分析，提出定期CIP清洗，確保清洗效果，從而提高超濾膜的使用壽命；提高超濾空氣動力系統(tǒng)氣體質(zhì)量，確保深度水廠運行可靠，對提高水質(zhì)水量起到重要作用。

質(zhì)量管理；深度水處理；超濾膜

超濾膜為多孔性不對稱結(jié)構(gòu)，以膜兩側(cè)壓差為驅(qū)動力，是以機(jī)械篩分為基礎(chǔ)的一種溶液分離過程。它具有使用壓力較低，耗能少，設(shè)備及工藝流程簡單，易于操作、管理及維修等優(yōu)點。過濾方式有全流或死端過濾（Dead-end）、錯流過濾（Crossflow）兩種運行模式操作。清洗工藝包括物理清洗、化學(xué)清洗（CEB）和化學(xué)加強(qiáng)清洗（CIP）等，通過清洗可以降低跨膜壓差，恢復(fù)膜通量[1]。

超濾膜技術(shù)在水處理中被廣泛應(yīng)用，被稱為“二十一世紀(jì)的水處理技術(shù)”[2]，目前超濾膜系統(tǒng)設(shè)計、施工技術(shù)越來越成熟，國內(nèi)外也涌現(xiàn)出大批的以超濾膜為核心工藝的深度水處理廠，設(shè)計處理規(guī)模也不斷增加。由于水環(huán)境的不斷惡化導(dǎo)致了超濾膜在使用過程中遇到越來越多的技術(shù)難題，特別是水中有機(jī)物的種類和數(shù)量的增加[3]，給膜的運行管理帶來了一定的難度。在近幾年深度水廠的保運工作中，運用質(zhì)量管理的方法不斷摸索解決問題的方法，收到了較好的效果。目前大慶油田4座深度水廠均采用全流過濾模式。

1 提高深度水廠超濾工藝系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性

1.1 通過質(zhì)量管理提高超濾膜通量和降低跨膜壓差

超濾膜的性能主要體現(xiàn)在膜通量、跨膜壓差和出水水質(zhì)。把3項指標(biāo)作為膜組的質(zhì)量管理點，通過對3項指標(biāo)的檢測和綜合分析，就能準(zhǔn)確判斷超濾膜的性能變化，及時采取有效措施，提高膜的性能，延長膜的使用壽命，達(dá)到為企業(yè)降低成本的目標(biāo)。

3年來，把膜數(shù)據(jù)監(jiān)測納入到質(zhì)量管理，每月監(jiān)測記錄兩次膜運行數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、整理和分析，判斷超濾膜當(dāng)前的狀態(tài)。通過這種持續(xù)的檢測分析，提升深度水廠超濾膜的質(zhì)量管理。從積累的大量原始數(shù)據(jù)和分析中，逐漸發(fā)現(xiàn)膜的運行規(guī)律，為及早發(fā)現(xiàn)問題并采取有效措施提供了理論依據(jù)，為超濾膜的運行管理奠定基礎(chǔ)。

以大慶油田中引水廠為例，對每個膜組都建立了質(zhì)量監(jiān)測點，通過開展有效的質(zhì)量管理工作，從大量的累計數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)膜出現(xiàn)早期的性能衰減，并及時采取措施恢復(fù)膜的性能，取得較好的效果。

中引水廠深度水廠投產(chǎn)于2014年7月，膜設(shè)計指標(biāo)：處理量（10～104）m3/h、膜通量40 L/(㎡·h)、壓差（0.38～0.85）MPa、濁度＜0.1NTU。中引水廠深度水超濾膜3年的運行數(shù)據(jù)平均值見表1。

從表1中可以看出，中引水廠超濾膜在這3年的運行中性能比較穩(wěn)定，處在一個良好的運行狀態(tài)。但是進(jìn)入到2017年，膜運行數(shù)據(jù)有了明顯的變化，見表2。

由表2可見，膜組的跨膜壓差普遍升高了，其中A3、A4、B1、B4、B7等幾個膜組的跨膜壓差達(dá)到了0.1 MPa，這說明膜出現(xiàn)了膜阻塞現(xiàn)象。針對這一情況，對這幾組膜組的運行情況進(jìn)行調(diào)查和分析，中引水廠20組膜組的運行都是在全自動控制模式下運行的，物理清洗、CEB和CIP都是按照程序設(shè)計自動進(jìn)行的，水廠也留有詳細(xì)的清洗記錄。這幾組膜組的數(shù)據(jù)變化也說明，經(jīng)過3年的運行，超濾膜開始呈現(xiàn)逐漸衰減趨勢，因此必須采取有效措施降低跨膜壓差，提高膜性能。

