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1對(duì)超濾的認(rèn)識(shí)
1.1 膜技術(shù)的分離
水處理膜技術(shù)從分離精度上劃分：微濾、超濾、鈉濾、反滲透等幾類。這些膜分離產(chǎn)品均是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質(zhì)。其過濾的精度和濾膜本身的孔徑大小有關(guān)。通常習(xí)慣把孔徑較大的稱為微濾（0.1-1um），而較小的稱為超濾 0.02-0.1um，根據(jù)膜的微孔徑更小的還有鈉濾和反滲透。
1、膜的微孔徑的區(qū)別
微濾（MF）、在 0.1-1um 之間；
超濾（UF）、在 0.02-0.1um 之間大分子物質(zhì)和雜質(zhì)；
鈉濾（NF）、能截流鈉米級(jí)單位（0.001um-1nm）的物質(zhì)；
反滲透（RO）截流單位≤1nm 的物質(zhì)；
2 超濾的結(jié)構(gòu)
2.1 超濾裝置主要是由壓力容器、超濾膜和系統(tǒng)支架三大部分組成。膜與膜之間有專門的聯(lián)結(jié)管和膜端頭密封圈固定。
超濾膜屬于非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，即包括致密的皮層和多孔的支撐層。這種結(jié)構(gòu)既保證了良好的分離效果，又提高了膜通量，降低運(yùn)行能耗，并抗污堵。
2.2 超濾裝置還配備了加藥清洗系統(tǒng)和自動(dòng)水反洗系統(tǒng)。主要是防止膜絲污染及污堵時(shí)進(jìn)行水反洗和化學(xué)清洗使用。
2.3 超濾裝置分為內(nèi)壓式和外壓式兩種，我們采用的是內(nèi)壓式超濾膜，運(yùn)行和反洗是反方向進(jìn)行的。如圖：
3 超濾的過濾方式
一般超濾有兩種過濾方式：一種是全流過濾（配有自動(dòng)反洗裝置），另一種是錯(cuò)流過濾（配有濃水排放系統(tǒng)）。我們使用的過濾方式為全流過濾，運(yùn)行 30min 就要自動(dòng)水反洗一次。
4 超濾異常現(xiàn)象及原因分析
2009 年 8 月菏澤電廠三期水處理#1、2 超濾裝置出現(xiàn)進(jìn)出口壓差大，超過正常進(jìn)、出口壓差0.04MPa 標(biāo)準(zhǔn)值，最高進(jìn)、出口差壓達(dá) 0.09 MPa，超出正常差壓一倍多，污染指數(shù)（SDI）超出正常值 3，SDI 最高達(dá)到 4.56，同時(shí)在化學(xué)加酸清洗浸泡過程中鹽酸消耗量高出正常化學(xué)清洗，浸泡 2小時(shí) PH 值由 2 回升到 PH4-6.,堿洗過程中排水顏色比過去化學(xué)清洗排水明顯發(fā)黃并伴有異味。堿洗排水 PH 值在 9-10 之間。我們對(duì)近期出現(xiàn)的這種現(xiàn)象進(jìn)行了全面分析，初步懷疑超濾系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的污堵和斷絲現(xiàn)象。下面是我們?cè)诨瘜W(xué)清洗過程中的清洗方法和斷絲檢查以及膜絲修復(fù)的全過程介紹。
5 超濾的水反洗、化學(xué)清洗與離線加強(qiáng)洗
超濾系統(tǒng)的運(yùn)行好壞取決與三個(gè)重要控制指標(biāo)：1、是污染指數(shù)：2、是出水濁度：3、是超濾的進(jìn)、出水壓差，這三個(gè)控制指標(biāo)直接影響到超濾出水的質(zhì)量和反洗效果以及化學(xué)清洗的效果。
5.1 超濾的水反洗與化學(xué)清洗
