1、超滤系统运行管理探析王新乔湖北双环科技公司热电厂【摘要】本文结合双环公司超滤系统实际情况，从超滤预处理、工艺参数的控制、化学清洗三个方面的运行管理进行了分析和探讨。【关键词】超滤 膜通量 预处理 运行管理 化学清洗前言湖北双环科技股份有限公司热电厂现有4台75t/h、2台130t/h 的中压锅炉，1台130t/h 的高压锅炉，热电联产，供汽为主，发电为辅。正常生产时供一级除盐水450t/h，二级除盐水150t/h 。化水车间共有固定式阳离子交换塔9台（120 t/h 台） 、阴离子交换塔9台（120 t/h 台），混合离子交换塔2台。由于源水水质恶劣、化学水处理工艺缺陷及设备能力不足，一、二级
2、除盐水水质难以达到要求，除盐水中电导率及 SiO2超标，特别是高压锅炉蒸汽中的 SiO2含量严重超标，高压机组无法运行，严重影响生产。为满高压锅炉水质要求，公司在2003年10月投资650万元建设一套采用超滤反渗透技术生产二级除盐水220 t/h 的水处理装置，以满足高压锅炉用水的要求。1. 水质及系统情况1.2原水水质公司采用汉江的支流府河水为水源，河水经混凝、加氯、澄清和过滤处理后送往各用户，其处理水量3000T/H，到化水车间的典型的源水水质分析表如下：名称 含量 名称 含量总固形物 297mg/l HCO3 60 mg/l总硬度 1.2 mmol/l SO42 - 52 mg/l总碱度
3、 1.2 mmol/l Cl 50 mg/l电导率 280s/cm Na+ 3.5mg/l浊度 210NTU PH 7.0Ca2+ 41mg/l COD 5mg/lMg2+ 4.7mg/l Fe2+ 0.024mg/lSiO2(胶体) 6 mmol/l SiO2(活性) 8 mmol/l因水源为地表水，水质受季节影响较大，枯水季节（同年十月至次年四月）水质呈周期性恶化，总固形物高达800 mg/L，Cl 150200 mg/L，活性 SiO2 16 mg/L。1.2 原制水系统流程如下：1.3 新增超滤（）和反渗透（）后的流程示意图如下：2. 超滤预处理运行管理原水在供排水车间混凝、澄清、过滤
4、及加氯杀菌处理后（处理水量3000 T/H ） ，部分水通过公用管道送至化学车间（700T/H ） 。因公用管道匀为钢管，运行过程中受其他用户的影响，水量水压波动大，整个管道中形成不规则的漩流及脉冲，水中含有铁锈、菌藻残留物、固体颗粒及破碎矾花等杂质，为防止这些物质对超滤的机械污堵，超滤的预处理显得尤为重要。我公司超滤预处理有粗滤和精滤二部分，粗滤采用四套逆流高效过滤器，直径3000mm，单套产水210 T/H；精滤采用二套20缠绕式滤芯过滤器，单套产水160T/H。2.1高效过滤器的运行管理高效过滤器的运行大致可分为三个过程，运行初期滤层阻力小，截污能力大，进水自中心向四周形成速度梯度，配水
5、难以均匀，严重时在过滤器内形成局部死角，特别是过滤器中空气没有排尽时该状况更加严重，给菌藻类滋生繁殖创造极有利条件；运行中期，随着纤维束中心区域截污量的增加，自四周向中心阻力增加，配水趋于均衡，产水量及水质稳定；运行末期，截污能力已尽极限，浅层纤维束已形成阻力极大的滤饼，进出口压差迅速增加，深层纤维束随时有被穿透的可能，出口水质趋势于恶化。运行初期和末期的监控是运行管理的重点，运行初期要使进水均匀，余气排尽，在保证产水量的情况下将进水适当截流，使过滤器内水流速度差降至最低，消除过滤死角，防止菌藻类滋生繁殖，在运行过程中随着产水量的变化逐渐增加进水量；在运行末期，严格监测进出口压差及产水浊度，压
6、差超过0。2MPa 或浊度超过2FTU 时，过滤器退出运行进行气水洗。另外，过滤器在运行过程中不得停运，以防滤层紊乱及搅动影响产水质量。过滤器的日常清洗通过上进水下进气的方式对流冲洗，保持进气强度在60L/sm 3左右，使纤维束充分搅动，达到截留物彻底脱落的目的。同时在运行之初，缓慢升压，废水外排，直到产水合格后并入系统。高效过滤器长期运行后，由于菌藻类滋生繁殖、胶体与纤维束的静电吸引、有机物的污染等因素，造成运行周期短，截污能力下降，水气洗后压降不明显，就需要进行化学清洗。我们采用3%NaOH、0.5%NaCLO 混合液，加热到30，浸泡滤料24小时后进行气水合洗，至 PH8时结束，清洗后产