表1 2014—2016年中引水廠超濾膜運行數(shù)據(jù)平均值

表2 2017年（1—4）月中引水廠超濾膜運行數(shù)據(jù)

1.2 提高CIP清洗質(zhì)量，確保清洗效果

膜組的運行是由程序自動控制的，暫時無法改變，但是把藥劑的種類、濃度作為質(zhì)量監(jiān)測點時，發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在藥劑的濃度匹配不合理。為了提高膜的沖洗質(zhì)量，做了大量實驗，綜合對比后找到了最佳的藥劑配比濃度。

現(xiàn)場配置化學(xué)藥劑：

1）堿液：氫氧化鈉、次氯酸鈉，配置PH值為13強(qiáng)堿。

2）酸液：檸檬酸，配置PH值為5。

首先對B1、B7膜組進(jìn)行CIP清洗，過程按照程序設(shè)定的方式進(jìn)行，清洗前后數(shù)據(jù)見表3。

表3 B1、B7膜組進(jìn)行CIP清洗前后數(shù)據(jù)對比

在膜組清洗后，質(zhì)量管理小組對膜組監(jiān)測了一天的運行數(shù)據(jù)，圖1、圖2是以B7為例繪制了性能曲線，可以看出化學(xué)清洗前后跨膜壓差及產(chǎn)水流量變化，可以明顯看出產(chǎn)水流量提高，跨膜壓差降低，膜組的性能已經(jīng)得到了恢復(fù)。

圖1 CIP前后跨膜壓差變化

圖2 CIP前后產(chǎn)水量變化

由圖1、圖2可見，經(jīng)過CIP清洗后，膜組阻塞狀況得到有效改善。對其他的膜組采取同樣的方式進(jìn)行清洗，都取得理想效果。

合理選擇膜組質(zhì)量管理點，定期對質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施。CIP是解決膜組阻塞故障的重要手段，要對藥劑配比濃度嚴(yán)格控制。膜組日常清洗過程要得到有效監(jiān)督，確保清洗質(zhì)量。

2 提高超濾空氣動力系統(tǒng)氣體質(zhì)量，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定

深度水廠使用超濾膜作為核心工藝，工藝閥門采用氣動閥，對空氣動力系統(tǒng)的質(zhì)量要求比較高，如果濕度過大、運行壓力不穩(wěn)定等都會對超濾膜系統(tǒng)的運行產(chǎn)生影響[4]。在運維過程中發(fā)現(xiàn)中引水廠和八百坰水廠均出現(xiàn)比較嚴(yán)重的氣動執(zhí)行器卡塞故障，導(dǎo)致整個膜組的停產(chǎn)。針對這種現(xiàn)象，質(zhì)量小組選取儲氣罐底部放空閥和氣動執(zhí)行器進(jìn)氣管作為質(zhì)量管理點，用于觀測動力空氣的質(zhì)量。經(jīng)過多次的監(jiān)測和研究，最終發(fā)現(xiàn)是由于空氣動力系統(tǒng)中壓縮空氣濕度太大，導(dǎo)致儲氣罐底部經(jīng)常積水，執(zhí)行器進(jìn)氣管內(nèi)也有積水，導(dǎo)致執(zhí)行器內(nèi)部產(chǎn)生潤滑油變質(zhì)、活塞和缸體內(nèi)銹蝕的現(xiàn)象，使得執(zhí)行器損壞無法運行，只能通過更換新的氣動執(zhí)行器，才能保證超濾膜組的連續(xù)運行。深度水廠超濾系統(tǒng)的氣動閥門至少有幾百個，如果不解決空氣質(zhì)量問題，就會極大地增加運維成本。

2.1 查找影響空氣質(zhì)量的因素

質(zhì)量小組首先以中引水廠超濾間為研究對象，對原有空氣動力系統(tǒng)的主要設(shè)備空壓機(jī)、冷干機(jī)、儲氣罐、過濾器等進(jìn)行檢查和分析。設(shè)備運行正常，但是空壓機(jī)安裝在超濾間底部，與超濾膜組底部管廊連通，常年處在陰暗、潮濕的環(huán)境，空氣濕度特別大。雖經(jīng)過冷干燥機(jī)干燥，但效果仍不理想。這是導(dǎo)致空氣中濕度大的主要原因。

2.2 空氣質(zhì)量優(yōu)化解決方案

針對查找出來的主要影響因素，小組研究解決方案：在原有空氣動力系統(tǒng)中再串聯(lián)安裝一套無熱再生吸附式干燥器。無熱再生干燥機(jī)是采用雙塔變壓吸附、無熱再生的工藝，可連續(xù)提供干燥氣體。這樣空氣經(jīng)過二次干燥，會大大降低空氣濕度，提高空氣質(zhì)量。

