膜處理技術的應用管理

劉亞丹

(神東煤炭集團，陜西神木 719315)

0 引言

膜分離技術是在20世紀30年代開始興起的一種分離技術，其技術核心就是選擇透過性的薄膜，并給予相應動力推動溶液中的溶質(zhì)和溶質(zhì)、溶質(zhì)和溶劑(水)分離，從而表現(xiàn)出提純、濃縮和凈化的效果。它不僅能連續(xù)去除水中85%～90%的二價無機鹽離子，還能去除水中幾乎全部的有機物、細菌、熱源、病毒、微粒等。具有較高的除鹽能力同時又保留了水中部分礦物質(zhì)(保留30%一價離子)，使飲用水具有營養(yǎng)礦物質(zhì)。為了滿足礦區(qū)用水需求，神東公司將井下采空區(qū)礦井清水作為主要水源，補入生活飲用水處理系統(tǒng)。井下水中氟化物、硫酸鹽含量均高于國家生活飲用水水源水質(zhì)標準，利用傳統(tǒng)水處理工藝，即絮凝、沉淀、過濾、消毒，無法將超標的離子物質(zhì)去除。為保證礦區(qū)的飲用水安全，公司采用了水處理系統(tǒng)設備中應用最廣泛的膜分離水處理技術設備——膜過濾(納濾)。根據(jù)膜的分離特點并結(jié)合神東公司10座直飲水站的運行管理，文中對當前膜處理技術中的應用進行了詳細說明。

1 膜元件的安裝與拆卸

1．1 膜元件安裝

膜元件的安裝有以下注意事項，見表1。若不嚴格遵守這些事項可能會對膜元件或操作人員造成不同程度的傷害，不能充分發(fā)揮膜元件性能或?qū)е氯藛T受傷。

表1 膜元件安裝注意事項

1．2 膜元件安裝前準備

沖洗系統(tǒng)管路:如果系統(tǒng)是全新的，在安裝膜之前需充分沖洗系統(tǒng)管路，以避免碎片、溶劑、余氯等與膜元件接觸。

清洗壓力容器:在安裝膜元件之前需清潔壓力容器的內(nèi)部，防止污垢或碎片沉積在膜元件外表面。建議用海綿球浸入50%的甘油溶液后，在膜殼內(nèi)部來回擦洗，將膜殼內(nèi)壁清潔干凈。在清潔過程中，請注意不要讓工具劃傷膜殼表面。

1．3 膜元件的安裝順序

將膜元件務必安裝在其對應壓力容器中。①通常將膜元件置于1%濃度的亞硫酸氫鈉溶液中保存，首先應用清水充分沖洗;②膜元件的給水側(cè)有一個給水密封圈、注意密封圈的安裝方向是口朝上游張開。濃水密封圈的功能是保證原水全部流到膜元件內(nèi)不發(fā)生旁流。原水自身流速會使?jié)馑芊馊Φ拈_口朝壓力容器內(nèi)壁緊壓密封。若密封圈的安裝方向相反，原水不能密閉，造成一部分原水流到膜元件外側(cè)，使膜表面流速降低，導致產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，從而縮短膜的使用壽命;③確認O型圈安裝在連接配件制定位置上，要注意O型圈及連接件表面沒有劃傷及附屬物;注意不要將O型圈扭曲安裝;若連接件發(fā)生泄漏，原水就會進入到產(chǎn)水中，會導致產(chǎn)水水質(zhì)下降;安裝在集水管上時，O型圈和集水管的表面用純水、蒸餾水或甘油沾濕以便安裝;④卸下壓力容器兩側(cè)的端板安裝膜元件，將適配器安裝在第一支膜元件的集水管濃水側(cè)(下游)，然后將膜元件沿原水水流方向推進，裝入壓力容器內(nèi);數(shù)支膜元件連續(xù)安裝時，前一支膜元件完全進入膜殼之前，就要準備下一支膜元件與連接件連接，同時要注意不要讓膜元件與壓力容器邊緣接觸，以防產(chǎn)生擦傷，盡量平衡推入壓力容器中;⑤確認壓力容器的適配器連接后，將濃水側(cè)端板與膜殼連接;⑥完成濃水側(cè)端板的安裝后，應再次從進水側(cè)向濃水側(cè)推動膜元件，保證其完全緊密連接。然后再進行進水側(cè)端板的安裝，安裝進水側(cè)端板時應注意測量端板與適配器的間隙。如果有間隙，安裝內(nèi)徑大于適配器外徑的厚度1/4″～1/8″的塑料墊片，直至使端板不能安全安裝到位，此時取下一支墊片后再安裝好端板即可。

1．4 膜元件的拆卸

膜元件的拆卸按以下步驟進行，①拆下壓力容器周圍的管道，卸下壓力容器兩端的端板;②從原水入口處將膜元件朝下游推出，在濃水出口側(cè)將膜元件一支接一支地取出，膜元件推出時請不要使用堅硬的工具;③膜元件的保護方法見表2，若不嚴格遵守，可能會導致膜性能發(fā)生變化，應十分注意。