7、水还原率可达98%以上，截污容量大于10/m 3。2.2精密过滤器的运行管理精密过滤器中缠绕滤芯采用承插式安装，工作侧与产水侧由“O”型圈分隔，因过滤器直径小（600mm） ，进出水没有设置配水装置，结构简单。在过滤初期，要缓慢进水，排尽空气，防止形成过滤死角及水锤冲击破坏闭封圈，造成进出水短路；在运行过程中，严格监测进出水压差，当压差大于0。1MPa 时，必须对滤芯进行更换，否则，会造成出水筛板变形，滤芯与孔板密封不严，进出水短路，产水水质恶化。更新滤芯后的首次投运，产水排放1015分钟，防止线绒及检修残留物对超滤的污堵。经过以上预处理后，超滤进水 SDI 在5左右，为超滤的稳定运行创造了良
8、好的条件。3. 超滤装置的运行管理和维护保养3.1 超滤系统工艺装置情况我公司超滤反渗透系统由武汉科梦发展有限公司设计调试，超滤采用一级一段部分循环连续式工艺流程，四组并联运行，浓水回流四组合一，单泵增压循环，每组挂超滤柱39支，单组产水76t/h，系统浓缩水排放8t/h。进水配置20 过滤器二台及稳压调节门一台，以控制进水水质及进水压力。超滤反洗采用气水脉冲擦洗，配备反洗泵二台、空压机一台，反洗频率每二小时一次。超滤柱直径200mm，额定工作压力0.25MPa，产水量2t/h，滤膜为聚丙烯中空纤维膜，有良好的耐酸碱性和透气性能，截留分子量5000D，产水 SDI3。另外，为使冬季超滤装置的正
9、常制水，在总进水处安装表面式换热器一台，以提高水温（15 30） ，保证其产水量,同时，整个系统操作全部实行程控操作，劳动强度极低。3.2运行参数和运行工况的调整及控制3.2.1运行压力超滤进水为清水泵出水，压力在0.550.65MPa，超过其运行压力，为此，在20 后安装了一台 JD745型多功能自动调压阀，使超滤进水压力在0.10.25MPa 之间波动。根据聚丙烯膜的运行特性及原水水质状况，在一个化学清洗周期内（25天左右） ，在保证产水量300t/h 的情况下，运行压力控制大致分为三个阶段，其曲线图如下：3.2.2回流比由于四组超滤浓水通过一台泵加压回流，并联运行，系统阻力各异，回流比难
10、以控制。在总进水压力稳定后，通过调整各组浓水回流门控制单组回流比，在调整过程中各组运行工况相互干扰，很难保证四组回流比一致，一般控制在1：11：3范围，正是这种差异造成每过滤工况和过滤效果的差异，使四组膜通量不在同一均衡水平，因此，对并联系统而言，回流比的调整是涉及运行压力、产水量、膜通量、产水水质、清洗周期及运行效率的综合因素，其运行调整显得至关重要。3.2.3 温度的控制运行温度一般控制在1530之间，冬季通过表面式换热器对进水加热，用温控测点控制蒸汽量，防止超滤运行和反洗过程中水压水量的波动使进水超温，损坏膜及组件。3.2.4压力降系统运行过程中，随着膜通量的下降及进水压力的调整，进水与
11、产水压降、进水与浓水压降都在发生相应的变化，在运行及回流比的调整过程中，要密切注意这二个压降的变化，保证进水与产水压降小于0.17MPa，进水与浓水压降小于0.1MPa。在系统运行末期，在满足一个压降最大的情况下，任何一个超标就必须退出进行化学清洗。3.2.5排污量按设计要求，四组超滤连续排污量为8t/h。在实际运行过程中，需根据浓水状况对排污量进行调整，夏季一般控制在12t/h，冬季8t/h，如果发现浓水急剧恶化，采取强制气水反洗，以降低浓缩比，防止超滤膜的二次污染。3.2.6气水反冲洗超滤反洗每二小时一次，采从产水侧进压缩空气脉冲后，开启反洗泵用成品水大流量清洗，自进水侧外排。其运行管理主
12、要有压缩气压和反洗时间的控制和调整。反洗前要密切注意空压机及稳压阀的运行状况，保证空压在0.22MPa 左右，防止超压损坏膜元件；成品水反洗时间随季节、水温、进水水质状况及化学清洗周期等因素进行调整，一般控制在30s120s 的范围，以提高设备效率，降低水耗。3.3操作管理及注意事项超滤的操作管理要达到二个目的：一是保护膜及膜元件免受损害，延长其使用寿命；二是监控调整好超滤的运行参数，使膜元件在正常工况下运行，保证使用效率及产水质量。3.3.1 超滤启动前的准备启动前要确认操作系统及 PLC 控制系统在初始状态，防止误动；对系统管阀、电气、仪表设备进行全面检查，各组超滤回流排水门、系统排污门处