一般超濾運(yùn)行 30min 后轉(zhuǎn)入自動(dòng)水反洗，水反洗滿 30 次后要自動(dòng)進(jìn)行化學(xué)清洗。當(dāng)然，化學(xué)清洗對(duì)不同的水質(zhì)也有不同的要求，對(duì)地下水而言水反洗 50 次后進(jìn)行化學(xué)加藥清洗，對(duì)地表水來說水反洗 40 次后進(jìn)行加藥清洗。而對(duì)循環(huán)冷卻排污水（中水）來說，我們通過長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)運(yùn)行論證，水反洗 30 次后進(jìn)行化學(xué)加藥清洗超濾效果最佳。
因?yàn)?，我們采用的是循環(huán)冷卻排污水，這部分水質(zhì)雜質(zhì)多、有機(jī)物含量高、濃縮倍率是地表水的 3-4 倍，由于循環(huán)排污水溫度較高容易產(chǎn)生細(xì)菌滋生，再加上來水濁度相對(duì)較高。造成超濾化學(xué)清洗平凡。通過長(zhǎng)期觀察、論證發(fā)現(xiàn)，超濾膜污堵主要是細(xì)菌和有機(jī)物以及多種垢類造成的，直接影響了超濾膜的水通量。一般常規(guī)的處理辦法主要有加鹽酸、加次氯酸鈉和氫氧化鈉三種化學(xué)藥品：
1）加鹽酸的目的是除去膜內(nèi)孔表面的無機(jī)污染物如：鈣鎂垢、鐵垢，
2）加次氯酸鈉和氫氧化鈉的目的是除去微生物、細(xì)菌、有機(jī)物等污染物。
5.2 化學(xué)加強(qiáng)洗方法（一般用于超濾進(jìn)出口壓差高，產(chǎn)水量下降情況下進(jìn)行） 5.2.1 加強(qiáng)洗（堿法）
a)將 Na Cl O 投加濃度由原來的 200mg/L 提高至 400mg/L，進(jìn)行投加 Na Cl O 的加強(qiáng)洗過程，并加氫氧化鈉 500mg/L 調(diào) PH 至 12～12.5。
b)設(shè)備充滿藥液后(要求達(dá)到規(guī)定的濃度)，根據(jù)污染程度浸泡 3～12 小時(shí)。
c)浸泡后,用常規(guī)反沖洗流量反沖洗 180 秒，沖洗水清至中性 PH7。
5.2.2 加強(qiáng)洗（酸法）
a)將 HCl 投加濃度由原來的 400mg/L 提高至 800mg/L，進(jìn)行同樣的投加 HCl 的加強(qiáng)洗過程，調(diào)PH 至 1.0～2.0。
b)按 400mg/L（p H 1.0～2.0）投加量的正常 HCl 加酸反洗，浸泡 10 min，然后再用同樣方法投加新鮮的酸液，置換出前面已經(jīng)被消耗的酸液，然后浸泡幾個(gè)小時(shí)，再?zèng)_洗干凈化學(xué)品后，投入正常運(yùn)行。
5.3 離線加強(qiáng)洗（特殊情況使用）
注：這種清洗方式必須配有獨(dú)立的化學(xué)清洗裝置或者與反滲透串用同一套化學(xué)清洗系統(tǒng)，一般采用組操或手動(dòng)完成，近似于反滲透的化學(xué)清洗。清洗時(shí)，首先確定膜的污染情況，選擇清洗藥液，如堿洗過程中【（氫氧化鈉+（Na4-EDTA）+ Na-DDS】。（Na-DDS 是指活化劑十二烷基橫酸鈉鹽），殺菌最好獨(dú)立完成常規(guī)采用次氯酸鈉殺菌，根據(jù)情況也可以選擇 84 消毒液一定要按要求進(jìn)行藥、水的配比。酸洗可根據(jù)污染情況采用 HCL（鹽酸）或檸檬酸進(jìn)行循環(huán)洗。考慮到清洗中清洗泵的壓力不夠，可采用單支管或多支管選擇性清洗。
5.3.1 在上述清洗過程效果不好的情況下，采用以下化學(xué)配方進(jìn)行離線清洗。
a)對(duì)于有機(jī)物的污染和常規(guī)鈣鎂結(jié)垢污染使用藥劑濃度與上述相同；
b)對(duì)于清洗鐵離子的污染采用“草酸+維生素 C”的清洗法效果較好，具體藥劑濃度如下：
方案一：配置 1%濃度的草酸與 0.25%的抗壞血酸維生素 C 的混合液（注意：先加維生素 C，溶解后再加草酸），進(jìn)行離線加強(qiáng)清洗。
方案二：配置 1%濃度的檸檬酸溶液，進(jìn)行離線加強(qiáng)清洗。