2 系統(tǒng)的運行及停止

2．1 初始運行前需確認事項

保安過濾器(＜5 μm):為防止金屬屑、異物、沙子和纖維等物質(zhì)進入膜元件內(nèi)，在原水泵后安裝保安過濾器(＜5 μm)。開始運行前，請確認濾芯已正確安裝。

表2 膜元件保護

進水的SDI15值:進水的SDI15值要做到5．0以下。要定期檢測SDI15值，發(fā)現(xiàn)超過正常值后要修正預處理的配置和運行參數(shù)。

進水的殘余氯:通常要求運行時進水的余氯含量為0 mg/L。進水中殘余氯濃度超出此要求會造成膜元件脫鹽率下降。若進水中有殘余氯，請用亞硫酸鈉(SBS)中和。若殘余氯量為1 mg/L時，對應則需要 SBS1．8 ～3 mg/L。

2．2 系統(tǒng)的日常啟動

閥門開啟:全部開啟濃水及產(chǎn)水閥門。

膜系統(tǒng)的沖洗:供水時以低壓、低流量的給水排出殘留在膜元件及壓力容器中的空氣。給水泵啟動后慢慢打開給水閥門調(diào)節(jié)流量。濃水管出口或流量計處不再有氣泡冒出時將流量升高，沖洗30 min左右。在沖洗過程中檢查閥門管道是否有泄漏。沖洗過程中濃水及產(chǎn)水應全部排放。沖洗過程中不要添加阻垢劑等藥品。壓力應＜0．3 MPa。

單支膜元件的濃水排放量:8英寸(8040)膜元件為7．2% ～12 m3/h;4英寸(4040)膜元件為1．8% ～2．5 m3/h。

流量:高壓泵啟動前，通過調(diào)節(jié)高壓泵和膜系統(tǒng)間的閥門控制好流量，否則瞬間的高流量和高壓力可能會損傷膜元件。

升壓速度:啟動高壓泵后必須使升壓速度在任何時候不能超過0．07 MPa/s。壓力上升過快可能會導致膜元件機械損傷，包括軸向壓力過大使膜元件產(chǎn)生望遠鏡現(xiàn)象，或?qū)е翭RP裂紋甚至嚴重到破損。將給水閥門緩慢開啟，使?jié)馑髁窟_到設計值。

閥門操作:一邊調(diào)節(jié)高壓泵出口的給水閥門，一邊慢慢關小濃水閥門。在保持濃水流量的同時，要注意產(chǎn)水流量的上升，并隨時調(diào)節(jié)使其達到設計產(chǎn)水量添加阻垢劑等藥品的泵要在關小濃水閥門的同時開啟，確認添加藥品流速并測定進水pH值。

水質(zhì)測定:一小時連續(xù)運行后測定產(chǎn)水電導率、分析水質(zhì)，并將產(chǎn)水引入產(chǎn)品水箱。

記錄:記錄運行相關數(shù)據(jù)。

2．3 系統(tǒng)的停止運行

停止高壓泵:如果高壓泵采用變頻控制，可使高壓泵逐漸減速至停止。

沖洗:濃水側(cè)閥門全部打開，并確認產(chǎn)水閥門也全部打開。啟動沖洗水泵，調(diào)節(jié)沖洗閥門至合適沖洗流量，運行5～15 min沖洗。

停止沖洗:停止沖洗水泵，關閉各閥門。

2．4 注意事項

流量和壓力:啟動和停止時，流量和壓力會有波動。過大流量和壓力波動可能導致膜元件破裂。故在啟動和停止操作時需要緩慢增加或降低壓力和流量，升、降壓速度不應超過0．07 MPa/s。

殘余氯:給水中的殘余氯必須為0 mg/L時設備才能運行。給水中殘余氯會破壞膜元件的分離皮層，所以必須用SBS來中和。

產(chǎn)水側(cè)壓力(背壓):產(chǎn)水側(cè)壓力高于給水側(cè)壓力0．05 MPa以上時，膜片會受到物理損傷。背壓通常發(fā)生在納濾設備閥門開閉的瞬間。例如，系統(tǒng)停止運行時，關閉原水泵前，產(chǎn)水側(cè)閥門還在關閉狀態(tài)時通常會發(fā)生背壓現(xiàn)象。充分確認閥門的開和關壓力的變動，保證運行過程杜絕背壓現(xiàn)象發(fā)生。產(chǎn)水管道若高于膜架中最下部膜殼5 m以上時，系統(tǒng)停止時產(chǎn)水側(cè)的靜壓頭(0．05 MPa)會從產(chǎn)水側(cè)施力給進水側(cè)，即發(fā)生背壓現(xiàn)象，導致膜受到傷害。

