化工厂用水超滤处理中膜污染及化学清洗方法

文章编号：1671－8909（2012）09－0001－05化工厂用水超滤处理中膜污染

及化学清洗方法

田晶，王丁，荣玥（蓝星环境工程有限公司，北京101318）摘要：以某化工厂除盐水处理工程为例，阐述了超滤装置的工艺流程和运行方式，分析了超滤的工作原理及处理过程中膜污染的形成原因，提出了控制膜污染的化学清洗方法和清洗控制参数，为此类水处理工艺的日常运行管理和维护提供技术参考。关键词：超滤；膜污染；化学清洗中图分类号：TQ028.8文献标识码：B

Membranefoulingandchemicalcleaningofwatertreatmentultrafiltersinchemicalplants

TIANJing，WANGDing，RONGYue（BluestarEnvironmentEngineeringCo.，Ltd.，Beijing101318，China）Abstract：Accordingtothedesalinationwatertreatmentengineeringinachemicalplant，theprocessandoperationmodeofultrafiltrationdevicewasdescribed，principleofultrafiltrationandcausesofmembranefoulingwereanalyzed.Thechemicalcleaningofmembranefoulingandcleaningparameterscontrolmethodslistedinthearticleistechnicalreferenceforthedailyoperation，managementandmaintenanceofthiswatertreatmentprocess.Keywords：ultrafiltration；membranefouling；chemicalcleaning

随着化工企业用水对水质要求的不断提高及膜法水处理技术的发展，超滤处理技术在化工厂除盐水处理中的应用越来越广泛。在正常运行过程中，超滤膜元件不可避免地会被无机盐垢、胶体、微生物、微粒、有机物等污染，造成膜孔堵塞导致出水流量显著下降，并影响出水水质，降低使用寿命。目前，解决此问题最有效的方法就是对膜元件定期进行化学清洗，以保证处理水量和出水水质。某化工厂生产粘胶纤维所用脱盐水的制备采用了超滤处理工艺，处理规模400t/h。现以该厂超滤装置为例介绍超滤的工作原理、超滤膜污染现象及化学清洗方法。

1超滤的工作原理及膜污染现象

早在1861年，A.Schmidt首次在过滤领域中提

收稿日期：2012－08－13作者简介：田晶（1983－），女，甘肃金昌人，硕士，助理工程师，主要从事水处理理论与技术研究。

实用技术清洗世界CleaningWorld第28卷第9期

2012年9月出超滤概念。20世纪七八十年代，超滤技术高速发展，应用范围越来越广。超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，是以机械筛分原理为基础的溶液分离过程，物质的截留除筛分外，还包括吸附等作用，从而使物质得以分级、浓缩或净化。主要能截留相对分子质量在1000以上的大分子与胶体微粒，去除水中的微粒、悬浮物、胶体、细菌、病毒、蛋白质及高分子有机物。超滤过程是一个动态过滤过程，截留物质可随浓缩液排放，膜不易被堵塞，可长期连续运行，与常规的脱水（浓缩）工艺相比，不出现溶液的相态变化，从而大大节省了能源。它是以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原水流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过，成为透过液，而原水中直径大于膜表面微孔的物质被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，从而实现对原水的净化和分离［1］。

在超滤运行过程中，超滤的膜通量随运行时间的延长而降低，过膜压差逐步升高。造成这一现象的主要原因是：（1）随着超滤机组的长时间运行，原水中被截留

下来的各种胶体、颗粒、微生物等杂质会附着于超滤膜的表面，一些细小的微粒会渗入至膜孔中堵塞膜孔，使超滤膜的分离能力和产水量下降；（2）超滤机组在运行过程中，细菌及其他微生物

被截留在膜表面，不仅会大量繁殖，而且这些原生物与其代谢物质形成的一种黏滑的污染物质会紧紧地粘附在膜表面，影响膜的水通量和产水量。因此，膜污染是处理物料中的微粒、大分子、胶体粒子或其他的溶质分子与膜存在物理、化学相互作用或机械作用而引起的，在膜表面或膜孔内吸附沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜的性能产生不可逆变化的现象。当污物积累到一定程度后，超滤的进水压力就会逐渐升高，产水量随之下降，这时就需要用化学清洗的方法来恢复超滤膜的透水性能。

2某化工厂超滤装置的运行情况

2.1工艺流程

某化工厂脱盐水处理系统的工艺流程为：净水厂处理后黄河水—原水泵—自清洗过滤器—超滤装置—超滤水池—反渗透—阴阳床—混床—除盐水池。该工艺采用进口自清洗过滤器作为超滤前处理设备，超滤膜选用美国进口的高强度PS中空纤维膜，膜公称孔径0.03μm。超滤装置主要由2组过滤单元（1套反洗单元、1套化学清洗单元）组成。每组出水流量为200t/h，反洗流量为40t/h。主要配备仪表有出水余氯仪、反洗余氯仪、出水氧化还原电位仪、温度计和压力表。2.2运行方式