5.3.2 離線加強(qiáng)洗的步驟與加強(qiáng)洗基本相同，只是超濾離線操作是在就地手動(dòng)或組操的情況下完成，也可以串用反滲透的化學(xué)清洗裝置來完成離線加強(qiáng)清洗。使用的化學(xué)藥品與常規(guī)清洗有所不同，加藥洗和浸泡中需要定期的投加新鮮的藥液，置換出前面已經(jīng)被消耗的藥液，然后浸泡幾個(gè)小時(shí)，再?zèng)_洗干凈化學(xué)品后，投入正常運(yùn)行。
5.3.3 離線加強(qiáng)洗完成后，需要清除清洗管線內(nèi)殘留藥劑防止腐蝕；放空清洗水箱內(nèi)殘留清洗液并再加滿清水循環(huán)沖洗。
6 膜絲的斷裂檢查方法
膜絲完整性是保證膜過濾過程的重要參數(shù)。為檢驗(yàn)?zāi)は到y(tǒng)的有效性，采用空氣將問題壓力容器檢測(cè)出來。這種測(cè)試基于的是非常自然的道理，即沒有一定的壓力空氣無法通過濕潤(rùn)的膜孔。這個(gè)壓力取決于膜孔徑的尺寸。當(dāng) 0.1MPa 的空氣壓力作用在濕潤(rùn)的超濾膜組件上時(shí)，完整的膜組件可以承受這個(gè)壓力。這個(gè)試驗(yàn)也可以通過真空作用在組件上來實(shí)現(xiàn)。
6.1 壓力衰減試驗(yàn)
做壓力衰減試驗(yàn)以前，超濾設(shè)備在停機(jī)狀態(tài)，關(guān)閉超濾進(jìn)水、出水手動(dòng)閥；
試驗(yàn)準(zhǔn)備工作：
a)排水：手動(dòng)開氣動(dòng)反排閥，手動(dòng)開產(chǎn)水排放手閥排水，排凈為止，然后關(guān)閉氣動(dòng)反排閥，保持手動(dòng)產(chǎn)水排放閥在開啟狀態(tài)；
b)工具：減壓閥（兩端帶有φ6 快速接頭），φ6 氣管，或φ8、10 氣管；連接壓縮空氣：將進(jìn)水氣動(dòng)閥的開啟氣路的壓縮空氣管拔下來與減壓閥連接，減壓閥的另一端連有φ6 的氣管，用手憋住氣管，調(diào)節(jié)減壓閥出口壓力為 0.09-0.1MPa（公斤）（一定要用手憋住氣管調(diào)節(jié)壓力，不能把壓縮空氣管連接到進(jìn)水母管上再調(diào)壓，這樣會(huì)壓力過大破壞超濾膜），再將壓縮空氣管連接到進(jìn)水母管上的進(jìn)水取樣口；
c)升壓：通過進(jìn)水壓力表可以看出壓力會(huì)緩慢上升，可能前十 min 壓力上升會(huì)很滿，請(qǐng)耐心等待，經(jīng)過 10～30min 后，壓力上升到 0.09-0.1MPa；在升壓過程中為了防止憋壓，可以把各個(gè)產(chǎn)水取樣閥和產(chǎn)水排放閥打開；
d)測(cè)試：當(dāng)進(jìn)水端壓力緩慢升高到 0.1MPa，保持此壓力 2min，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，檢查壓力下降，超過 1min 的時(shí)間內(nèi)，最大壓力下降不能超過 0.005MPa。
超濾膜絲斷絲檢查完成檢測(cè)后，壓力容器內(nèi)的壓縮空氣要緩慢釋放，如把連接在進(jìn)水端取樣閥的氣管拔下來讓空氣慢慢釋放。如果壓力降超過 0.005MPa，說明可能存在連接件斷裂、O 型圈漏水或者斷絲情況，要分析那支壓力容器有問題：在進(jìn)行每支壓力容器的細(xì)微檢查。
6.2 單套系統(tǒng)衰減試驗(yàn)結(jié)果：#1 超濾壓力衰減法完整性測(cè)試，在加壓過程中壓力升不上去，可能存在斷絲或者連接件斷裂情況。
6.3 單支膜元件衰減試驗(yàn)結(jié)果：拆開#1 超濾系統(tǒng)的#7 膜殼，四支超濾膜編號(hào)分別為：04M361， 04M719，04M704，04M728，做單只膜完整性測(cè)試，04M361 有 14 根斷絲（已經(jīng)修補(bǔ)），04M719 有兩只斷絲（已經(jīng)修補(bǔ)），另兩只超濾膜有一個(gè)中間產(chǎn)水連接件斷裂（已更換新連接件）。
6.4 膜絲的斷裂檢查后的修復(fù)過程