13、于开启状态，防止运行之初水锤冲击，损坏膜装置；对进水水质状况及工艺状况进行检测和调整，使之符合超滤进水要求。3.3.2系统的启动四组超滤逐组点击启动，系统中余气排尽后，启动回流泵，关回流排水门，缓慢调整回流出口门，进行运行压力、流量、回流比、排污量的调整，使运行参数在额定范围内。3.3.3运行过程管理在运行过程中要对运行压力、压力降、回流比、排污量、水温等参数的持续调整、监控和记录；定时分析记录进水、产水质量，防止水质恶化。特别要注意气水洗过程中阀位的动作、反馈信号、压缩气压、水洗压力是否正常，防止超压对装置的损坏。3.3.4停运及保护系统停运前先开启回流排水门，停止回流泵使系统压力降至最低后
14、逐组点击，气水反洗后退出运行，此时，装置内必须充满水，防止滤膜脱水变于失效。短时间停运，每天运行一小时左右，用新鲜水置换出元件内存留的水；长时间停运（7天以上） ，要向装置内注入保护液（1%的甲醛水溶液） ，防止细菌滋生繁殖。4.超滤系统杀菌和化学清洗4.1化学清洗系统配置超滤和反渗透共用一套可移动式化学清洗装置，由清洗药箱（4m 3） 、清洗泵（Q30t/h、H30mH 2O） 、精密过滤器及相关管阀表计组成。超滤清洗时精密过滤器安装20 滤芯，运行压差不超过0.1MPa，否则，会制约清洗流量，影响清洗效果；反渗透清洗时安装5 滤芯，以保证清洗液的质量。4.2系统杀菌系统杀菌有二种模式，原水
15、在供排水车间加氯后送至超滤系统进行连续杀菌，运行过程中每四小时分析余氯含量，保证超滤进水余氯在0.30.5mg/L，但进反渗透前彻底还原，防止强氧化剂对反渗透膜的损伤；间断杀菌每周进行一次，配制3%的1227杀菌剂通过化学清洗装置在超滤组件中循环0.5小时后浸泡35小时，单组用量2t/h，之后用成品水清洗合格，投入运行。4.3化学清洗液的配制清洗液的组份随季节水质变化侧重点不同，夏秋丰水季，原水浊度较大，混凝澄清效果显著，胶体的除去率高，但菌藻类物质聚结迅速，活性好，滋生旺盛，繁殖周期短，清洗主要以杀菌为主，一般采取如下配方： 0。5% HCl 循环清洗,水洗合格后，用1%NaOH，NaClO
16、400ppm 混合液，加温35，循环1小时，浸泡4小时，每组用量2t/h 左右；冬春枯水期，河水浊度低，温度低，矾花聚结困难，不利除胶，清洗主要以胶体脱稳为主，清洗液配制如下：1% HCl 循环清洗,水洗合格后，用3% NaOH 和200ppm NaClO 的混合液，加温至35，循环1小时，浸泡4小时，每组用量也在2t/h 左右。4.4清洗方式及注意事项：为保证产水平衡，57天选取一组轮流进行化学清洗，在清洗液循环过程中，要检查该组阀门的密闭情况，并注意超滤产水电导率的变化，如果产水电导率急剧上升，说明清洗液串入运行系统，要迅速处理，防止强氧化剂进入反渗透系统，损坏渗透膜。在超滤膜浸泡过程中，
17、组件内会产生大量气泡，为防止系统憋压破坏膜元件，要适当开启放空门。清洗液排空后水洗分二个步骤：首先开启回流排放门、进水侧排放门，启动反洗泵，大流量的成品水从产水侧进入，从膜元件二端排出，直到水清为止；然后，开启回流排放门及进水门用进水等压清洗，直至水清，必要时分析排水 PH 值，与进水一致后投入运行。5.结束反渗透系统运行一年多来，工况极其稳定，其间进行了一次化学清洗，通过对清洗废液的分析，Ca +、Mg +的含量在98%以上，胶体及其他污染物微乎其微。总之，在膜法大规模处理地表水方面，超滤作为反渗透的预处理具有适应水质范围广、产水质量高、运行成本低、系统运行稳定等特点，发挥超滤的最大运行效率，最大限度地降低其机械和化学损伤，延长超滤膜的使用寿命，给反渗透的安全稳定运行创造有利条件，这是搞好其运行管理的根本。参考文献(1)反渗透-膜技术.水化学和工业应用 化学工业出版社 1999.9 作者: 美国 Zahid.Amjad(2)膜技术手册 化学工业出版社 2001.1 时钧 袁权 高从堦 主编(3)膜分离技术应用手册化学工业出版社 2001.2 刘茉娥 主编 (4)膜工艺-组件和装置设计基础 化学工业出版社 1998.5 作者: 德国 R Rautenbach
