某电厂超滤膜污染分析及离线化学清洗

张贺,刘文超, 尹成志，孙泽杭

(1.浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司，浙江 绍兴312073；2. 杭州水处理技术研究开发中心有限公司，浙江 杭州 310012；3.杭州英普环境技术股份有限公司，浙江 杭州 310011)

某电厂超滤膜污染分析及离线化学清洗

张贺1,刘文超2, 尹成志3，孙泽杭1

(1.浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司，浙江 绍兴312073；2. 杭州水处理技术研究开发中心有限公司，浙江 杭州 310012；3.杭州英普环境技术股份有限公司，浙江 杭州 310011)

针对某电厂超滤膜组件运行后出现膜污染的现象，通过检查膜组件运行时的水质分析、SEM扫描分析和能谱分析寻找造成污染的原因，证明超滤膜组件的污染物是有机物和胶体，为此，采取离线化学清洗，以先采用碱洗，后酸洗的方式，使膜性能得以恢复，并对此后超滤装置的维护提出有效的建议。

超滤膜组件；污堵原因；清洗方案；有机物污染

0 前言

随着电厂用水对水质要求的不断提高，超滤处理技术在火电厂的化学除盐系统中占有重要的地位，因此膜污染引起人们的广泛重视〔1-3〕。随着除盐系统的不断完善，导致膜污染的原因也逐渐的发生变化，在平时化学除盐水系统运行的过程中，仅仅通过化学预处理和普通的反洗过程，已不能满足生产的要求，因此解决超滤膜污染问题，使得超技术的应用得以广泛应用，是十分关键的问题，与此同时，正确的定期化学清洗发法也关系着膜组件的使用寿命〔4-6〕。有很多专业人士通过实验研究了膜组件的清洗问题，通过研究膜污染的污染源，提出了定期清洗的建议〔7-8〕。

某电厂设有超滤系统3×200 m3/h，做为离子交换系统的预处理。现系统运行已将近四年，运行压差超过0.1MPa。由于系统跨膜压差上升、产水量下降，出水水质变差，一套超滤系统处于停用状态。为此，浙能绍兴滨海电厂对超滤膜的污堵原因进行了分析，并进行了超滤膜元件离线清洗。

1 膜污染分析

膜污染〔9-10〕是指在膜过滤过程中，物料中的微粒，胶体粒子或者溶质大分子由于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、沉淀造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化的现象。为了有针对性的进行膜清洗，需要膜性能、污染物及水质进行全面的污染分析。

1.1 膜性能分析

超滤系统出水为3*200m3/h(20℃时)，超滤膜采用荷兰NORIT公司内压式中空纤维膜，过滤的截留分子量为不大于150，000道尔顿，材质亲水性聚醚砜，型号SXL-225FSFC0.8mm，80支每套，设计净通量62.5L/m2·h。系统投运初期进出水压差为0.03MPa以下，随着超滤膜运行时间增加，超滤膜污染情况随之恶化，压差会不断升高。

通过在线监测系统发现#3超滤系统运行时压差升高至0.1MPa左右，反洗效果不佳，达不到降低运行压差的目的，排除其他表计等原因后确认膜组件已发生了污染。

1.2 膜污染水质分析

造成超滤膜组件污堵的原因有很多，如膜组件长时间使用，由于地表水中含有一些容易结垢的离子，如碳酸根，钙，镁，硫酸根等离子，它们在水体中会生成沉淀被截留在膜组件的表面造成膜面的污堵；在夏季高温天气下，水体极易滋生细菌，在膜表面上大量繁殖微生物，使产水端粘附细胞，生成有机物附在膜表面，从而影响膜组件性能；或者是膜元件在长时间使用时断裂引起膜纤维失效，可以通过产水浊度的变化进行判断。为了找到是哪种原因引起的膜面污堵，我们进行了化学清洗前的进出水和反洗水的水质分析，具体结果见表1。

表1 超滤装置运行水质分析

通过对膜组件的进出水和反洗排水的水质分析数据中可以看出，膜组件进水含有一定的有机物和铁离子及胶体等，因此膜组件的污染源可能为金属离子形成的胶体污染和有机物污染。

1.3 污染物分析

于是拆解超滤装置最下面的一个压力容器端盖进行检查，发现超滤膜表面、膜丝表面和膜中间的旁通管内均呈深黄色，无腥臭味，用手擦拭可以去除表面浮垢，超滤产水端盖也呈黄色，有明显的沉积物附着，具体情况如图1和图2所示。