將壓力容器內(nèi)的超濾膜抽出，浸在水容器中，一端進(jìn)水管用專用工具封堵，另一端用專用進(jìn)氣工具在進(jìn)水管進(jìn)氣，進(jìn)氣壓力控制在<0.1MPa，該膜在小于 0.1MPa 時(shí)膜絲只透過水不透氣，如果出現(xiàn)透氣現(xiàn)象，則證明有膜絲有斷絲現(xiàn)象，記錄膜絲斷絲位置，然后用膜針配合（406）專用膠，封堵在膜絲斷絲點(diǎn)上。凝固 5min 后去掉膜針封頭，再次進(jìn)氣檢驗(yàn)封堵效果。
7 完整性檢測(cè)后恢復(fù)運(yùn)行步驟
在做完整性檢測(cè)時(shí)，膜元件內(nèi)充滿空氣，在恢復(fù)運(yùn)行前一定要對(duì)超濾裝置進(jìn)行排氣，否則會(huì)破壞超濾膜，具體步驟為：
7.1 當(dāng)系統(tǒng)緩慢排氣完成后，需要進(jìn)行手動(dòng)排氣，拆卸進(jìn)水管最高點(diǎn)的排氣閥，排氣閥連接的手閥要打開狀態(tài)，進(jìn)水手閥關(guān)閉，產(chǎn)水排放閥打開，右側(cè)進(jìn)水手閥關(guān)閉，左側(cè)進(jìn)水閥開啟狀態(tài)；
7.2 另一種方法程控組操完成，打開一側(cè)進(jìn)水氣動(dòng)閥；反方向再打開一側(cè)反洗排水氣動(dòng)閥，再緩慢打開進(jìn)水手閥，保持小流量進(jìn)水，流量一般由小變大 20-50 噸/小時(shí)，此時(shí)要注意進(jìn)水壓力，防止憋壓，5～10min 左右再切換打開另一側(cè)進(jìn)水氣動(dòng)閥；反方向再打開一側(cè)反洗排水氣動(dòng)閥，持續(xù)進(jìn)水10～15 min 后，停止排氣，將程控系統(tǒng)恢復(fù)至自動(dòng)狀態(tài)下，重新啟動(dòng)系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行。
8 如何避免超濾膜絲的結(jié)垢概率
8.1 反滲透進(jìn)水前加酸改為超濾進(jìn)水前加酸的可行性分析：
反滲透前加酸主要目的是調(diào)節(jié)一級(jí)反滲透進(jìn)水 PH 值同時(shí)降低反滲透膜的結(jié)垢概率，在最佳控制狀態(tài)下阻垢劑加藥得到更好的發(fā)揮達(dá)到阻垢的目的。但是，通過幾年的運(yùn)行觀察發(fā)現(xiàn)，反滲透入口PH 值雖然得到控制，但是反滲透來水存在水質(zhì)不穩(wěn)定，有時(shí)來水導(dǎo)電率忽高、忽低，水中還有多種雜質(zhì)，并且造成保安過濾器及反滲透污堵較嚴(yán)重，也就是說上一級(jí)（超濾系統(tǒng)）處理出現(xiàn)問題。
通過長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)上一級(jí)系統(tǒng)，超濾產(chǎn)水能力下降，進(jìn)出口壓差曾達(dá)（進(jìn)水壓力由原來的 0.09 MPa 增長(zhǎng)到最高 0.15MPa 以上）進(jìn)水壓力增加了 0.12 MPa、反洗效果差，而且有無機(jī)鹽附著現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為“濃水極化后產(chǎn)生的無機(jī)鹽垢”，這種現(xiàn)象主要表現(xiàn)在化學(xué)清洗過程中，加酸浸泡后，酸液消耗分解過快，PH 值出現(xiàn)回升，加到 PH 值 2 時(shí)，兩個(gè)小時(shí)后排水在 PH 值 3-4 之間，二次加酸后酸液不能飽和仍有消耗。短時(shí)間清洗效果不理想，這些現(xiàn)象表明超濾膜有結(jié)垢污堵現(xiàn)象。時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)造反洗效果差、產(chǎn)水量下降，反復(fù)惡性循環(huán)會(huì)直接造成超濾膜絲污堵最后造成超濾不能正常運(yùn)行。
