超濾性能問題的分析與改進

王春芹,王新娣，李文濤,王 強，薛 萍

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 現狀分析

萊鋼化水車間型鋼除鹽水站班組擔負著3 座130 t/h中溫中壓鍋爐用除鹽水、50 MW發電機用除鹽水、65 MW 發電機用除鹽水、特鋼100 t電爐用除鹽水、煉鋼轉爐用除鹽水、型鋼廠加熱爐除鹽水、燒結廠用除鹽水、寬厚板用除鹽水等生產和補給工作。外供除鹽水量平均200 t/h,生產壓力較大。除鹽水生產工藝是“膜法脫鹽+離子交換”，隨著運行時間延長，設備老化嚴重，運行狀態出現劣化，因此維護、保持設備的良好運行狀態，是保質保量的除鹽水生產、外供工作前提。然而,近年發現反滲透進水水質變差，使反滲透運行周期縮短，產水能力下降，造成生產成本升高，嚴重制約生產運行。通過調查分析,影響反滲透運行周期短的因素，主要體現在進水污染指數不合格；進水污染指數主要受超濾影響，據此分析是超濾出現了問題。見圖1。

圖1 影響因素餅形圖

2 存在的問題

超濾是膜法除鹽工藝中的重要設備之一，是反滲透設備的重要預處理工藝。正常超濾出水污染指數（SDI）在4以下，滿足反滲透進水要求。如果超濾出現斷絲，截污能力降低，出水污染指數就會升高，隨著斷絲膜元件的增加，污染指數突破4 以上，導致反滲透污堵增速，化學清洗頻次增加，產能下降，嚴重影響除鹽水的正常生產供應。

首先，對生產運行中的4 套反滲透預處理工藝超濾設備所有參數進行了統計分析,發現每套超濾膜元件中有2/3 以上存在斷絲現象。其次，對超濾進水殺菌劑濃度進行分析，超濾進水殺菌劑濃度應控制在2～3 mg/L之間，調查發現殺菌劑濃度大部分在1～2 mg/L，還有部分3 mg/L 以上，殺菌劑濃度添加不合格。再者，對超濾定期清洗維護發現，清洗方式單一，只有堿洗，且清洗時間短，造成清洗效果不理想。最后，對超濾在線反洗工藝調查發現，氮氣反洗壓力0.5 MPa大于廠家承諾的0.2 MPa，反洗壓力大也是造成超濾斷絲的主要原因，同時沒有反洗加藥系統，使超濾反洗不徹底，反洗效果差。

3 改進措施

3.1 在線診斷處理

對1#～4#超濾進行了在線快速斷絲診斷、處理，方法要點：（1）停運設備，借助氣洗管道作為檢漏氣源，維持進氣壓力在0.1 MPa；（2）打開氮氣底部進氣閥，持續進氣1～2 min，當氮氣壓入有斷絲的超濾膜元件時，氮氣就會從斷絲處滲入，從產水中排出，沒有斷絲的氮氣則從濃排管排出，超濾的產水管上有一透明管，當有氣泡逸出時，判定為該膜元件有斷絲；（3）當查出的超濾膜元件有斷絲后，將有斷絲的膜元件上邊蓋板打開，再重復此方法檢漏一遍，就能準確找到哪根濾絲斷裂，然后用堵漏簽蘸專用膠水將確定的斷裂濾絲堵住，待膠水干透粘固后，切下堵漏絲柄，蓋上膜元件上邊蓋板，即可恢復運行。根據斷絲情況進行了超濾膜的倒膜及更換，針對斷絲不嚴重的膜元件進行了斷絲堵漏，消除了超濾斷絲問題。

3.2 嚴格殺菌操作

首先嚴控殺菌劑質量，每次卸殺菌劑前由值班人員對其進行濃度化驗（濃度大約10%），合格后方可卸貨。其次，增加兩臺殺菌劑泵，讓超濾與殺菌劑泵一一對應，當超濾運行時自動啟動對應的殺菌劑泵，避免了隨著用水量變化而不能及時調控殺菌劑加藥量的難題，解決了殺菌劑加藥濃度不合格的問題。

3.3 優化化學清洗方式

將原來的單一的殺菌堿洗改為水汽堿洗-殺菌堿洗-酸洗三步清洗，并且延長清洗時間至36 h，采用高流量清洗。水汽堿洗即在清洗水箱中加入適當的堿液，一邊進清洗液一邊進氮氣，控制清洗液流量20 t/h，控制氮氣壓力在0.2 MPa,超濾底部進水汽上部廢液排出，清洗30 min。后轉為殺菌堿，即在清洗水箱中加入適當的殺菌劑和堿液，控制清洗液流量70 t/h，清洗24 h。最后進行酸洗，即在清洗水箱中加入適當的檸檬酸，控制清洗液流量70 t/h，清洗12 h。清洗后超濾產水量達130 t/h，完成目標。

3.4 穩定氣洗壓力

為了控制進氣壓力，只能調控進口閥門，在沒有壓力表無法準確顯示壓力數值情況下，不能精準手動調控進口閥門，同時當氮氣母管壓力有變化時，也會造成氣洗壓力有變化。為此，車間探索出用減壓閥組解決問題的思路。在超濾反洗進氣母管適當的位置增加減壓閥組，通過調節彈簧壓力設定出口壓力,利用膜片傳感出口壓力變化,通過導閥啟閉驅動活塞調節主閥節流部位過流面積的大小，實現減壓穩壓功能。技改實施后，氣洗壓力穩定在0.2 MPa，避免了壓力控制不當造成的超濾膜元件內中空絲破裂等問題，降低了超濾斷絲概率，起到了良好效果。

3.5 其他

超濾系統只有定期反洗工藝，沒有加強反洗工藝，隨著超濾長時間運行，超濾反洗并不能完全沖洗掉粘附在上面的微生物等物質，降低了超濾的截污能力。增加一套加強反洗工藝，設定每運行20周期進行加強反洗一次，加強反洗藥液為殺菌劑+鹽酸。不但使反洗效果變好，同時也減少了超濾的化學清洗頻次，取得預期目標。

系統設計的氣洗工藝使用氮氣，生產過程中為保證安全，反洗排水通過管道引入到室外排放，并且現場安裝了固定式氧氣檢測儀保證安全使用。

4 實施效果

通過一系列的改進措施提升超濾工藝參數后，運行半年以來，沒有發生超濾斷絲現象，超濾產水量由80 t/h提高到120 t/h，出水污染指數由4.8以上降低為2.8 以下，提高了反滲透進水水質，降低超濾和反滲透反洗頻次，降低了除鹽水水耗，確保了膜法除鹽設備的安全穩定運行。型鋼除鹽水站共有6套超濾，年節工業生水約10萬t，節約維修成本30余萬元。