某電廠超濾膜污染分析及離線化學(xué)清洗

張賀,劉文超, 尹成志，孫澤杭

(1.浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司，浙江 紹興312073；2. 杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心有限公司，浙江 杭州 310012；3.杭州英普環(huán)境技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310011)

某電廠超濾膜污染分析及離線化學(xué)清洗

張賀1,劉文超2, 尹成志3，孫澤杭1

(1.浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司，浙江 紹興312073；2. 杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心有限公司，浙江 杭州 310012；3.杭州英普環(huán)境技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310011)

針對某電廠超濾膜組件運行后出現(xiàn)膜污染的現(xiàn)象，通過檢查膜組件運行時的水質(zhì)分析、SEM掃描分析和能譜分析尋找造成污染的原因，證明超濾膜組件的污染物是有機(jī)物和膠體，為此，采取離線化學(xué)清洗，以先采用堿洗，后酸洗的方式，使膜性能得以恢復(fù)，并對此后超濾裝置的維護(hù)提出有效的建議。

超濾膜組件；污堵原因；清洗方案；有機(jī)物污染

0 前言

隨著電廠用水對水質(zhì)要求的不斷提高，超濾處理技術(shù)在火電廠的化學(xué)除鹽系統(tǒng)中占有重要的地位，因此膜污染引起人們的廣泛重視〔1-3〕。隨著除鹽系統(tǒng)的不斷完善，導(dǎo)致膜污染的原因也逐漸的發(fā)生變化，在平時化學(xué)除鹽水系統(tǒng)運行的過程中，僅僅通過化學(xué)預(yù)處理和普通的反洗過程，已不能滿足生產(chǎn)的要求，因此解決超濾膜污染問題，使得超技術(shù)的應(yīng)用得以廣泛應(yīng)用，是十分關(guān)鍵的問題，與此同時，正確的定期化學(xué)清洗發(fā)法也關(guān)系著膜組件的使用壽命〔4-6〕。有很多專業(yè)人士通過實驗研究了膜組件的清洗問題，通過研究膜污染的污染源，提出了定期清洗的建議〔7-8〕。

某電廠設(shè)有超濾系統(tǒng)3×200 m3/h，做為離子交換系統(tǒng)的預(yù)處理?，F(xiàn)系統(tǒng)運行已將近四年，運行壓差超過0.1MPa。由于系統(tǒng)跨膜壓差上升、產(chǎn)水量下降，出水水質(zhì)變差，一套超濾系統(tǒng)處于停用狀態(tài)。為此，浙能紹興濱海電廠對超濾膜的污堵原因進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了超濾膜元件離線清洗。

1 膜污染分析

膜污染〔9-10〕是指在膜過濾過程中，物料中的微粒，膠體粒子或者溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉淀造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化的現(xiàn)象。為了有針對性的進(jìn)行膜清洗，需要膜性能、污染物及水質(zhì)進(jìn)行全面的污染分析。

1.1 膜性能分析

超濾系統(tǒng)出水為3*200m3/h(20℃時)，超濾膜采用荷蘭NORIT公司內(nèi)壓式中空纖維膜，過濾的截留分子量為不大于150，000道爾頓，材質(zhì)親水性聚醚砜，型號SXL-225FSFC0.8mm，80支每套，設(shè)計凈通量62.5L/m2·h。系統(tǒng)投運初期進(jìn)出水壓差為0.03MPa以下，隨著超濾膜運行時間增加，超濾膜污染情況隨之惡化，壓差會不斷升高。

通過在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)#3超濾系統(tǒng)運行時壓差升高至0.1MPa左右，反洗效果不佳，達(dá)不到降低運行壓差的目的，排除其他表計等原因后確認(rèn)膜組件已發(fā)生了污染。