另外一種情況就是有機(jī)物和細(xì)菌的污染等多種因素，直接影響到超濾的制水能力，同時(shí)也是反滲透供水不足的主要原因。一般循環(huán)排污水來水的 PH 值在 7.5-8.8 之間，在這個(gè)范圍之間超濾系統(tǒng)易出現(xiàn)因長(zhǎng)期反洗效果差出現(xiàn)無機(jī)物污堵和濃水極化現(xiàn)象。（如果將反滲透前加酸改為超濾進(jìn)水前加酸，使超濾進(jìn)水 PH 值控制在中性 7 左右，就可以降低超濾結(jié)垢的概率，消除濃水極化后造成的結(jié)垢現(xiàn)象。提高超濾的反洗效果和產(chǎn)水量。
從理論上講，按照超濾膜絲的孔徑一般不會(huì)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。但通過長(zhǎng)期觀察以及有關(guān)資料證實(shí)，超濾膜也會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，一般表現(xiàn)在濃水極化現(xiàn)象后造成無機(jī)鹽垢類附著現(xiàn)象。就是說超濾膜絲微孔出現(xiàn)污堵后其透水空隙之間逐漸縮小。一般微濾（MF）膜的微孔徑在 0.1-1um 之間，超濾（UF）膜的微孔徑在 0.02-0.1um 之間，鈉濾（NF）微孔徑在（0.001 um-1nm）的物質(zhì)，反滲透（RO）膜的微孔徑則更小。能截流小于 1 鈉米級(jí)單位的物質(zhì)，所以說超濾膜絲微孔出現(xiàn)污堵后結(jié)垢概率會(huì)逐步增高。
8.2 改進(jìn)或建議
目前的加酸方式只能保證一級(jí)反滲透的正常調(diào)整，如果將加酸改在超濾進(jìn)水前進(jìn)水母管上，能使超濾和反滲透兩套系統(tǒng)得到更加安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。使超濾進(jìn)水、反滲透進(jìn)水 PH 值穩(wěn)定在 7 左右，同時(shí)降低了兩套系統(tǒng)的結(jié)垢概率。
改造過程很簡(jiǎn)單不需要增加任何設(shè)備，只需要縮短加藥點(diǎn)，也就是說，把反滲透進(jìn)水母管加藥點(diǎn)改在超濾進(jìn)水母管上，縮短加藥距離，同時(shí)也可以降低加藥量的阻力，即可解決以上存在的問題。
9 超濾膜的保護(hù)
9.1 短期停運(yùn)保護(hù)（1-7 天） 超濾膜先反洗 2min 后，再進(jìn)行一個(gè) 20ppm 的次氯酸鈉加藥洗，一直浸泡直到運(yùn)行；下次開機(jī)前，用反洗裝置進(jìn)行 3min 的水反洗后超濾轉(zhuǎn)入運(yùn)行。
9.2 中長(zhǎng)期停運(yùn)保護(hù)（停機(jī)時(shí)間超過 7 天）可以使用 0.5%的亞硫酸氫鈉(分析純)溶液浸泡；使用臨時(shí)加藥管、提升泵和水箱，用超濾產(chǎn)水水質(zhì)的水配比 0.5%的 Na HSO4 溶液，下次開機(jī)前，先用反·洗水進(jìn)行反洗 3min，再進(jìn)行一個(gè) 200ppm的次氯酸鈉加藥洗，浸泡 10 min 后，再進(jìn)行水反洗 3min 后超濾轉(zhuǎn)入運(yùn)行。
注：?jiǎn)翁自O(shè)備的容積約為 1000L，單套超濾系統(tǒng)使用亞硫酸氫鈉約為 5Kg。
10 結(jié)束語
超濾技術(shù)是一種比較理想水處理過濾工藝。只要掌握了它的最佳運(yùn)行方法和化學(xué)清洗的全過程處理，斷絲檢查及修補(bǔ)方法。膜工藝的使用壽命和運(yùn)行年限將會(huì)大大延長(zhǎng)。它的平均運(yùn)行成本也低于常規(guī)多介質(zhì)過濾器的平均運(yùn)行成本，同時(shí)超濾設(shè)備的占地面積也小于常規(guī)預(yù)處理的占地面積，運(yùn)行操作工序簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，同時(shí)還是理想的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目。