超滤膜化学清洗探讨

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(河南省中原大化集团有限责任公司 ， 河南 濮阳 457000)

中原大化煤化工项目脱盐水装置采用“多介质+超滤+反渗透+阳离子交换+阴离子交换+混床”工艺来制取脱盐水。其中超滤有4套装置，用于处理新鲜水， A、B两套最大制水量为75 m3/h，C、D两套最大制水量为80 m3/h，采用荷兰NORIT公司的SXL-225-UFC-0.8型聚醚砜中空纤维膜，超滤系统在运行一段时间后，由于积累了一定的脏物，其跨膜压差将会升高，因此需要定期反冲洗和化学反洗将其系统上的固体颗粒物、胶体物质等冲洗掉，实现超滤系统的正常运行。运行时间为30 min，每次反洗时间为80 s，化学清洗分为碱洗和酸洗，间隔为34次常规清洗。最近一段时间出现进水压力高达0.2 MPa的状况，虽然控制程序有化学清理酸洗和碱洗，效果并不理想。针对这种现象，在设定清洗程序的基础上，对超滤膜的化学清洗技术进行了一些探索，取得了较好的清洗效果。

1 超滤进水水质

厂区原水来自濮阳市自来水厂，水源为黄河水，其水质如下：pH值8.40，电导率837 μS/cm，浊度为1.72 mg/L，COD未测出，全固103.00 mg/L，溶固83.00 mg/L，悬浮物20.00 mg/L，总硬度285.00mg/L，暂时硬度110.53 mg/L，永久硬度174.47mg/L，碱度170.00 mg/L，总Fe 0.05 mg/L，Na+30.2 mg/L，Ca2+155.00 mg/L，Mg2+130.00 mg/L，NH4+0.09 mg/L，Cl-85.08 mg/L，SO42-139.29mg/L，HCO3-208.30 mg/L，SiO32-4.91 mg/L，NO3-6.41 mg/L，NO2-0.03 mg/L，PO42+0.15 mg/L。

2 清洗的标准

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。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。料液一旦与膜接触，膜的污染就开始。膜污染主要有无机物污染、胶体微粒污染、微生物污染、有机物污染等。引起污染的原因有很多，主要有进水水质变化、细菌滋生、预处理设计不完善或不正常、膜材质和膜结构采用不当、长时间运行不反洗、反洗或化学反洗控制不当等。当污染发展到由反冲洗、维护清洗都不能恢复其性能时，需要进行手动化学清洗。

3 超滤装置的清洗

超滤系统在运行一段时间后，由于累积了一定的脏物，其跨膜压差将会升高，因此需要通过定期的反冲洗及化学反冲洗将其系统上拦截的固体颗粒物、胶体物质等冲洗掉，实现超滤系统的正常运行。而化学清洗从本质上讲，是污染物与清洗剂之间的一个多项反应。化学清洗常用的清洗剂和杀菌剂有盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、草酸、柠檬酸、氢氟酸以及NaOH、KOH等，都可用于膜组件的清洗。加酸化学反洗可以消除其增加的部分跨膜压差。NaClO在化学清洗中既可以作为杀菌剂又可以作为氧化剂，作为杀菌剂用于防止微生物、细菌、有机物的污染；加碱化学反洗可以消除其增加的部分跨膜压差，一般与NaClO加药反冲洗同时进行。化学清洗药剂选用盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠。

3.1 超滤装置的清洗设备和药剂

3.1.1超滤反洗

超滤反洗泵为2台AZ150-315B型标准化工离心泵，一用一备。性能参数：流量340 m3/h，扬程0.26 MPa，转速1 450 r/min，功率37 kW。由于超滤反冲洗水泵在反冲洗及化学反冲洗时的流量分别为280、140 m3/h，因此反冲洗水泵的控制采用变频控制，根据反冲洗流量来调整反冲洗水泵的频率。