1.2 膜污染水質(zhì)分析

造成超濾膜組件污堵的原因有很多，如膜組件長時間使用，由于地表水中含有一些容易結(jié)垢的離子，如碳酸根，鈣，鎂，硫酸根等離子，它們在水體中會生成沉淀被截留在膜組件的表面造成膜面的污堵；在夏季高溫天氣下，水體極易滋生細(xì)菌，在膜表面上大量繁殖微生物，使產(chǎn)水端粘附細(xì)胞，生成有機(jī)物附在膜表面，從而影響膜組件性能；或者是膜元件在長時間使用時斷裂引起膜纖維失效，可以通過產(chǎn)水濁度的變化進(jìn)行判斷。為了找到是哪種原因引起的膜面污堵，我們進(jìn)行了化學(xué)清洗前的進(jìn)出水和反洗水的水質(zhì)分析，具體結(jié)果見表1。

表1 超濾裝置運行水質(zhì)分析

通過對膜組件的進(jìn)出水和反洗排水的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)中可以看出，膜組件進(jìn)水含有一定的有機(jī)物和鐵離子及膠體等，因此膜組件的污染源可能為金屬離子形成的膠體污染和有機(jī)物污染。

1.3 污染物分析

于是拆解超濾裝置最下面的一個壓力容器端蓋進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)超濾膜表面、膜絲表面和膜中間的旁通管內(nèi)均呈深黃色，無腥臭味，用手擦拭可以去除表面浮垢，超濾產(chǎn)水端蓋也呈黃色，有明顯的沉積物附著，具體情況如圖1和圖2所示。

圖1：超濾產(chǎn)水端膜表面

圖2：超濾產(chǎn)水端蓋

在確定膜組件已被污染后，使用工具刮取一些膜表面附著物，采用掃描電鏡(SEM)對超濾膜上污染物的形態(tài)進(jìn)行分析〔11〕，結(jié)果見圖3所示，膜表面松散顆粒狀物質(zhì)應(yīng)該屬于懸浮物質(zhì)，而吸附在膜表面的顆粒比較細(xì)小、可能是有機(jī)或無機(jī)成分組成的單體或復(fù)合化合物，屬于粘附性強(qiáng)、產(chǎn)水阻力大的凝膠污染層，它們主要來源于地表水或超濾前的預(yù)處理系統(tǒng)。

圖3 超濾膜表面沉積物電鏡圖

為了確定污染物的具體成分，從而找到解決膜表面污染的辦法，采用能譜分析儀(EDS)對膜表面沉積物進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。由表中數(shù)據(jù)可以看出，沉積物應(yīng)該是膠體污染，即懸浮在水中的有機(jī)與無機(jī)混合物的顆粒，它的主要成分為鐵、鋁、硅、硫的顆粒物和有機(jī)物沉淀污垢。有機(jī)物污染吸附在膜表面，其主要來源于地表水中，在夏季高溫天氣的條件下，水體極易滋生細(xì)菌等，使超濾產(chǎn)水端蓋附著粘滑性物質(zhì)，隨著進(jìn)水進(jìn)入膜組件，從而堵塞膜表面。另外，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，超濾前的空氣擦洗濾池內(nèi)部存在明顯腐蝕現(xiàn)象，同時有一段管道使用了碳鋼管，因此鐵污染應(yīng)主要來源于預(yù)處理系統(tǒng)。碳鋼腐蝕后出現(xiàn)大量Fe2+，在CEB(化學(xué)加強(qiáng)反洗)堿洗時遇到次氯酸鈉溶液被氧化為Fe3+，與NaOH反應(yīng)形成Fe(OH)3。這些污染物逐漸沉積在超濾膜表面，形成黃色的污染層，堵塞產(chǎn)水通道。

表2 超濾膜表面污染物元素分析

2 超濾膜離線化學(xué)清洗

2.1 清洗工藝的選擇

根據(jù)污染的相關(guān)分析，并在清洗實驗基礎(chǔ)上，確定采取先堿洗和次氯酸鈉結(jié)合去除表面微生物和鐵離子，后續(xù)使用酸性清洗劑去除黏著的有機(jī)物等復(fù)合物的方法。為檢測超濾膜的密封性以及膜絲的斷絲情況，考慮進(jìn)行體外化學(xué)清洗。