2.3 應(yīng)用效果及效益

經(jīng)過二次干燥，儀表空氣的含水率降到了最低限度，干燥器后的儲氣罐、輸氣管內(nèi)積水完全消失，達(dá)到了預(yù)期干燥效果。現(xiàn)已運行近1年，閥門執(zhí)行器損壞率大大降低，提高了膜組的運行完好率，每年為企業(yè)節(jié)省近10萬元的運維成本。

3 提高設(shè)備維修質(zhì)量，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行

提高企業(yè)的質(zhì)量管理就是提高企業(yè)的效益[5]。深度水廠設(shè)備數(shù)量和種類比較多，特別是超濾間配套的設(shè)備、儀表、氣動閥多達(dá)幾百個，所以日常的維修工作量比較大。提高設(shè)備維修質(zhì)量能夠有效地降低維修勞動強(qiáng)度和維修費用，保證膜組平穩(wěn)運行和提高水量。

3.1 設(shè)備巡檢和維護(hù)保養(yǎng)常態(tài)化

深度水廠的每一臺設(shè)備都能對運行平穩(wěn)產(chǎn)生影響，對設(shè)備的質(zhì)量管理要做到精細(xì)、常態(tài)化。小組對深度水廠的關(guān)鍵設(shè)備設(shè)置了質(zhì)量管理點，重點是設(shè)備的緊固、清潔、潤滑、振動、噪聲等關(guān)鍵要素，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。嚴(yán)格按照設(shè)備質(zhì)量要求抓好日常維護(hù)保養(yǎng)，如定期更換潤滑油、過濾器、密封件等。這種常態(tài)化的工作是提升設(shè)備質(zhì)量管理的關(guān)鍵，使設(shè)備保持一個良好的運行狀態(tài)，提高了設(shè)備運行質(zhì)量。

3.2 提高人員素質(zhì)，促進(jìn)維修質(zhì)量的提升

企業(yè)質(zhì)量管理的關(guān)鍵因素是人的素質(zhì)[5]。設(shè)備維修人員的技術(shù)素質(zhì)是做好設(shè)備管理的重要因素。這幾年小組在抓技能培訓(xùn)方面加大力度，把培訓(xùn)重點放在自動化軟件、變頻器、空壓機(jī)、膜工藝4個方面，收到了較好的效果。目前運維人員素質(zhì)逐年提高，對提高深度水廠運維服務(wù)質(zhì)量、設(shè)備維修及時率、完好率提供了保障。

3.3 加強(qiáng)備件管理，提高設(shè)備維修及時率

設(shè)備維修保養(yǎng)需要儲備必要的備件，才能保證設(shè)備維修及時。質(zhì)量小組每年都要精心統(tǒng)計、購買、儲備一些備件，保持備件處于一種安全儲備狀態(tài)，設(shè)專人負(fù)責(zé)備件管理，合理使用，避免浪費。

另外，還積極開展配件的修舊利廢工作，有的配件經(jīng)過維修后還可以繼續(xù)使用，既能保證配件及時使用，又能降低配件費用。

4 結(jié)論

3年來，超濾膜的質(zhì)量管理作為深度水廠運維的重要工作。通過科學(xué)的質(zhì)量管理，提升了深度水廠運維服務(wù)水平。特別是在超濾膜質(zhì)量監(jiān)測、設(shè)備維修和人員素質(zhì)提升等方面積累了一定的經(jīng)驗，為深度水廠的穩(wěn)定運行打下了堅實基礎(chǔ)。今后質(zhì)量小組還繼續(xù)把質(zhì)量管理工作深入開展下去，為深度水廠的運維提供更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)。

[1]蔡邦肖,唐名威,許 陽.自來水深度處理超濾膜的選擇[J].工業(yè)用水與廢水,2007(10)：71-75.

[2]董秉直,曹達(dá)文,陳 艷.飲用水膜深度處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[3]湯景鵬,張震宇.淺談污水處理廠水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量管理工作[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2016,32(6)：24-26,54.

[4]韓德宏.國外水務(wù)技術(shù)與管理—深水人看洋水務(wù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[5]馬 林.全面質(zhì)量管理[M].2版.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社,2010.

The running safety of ultrafiltration membrane water treatment equipment is improved by quality management.By contrast and analysis of the situation of membrane group before and after chemically enhanced cleaning,it is put forward that the cleaning effect is ensured by periodical chemically enhanced cleaning so as to improve the service life of UF membrane;the reliability of the advanced water treatment plant operation is ensured by improving the air quality of ultrafiltration air power system,which plays an important role in the improvement of water quality.

quality management;advanced water treatment;ultrafiltration membrane

劉勝德（1969-），男，高級工程師，現(xiàn)主要從事飲用水深度處理生產(chǎn)運維工作。

崔 杰

2017-09-08