图1：超滤产水端膜表面

图2：超滤产水端盖

在确定膜组件已被污染后，使用工具刮取一些膜表面附着物，采用扫描电镜(SEM)对超滤膜上污染物的形态进行分析〔11〕，结果见图3所示，膜表面松散颗粒状物质应该属于悬浮物质，而吸附在膜表面的颗粒比较细小、可能是有机或无机成分组成的单体或复合化合物，属于粘附性强、产水阻力大的凝胶污染层，它们主要来源于地表水或超滤前的预处理系统。

图3 超滤膜表面沉积物电镜图

为了确定污染物的具体成分，从而找到解决膜表面污染的办法，采用能谱分析仪(EDS)对膜表面沉积物进行分析，结果如表2所示。由表中数据可以看出，沉积物应该是胶体污染，即悬浮在水中的有机与无机混合物的颗粒，它的主要成分为铁、铝、硅、硫的颗粒物和有机物沉淀污垢。有机物污染吸附在膜表面，其主要来源于地表水中，在夏季高温天气的条件下，水体极易滋生细菌等，使超滤产水端盖附着粘滑性物质，随着进水进入膜组件，从而堵塞膜表面。另外，经检查发现，超滤前的空气擦洗滤池内部存在明显腐蚀现象，同时有一段管道使用了碳钢管，因此铁污染应主要来源于预处理系统。碳钢腐蚀后出现大量Fe2+，在CEB(化学加强反洗)碱洗时遇到次氯酸钠溶液被氧化为Fe3+，与NaOH反应形成Fe(OH)3。这些污染物逐渐沉积在超滤膜表面，形成黄色的污染层，堵塞产水通道。

表2 超滤膜表面污染物元素分析

2 超滤膜离线化学清洗

2.1 清洗工艺的选择

根据污染的相关分析，并在清洗实验基础上，确定采取先碱洗和次氯酸钠结合去除表面微生物和铁离子，后续使用酸性清洗剂去除黏着的有机物等复合物的方法。为检测超滤膜的密封性以及膜丝的断丝情况，考虑进行体外化学清洗。

2.2 清洗实施过程

碱洗 采用氢氧化钠加次氯酸钠(200PPm)，在pH=12时使用碱性清洗液清洗，循环清洗和浸泡相结合的方式进行碱洗。清洗时发现清洗液变成黄色，产生大量气泡；将表面附着的一部分铁离子化合物清除。

酸洗 采用清洗剂FC820加次氯酸钠在pH=2.2时使用酸性清洗剂清洗，循环清洗和浸泡相结合的方式进行酸洗，此步骤主要去除膜表面生成的有机物和其他杂质，由于有机物的粘着性，导致正常的普通反洗无法去除此部分物质，这也是膜污堵的主要原因。当清洗过程中清洗液颜色变化不大，同时跨膜压差恢复到0.03MPa以下时，说明清洗已完成。

2.3 清洗结果

在清洗结束后，每支膜都已恢复清洁，无明显黄色或红色。并已保证超滤膜组件能够达到超滤膜设计要求，主要包括保证超滤膜压差恢复正常，进出水压差≤0.035MPa、以及出水SDI<3、出水浊度<1NTU等主要指标。清洗前后压力变化如表3所示。

表3 超滤膜清洗前后指标变化

从表3中可以看出，通过压差可看出超滤污染情况得以解决，超滤膜组件的化学清洗达到目的，超滤膜的性能基本得到恢复，在此过程中更换密封破损膜组件6支，封堵破损膜丝123根，更换了部分连接件及密封件，保证装回后的超滤膜组件密封良好。

3 结论与建议

采取水质分析、膜性能分析、污染物分析的膜污染分析办法，并结合流量、温度、pH值可控离线清洗设备进行膜的清洗及丝断检测，是一种较为快捷有效的解决超滤严重膜污染的工艺方法。

建议在超滤膜使用过程中，对于高温、水体有机物含量高、设备管线铁氧化腐蚀等影响因素，应当从工程设计与及操作运行过程中，引起重视，提前得以控制解决，并为设备提供相配套的离线清洗设备。

〔1〕买金梅.电厂水处理超滤装置的污染与清洗〔J〕, 宁夏电力2010年增刊, 2010, 228-231.

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〔5〕马新雷,宋莹,李雪梅,等. 聚醚砜中空纤维超滤膜的化学清洗〔J〕,南京工业大学学报(自然科学版),2013,35(1):85-90.

〔6〕倪明，马克，朱新民，等.浸没式超滤膜清洗工程案例分析〔J〕, 膜科学与技术,2010,30(5):64-66.

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〔11〕王学松. 现代膜技术及其应用指南〔M〕, 化学工业出版社,2005,7(1): 646-647.

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

张贺(1985-)，男，杭州人，硕士研究生，浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司电厂工程师。

TQ028.8

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