3.1.2超滤反洗NaClO加药

①NaClO的投加标准为200 mg/L(以有效氯计)，以10%的溶液(以有效氯计)进行投加，反洗进水量最大值为140 m3/h，则投加量最大值为280L/h(以有效氯计)。②计量泵两台，一用一备。其性能为：出口最大流量315 L/h，出口压力0.5 MPa。

3.1.3超滤反洗NaOH加药

①NaOH的投加标准为450 mg/L。以45%的NaOH溶液进行投加，反洗进水量最大值140 m3/h，投加最大值为140 L/h。②计量泵两台，一用一备。其性能为：出口最大流量为315 L/h，出口压力为0.7 MPa。

3.1.4超滤反洗HCl加药

①HCl的投加标准为450 mg/L。以31%的工业盐酸进行投加，反洗进水量最大值为140 m3/h，投加最大值为200 L/h。②计量泵3台，两用一备。其性能为：出口最大流量240 L/h，出口压力0.7 MPa。

3.2 超滤装置设定的清洗步骤

设定的清洗步骤为常规反洗流量为280 m3/h，常规反洗34次后，开始化学清洗。加药时间为180 s，浸泡时间为10 min，冲洗流量为280 m3/h。设定自动化学清洗步骤如下：①常规反洗。反洗流量280 m3/h，常规反洗时间80 s。②化学反洗(CEB)。化学反洗流量140 m3/h，分为碱洗和酸洗，碱洗为NaOH+NaClO，酸洗为盐酸(HCl)，碱洗间隔时间24 h，10%NaClO加药量200 mg/L，45%NaOH加药量450 mg/L；酸洗加药时间180 s，浸泡时间10 min，间隔时间24 h，31%HCl加药量450 mg/L，加药时间180 s，浸泡时间10 min。③冲洗。冲洗流量280 m3/h，冲洗时间240 s。

3.3 加强版手动化学清洗步骤

通过正常设定的程序步骤，常规清洗和化学清洗已不能使压力降下来，致使超滤产水量下降，无法满足后续装置的制水要求，势必会造成生产停止，因此对超滤进行有效的、彻底的化学清洗十分重要。我们尝试过增加加药时间和浸泡时间，进水压力能够下降到0.10 MPa，但是会很快上升到0.20 MPa，说明增加加药时间和浸泡时间有效果，没有彻底洗干净超滤膜。考虑到超滤膜可能被污染得太严重，需要加大延长加药时间和浸泡时间，使药剂和污染物充分结合反应；而且化学反洗流量大会导致加药泵加不进去药的情况出现，通过调节反洗水泵频率降低流量，再用pH试纸确定药剂是否加了进去。先碱洗，pH值控制在12以上，冲洗干净后再酸洗，pH值控制在2以下，通过多次摸索试验，最终确定手动化学清洗方法。

超滤手动化学清洗步骤如下：①碱洗化学反洗流量80 m3/h，10%NaClO碱洗加药量200 mg/L，45%NaOH加药量450 mg/L，加药时间600 s，浸泡时间180 min。②冲洗。冲洗流量280 m3/h，冲洗时间60 s。③酸洗化学反洗流量为80 m3/h，31%HCl加药量450 mg/L，加药时间600 s，浸泡时间60 min。④冲洗。冲洗流量280 m3/h，冲洗时间600 s。

按照加强版手动化学清洗步骤清洗超滤装置后，运行超滤装置，将其流量设定在75 m3/h时，进水压力0.07 MPa，已恢复其最初的性能，现已按原设定程序运行3月有余，没有再出现压力上升很快的问题，生产运行稳定。

4 结束语

适当增加化学清洗加药时间和浸泡时间，有利于膜元件的清洗，而且在线就可进行，不用拆卸超滤膜元件来进行化学清洗就能恢复超滤膜元件的性能，可以说方便省事省力。该方法是中化大化煤化工脱盐水系统超滤装置化学清洗的经验，这是由于超滤膜的污染有很强的地域水源性，各地在对超滤进行化学清洗时，应根据各地不同的情况进一步探索、完善，形成一套适合自己的清洗方案，以保证超滤膜的长周期稳定运行。