2.2 清洗實施過程

堿洗 采用氫氧化鈉加次氯酸鈉(200PPm)，在pH=12時使用堿性清洗液清洗，循環(huán)清洗和浸泡相結(jié)合的方式進(jìn)行堿洗。清洗時發(fā)現(xiàn)清洗液變成黃色，產(chǎn)生大量氣泡；將表面附著的一部分鐵離子化合物清除。

酸洗 采用清洗劑FC820加次氯酸鈉在pH=2.2時使用酸性清洗劑清洗，循環(huán)清洗和浸泡相結(jié)合的方式進(jìn)行酸洗，此步驟主要去除膜表面生成的有機(jī)物和其他雜質(zhì)，由于有機(jī)物的粘著性，導(dǎo)致正常的普通反洗無法去除此部分物質(zhì)，這也是膜污堵的主要原因。當(dāng)清洗過程中清洗液顏色變化不大，同時跨膜壓差恢復(fù)到0.03MPa以下時，說明清洗已完成。

2.3 清洗結(jié)果

在清洗結(jié)束后，每支膜都已恢復(fù)清潔，無明顯黃色或紅色。并已保證超濾膜組件能夠達(dá)到超濾膜設(shè)計要求，主要包括保證超濾膜壓差恢復(fù)正常，進(jìn)出水壓差≤0.035MPa、以及出水SDI<3、出水濁度<1NTU等主要指標(biāo)。清洗前后壓力變化如表3所示。

表3 超濾膜清洗前后指標(biāo)變化

從表3中可以看出，通過壓差可看出超濾污染情況得以解決，超濾膜組件的化學(xué)清洗達(dá)到目的，超濾膜的性能基本得到恢復(fù)，在此過程中更換密封破損膜組件6支，封堵破損膜絲123根，更換了部分連接件及密封件，保證裝回后的超濾膜組件密封良好。

3 結(jié)論與建議

采取水質(zhì)分析、膜性能分析、污染物分析的膜污染分析辦法，并結(jié)合流量、溫度、pH值可控離線清洗設(shè)備進(jìn)行膜的清洗及絲斷檢測，是一種較為快捷有效的解決超濾嚴(yán)重膜污染的工藝方法。

建議在超濾膜使用過程中，對于高溫、水體有機(jī)物含量高、設(shè)備管線鐵氧化腐蝕等影響因素，應(yīng)當(dāng)從工程設(shè)計與及操作運行過程中，引起重視，提前得以控制解決，并為設(shè)備提供相配套的離線清洗設(shè)備。

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PollutionAnalysisofUltrafiltrationandoff-lineChemicalCleaningforaPowerPlant

ZHANG He1; LIU Wen-chao2; YIN Zhi-cheng3; SUN Zehang1

(1.ShaoxingBinhaiheatandpowerCo.Ltd,ZhejiangZheneng, 312073; 2.HangzhouDevelopmentCenterofWaterTreatmentTechnology,Hangzhou,Zhejiang, 310012; 3.YingpuEnvironmentTechnology,Hangzhou,Zhejiang, 310011,China)

Considering the phenomenon of ultrafiltration membrane fouling after operating in a power plant, we examine it using water quality analysis、SEM scanning and EDX scanning. The results show that the pollution sources are organic pollutants and colloids. So we carry out the off-line chemical cleaning. We take the caustic cleaning first and acid cleaning second, which make the film performance restore again. We also suggest some recommendation for ultrafiltration device maintenance.

Ultrafiltration membrane unit; Fouling reason; Cleaning solution; Organic pollution.

1008-3723(2017)04-004-03

10.3969/j.issn.1008-3723.2017.04.004

2017-06-10

張賀(1985-)，男，杭州人，碩士研究生，浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司電廠工程師。

TQ028.8

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