3 膜系統(tǒng)的管理

3．1 膜系統(tǒng)預處理的管理

主要設備:原水提升泵、反沖洗提升泵、機械過濾器、活性炭過濾器、絮凝劑加藥裝置、阻垢劑加藥裝置。

主要作用:①防止后序納濾膜面結(jié)垢(包括Ca-CO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、鐵鋁氧化物等);②防止膠體物質(zhì)及懸浮物固體微粒污堵;③防止有機物質(zhì)的污染;④防止微生物污堵;⑤防止氧化性物質(zhì)對后工序納濾膜的氧化;⑥保持后序膜過濾裝置產(chǎn)水連續(xù)長期穩(wěn)定;⑦使原水進步凈化，確保最終產(chǎn)水符合國家相關規(guī)定;⑧作為純水系統(tǒng)的(初)預處理，保障整個系統(tǒng)的長期安全連續(xù)穩(wěn)定運行。

產(chǎn)水水質(zhì):可以達到，濁度≤1°;污染指數(shù)SDI≤4;余氯0 mg/L。

運行管理:預處理做的不充分時會影響到膜系統(tǒng)的運行。因此，每天的運行管理十分重要。監(jiān)測預處理系統(tǒng)產(chǎn)水(膜系統(tǒng)的給水)的濁度及SDI值，若所測指標遠大于日常監(jiān)測值，則證明預處理出現(xiàn)了異常，必須對預處理系統(tǒng)進行檢查，必要時可以采取清洗等措施使其恢復功能狀態(tài)，見表3。

表3 膜系統(tǒng)的管理

3．2 膜系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的管理

為了使膜系統(tǒng)最大程度地得到發(fā)揮，并保持長期穩(wěn)定運行，關鍵在于保持其適當?shù)倪\行條件，及時記錄每天的運行數(shù)據(jù)。及時確認并堅持正確的運行管理能夠延長膜元件的使用壽命。

膜運行數(shù)據(jù)管理:膜制水裝置受外界影響因素很大，在運行管理時要注意①不要超出規(guī)定以上的回收率和運行壓力;②要充分保證濃水流量;③禁止異物、污染物和氧化劑流入;③定期物理沖洗和化學清洗。

測定運行數(shù)據(jù):產(chǎn)水量、脫鹽率和壓差是作為膜性能管理的重要指標。每天記錄運行數(shù)據(jù)，就能及時發(fā)現(xiàn)這些性能管理指標的異常。此外，作為查明異常原因的補充項目還要記錄回收率、運行壓力、pH值、濃水流量和溫度等。

運行數(shù)據(jù)整理:對記錄的數(shù)據(jù)進行整理十分重要。①標準化產(chǎn)量—膜的產(chǎn)水量會根據(jù)操作壓力、溫度等發(fā)生變化。因此比較每天的運行數(shù)據(jù)記錄可以補正其效果達到標準化。通常，25℃時壓力位0.1 MPa得到的產(chǎn)水為標準，可以確認其變化;②進水平均濃度—由于膜系統(tǒng)的給水含鹽量(電導率)隨著水流是變化的，這導致不同位置的膜元件接觸的給水電導率不同，所以在計算脫鹽率時給水的濃度就十分重要，而不能簡單地用進水電導率替代。

3．3 膜系統(tǒng)的停運保護

短期保存:短期保存適用于停止運行5～30天的膜系統(tǒng)。此時膜元件仍安裝在系統(tǒng)的壓力容器內(nèi)。保存操作的具體步驟①給水沖洗膜系統(tǒng)，同時注意將氣體從系統(tǒng)中完全排除。采用膜系統(tǒng)產(chǎn)水沖洗膜系統(tǒng)會有助于防止污染;②將壓力容器及相關管路充滿水后，關閉相關閥門，防止氣體進入系統(tǒng);③每隔5天按上述方法沖洗一次。

長期停運保存:長期停用保護方法適用于停止使用30天以上。膜元件仍安裝在系統(tǒng)的壓力容器內(nèi)。保存的具體步驟①對膜元件進行化學清洗;②采用膜系統(tǒng)產(chǎn)水配置合適的殺菌劑，并循環(huán)沖洗膜裝置;③當殺菌劑充滿膜系統(tǒng)后，關閉閥門，閥門和泵使殺菌劑保留于膜系統(tǒng)中，此時需確認系統(tǒng)完全充滿;④如果溫度低于27℃，應每隔30天用新的殺菌劑進行上述操作;如果溫度高于27℃，則應該每隔15天更換一次殺菌劑。

重新使用:在膜系統(tǒng)重新投入使用前，用低壓給水沖洗系統(tǒng)1 h，然后在用高壓給水沖洗10～15 min。無論低壓沖洗還是高壓沖洗系統(tǒng)的產(chǎn)水排放閥門均應全部打開。在恢復系統(tǒng)至正常操作前，應檢查并確認產(chǎn)品水中不含任何殺菌劑。

4 結(jié)語

膜技術在神東礦區(qū)水安全保障方面得到了廣泛的應用，為礦區(qū)人民健康飲水提供了重要保障。現(xiàn)場管理人員、運行人員對膜技術的應用管理是保證水處理效果的關鍵。膜技術的應用管理是保證膜壽命、降低企業(yè)生產(chǎn)運營成本的根本保證。