该超滤装置以处理后的黄河水为水源，采用全量过滤的方式，即运行中不同时排放浓水，进人膜管的水在压力驱动下全部透过膜的表面。超滤的整个运行周期包括运行—反冲洗—快冲洗—化学加强反洗等过程，运行中每0.5h反洗1次。超滤膜运行一段时间后，膜表面会出现沉淀物。为恢复膜的性能，需定期对超滤膜进行化学清洗。化学循环清洗模式的药剂与污染物接触时间长，清洗效果好。主要监测指标有：进出水浊度、反洗余氯、出水余氯、出水氧化还原电位、膜筒进出口压差和流量。超滤装置运行参数见表1。表1某化工厂超滤装置运行参数

项目数值进水浊度/NTU＜5出水浊度/NTU≤0.2pH2～11温度/℃1～40最大反洗压力/kPa250膜透过率/（L·m－2·h－1）70～100膜筒压差/kPa70～100过滤流量/（t·h－1）400～434

·2·清洗世界第9期3超滤装置的化学清洗

3.1清洗药剂的选择

超滤装置常用的化学清洗剂主要有：酸、碱、螯合剂、氧化剂。酸清洗剂主要用于去除氧化铁、金属硫化物、碳酸钙和磷酸钙等。碱清洗剂主要有：磷酸盐和氢氧化物。碱清洗剂可使沉淀物松动、乳化和分散。常用的螯合剂有：EDTA、柠檬酸。EDTA常用于去除有机物，而柠檬酸在酸性溶液中可以有效螯合铁离子。氧化剂主要是次氯酸钠，用于去除膜筒内的细菌、藻类。甲醛也可用于杀菌灭藻，但对人体有很大的刺激作用，不易操作，建议慎用［2］。

选择合理的清洗剂，能使超滤装置的清洗效果达到最佳程度，首先应确定造成超滤装置膜筒污堵的污染源。所以，在决定化学清洗前，应对超滤进出水进行分析。见表2。表2超滤装置运行水质分析项目分析值超滤进水水质浊度/NTU＜5ρ（TSS）/（mg·L－1）＜5

ρ（TOC）/（mg·L－1）—

COD/（mg·L－1）＜30

ρ（NH4）/（mg·L－1）

—

ρ（Fe）/（mg·L－1）＜0.6

ρ（Mn）/（mg·L－1）＜0.1

油类质量浓度/（mg·L－1）—超滤产水水质SDI≤2.5浊度/NTU≤0.2

由表1可见，该超滤装置膜筒中主要附着物为有机物、铁、悬浮物。超滤装置膜筒材料是PVDF，具有高强度和良好的抗化学腐蚀能力，可采用酸性溶液和碱性氧化剂溶液对超滤装置进行清洗。根据超滤装置厂家提供的清洗参考，并结合实际情况，采用了柠檬酸和碱性次氯酸钠相结合的清洗方案。柠檬

酸主要用途是去除悬浮物、胶体铁化学物等对膜造

成的无机物污染，碱性次氯酸钠可以去除有机物污染及微生物、藻类对膜筒的污染。3.2清洗工艺

进行化学清洗前，首先冲洗整个系统管路。然后，停止超滤装置运行，关闭进水气动门和手动门，打开化学清洗装置出口阀和回水阀。3.2.1碱性次氯酸钠清洗

根据溶液箱及管路体积，配制好（0.2%NaClO+0.1%NaOH）溶液，并充分搅拌使其混合均匀。首先，进行高频率、短时间气擦洗（一般3～8次，每次10～15s），并进行多次水反洗。气洗及水反洗后，启动化学清洗泵，调整出口压力在0.05MPa左右，使清洗液在超滤膜管内循环。大部分化学清洗液由原水端回流至化学清洗箱，少部分透过超滤膜由滤后水进入化学清洗箱。采用动态循环与静态浸泡相结合的方式清洗：循环0.5h后，再浸泡1h。3.2.2柠檬酸酸洗

参照碱性次氯酸钠清洗操作方法，配制1%的柠檬酸溶液，并充分搅拌使其混合均匀。也采用动态循环与静态浸泡相结合方式清洗。3.3清洗参数的控制

3.3.1温度控制

在适宜的温度下浸泡和循环能够提高超滤膜清洗效果。通常，清洗工艺规定清洗液温度不超过40℃，以避免温度过高对膜造成损伤。但是，由于膜

筒中有水，而且系统管道、保安过滤器及膜筒会先吸热再散热，以致膜筒中的清洗液温度达不到40℃，降低了浸泡的效果。应该先把清洗液加热到50℃左右，开清洗泵调整好出口门开度，让清洗液缓慢加热整个系统，等系统温度均匀后再控制清洗箱的加热温度为45℃左右。这样，就会使膜筒中的清洗液温度始终保持在40℃上下［3］。

3.3.2压力控制

在清洗过程中，清洗泵出口压力控制在50～

·3·第28卷田晶等.化工厂用水超滤处理中膜污染及化学清洗方法