质量管理在深度水处理膜系统中的应用

刘胜德，刘 冬，李 龙

中国石油大庆油田水务公司 （黑龙江 大庆 163411）

质量管理在深度水处理膜系统中的应用

刘胜德，刘 冬，李 龙

中国石油大庆油田水务公司 （黑龙江 大庆 163411）

运用超滤膜技术，采用质量管理方法来提高设备的运行完好率。通过CIP清洗前后膜组情况对比分析，提出定期CIP清洗，确保清洗效果，从而提高超滤膜的使用寿命；提高超滤空气动力系统气体质量，确保深度水厂运行可靠，对提高水质水量起到重要作用。

质量管理；深度水处理；超滤膜

超滤膜为多孔性不对称结构，以膜两侧压差为驱动力，是以机械筛分为基础的一种溶液分离过程。它具有使用压力较低，耗能少，设备及工艺流程简单，易于操作、管理及维修等优点。过滤方式有全流或死端过滤（Dead-end）、错流过滤（Crossflow）两种运行模式操作。清洗工艺包括物理清洗、化学清洗（CEB）和化学加强清洗（CIP）等，通过清洗可以降低跨膜压差，恢复膜通量[1]。

超滤膜技术在水处理中被广泛应用，被称为“二十一世纪的水处理技术”[2]，目前超滤膜系统设计、施工技术越来越成熟，国内外也涌现出大批的以超滤膜为核心工艺的深度水处理厂，设计处理规模也不断增加。由于水环境的不断恶化导致了超滤膜在使用过程中遇到越来越多的技术难题，特别是水中有机物的种类和数量的增加[3]，给膜的运行管理带来了一定的难度。在近几年深度水厂的保运工作中，运用质量管理的方法不断摸索解决问题的方法，收到了较好的效果。目前大庆油田4座深度水厂均采用全流过滤模式。

1 提高深度水厂超滤工艺系统运行的稳定性和可靠性

1.1 通过质量管理提高超滤膜通量和降低跨膜压差

超滤膜的性能主要体现在膜通量、跨膜压差和出水水质。把3项指标作为膜组的质量管理点，通过对3项指标的检测和综合分析，就能准确判断超滤膜的性能变化，及时采取有效措施，提高膜的性能，延长膜的使用寿命，达到为企业降低成本的目标。

3年来，把膜数据监测纳入到质量管理，每月监测记录两次膜运行数据，对数据进行归纳、整理和分析，判断超滤膜当前的状态。通过这种持续的检测分析，提升深度水厂超滤膜的质量管理。从积累的大量原始数据和分析中，逐渐发现膜的运行规律，为及早发现问题并采取有效措施提供了理论依据，为超滤膜的运行管理奠定基础。

以大庆油田中引水厂为例，对每个膜组都建立了质量监测点，通过开展有效的质量管理工作，从大量的累计数据中发现膜出现早期的性能衰减，并及时采取措施恢复膜的性能，取得较好的效果。

中引水厂深度水厂投产于2014年7月，膜设计指标：处理量（10～104）m3/h、膜通量40 L/(㎡·h)、压差（0.38～0.85）MPa、浊度＜0.1NTU。中引水厂深度水超滤膜3年的运行数据平均值见表1。

从表1中可以看出，中引水厂超滤膜在这3年的运行中性能比较稳定，处在一个良好的运行状态。但是进入到2017年，膜运行数据有了明显的变化，见表2。

由表2可见，膜组的跨膜压差普遍升高了，其中A3、A4、B1、B4、B7等几个膜组的跨膜压差达到了0.1 MPa，这说明膜出现了膜阻塞现象。针对这一情况，对这几组膜组的运行情况进行调查和分析，中引水厂20组膜组的运行都是在全自动控制模式下运行的，物理清洗、CEB和CIP都是按照程序设计自动进行的，水厂也留有详细的清洗记录。这几组膜组的数据变化也说明，经过3年的运行，超滤膜开始呈现逐渐衰减趋势，因此必须采取有效措施降低跨膜压差，提高膜性能。

表1 2014—2016年中引水厂超滤膜运行数据平均值

表2 2017年（1—4）月中引水厂超滤膜运行数据

1.2 提高CIP清洗质量，确保清洗效果

膜组的运行是由程序自动控制的，暂时无法改变，但是把药剂的种类、浓度作为质量监测点时，发现问题出现在药剂的浓度匹配不合理。为了提高膜的冲洗质量，做了大量实验，综合对比后找到了最佳的药剂配比浓度。

现场配置化学药剂：

1）碱液：氢氧化钠、次氯酸钠，配置PH值为13强碱。

2）酸液：柠檬酸，配置PH值为5。

首先对B1、B7膜组进行CIP清洗，过程按照程序设定的方式进行，清洗前后数据见表3。

表3 B1、B7膜组进行CIP清洗前后数据对比

在膜组清洗后，质量管理小组对膜组监测了一天的运行数据，图1、图2是以B7为例绘制了性能曲线，可以看出化学清洗前后跨膜压差及产水流量变化，可以明显看出产水流量提高，跨膜压差降低，膜组的性能已经得到了恢复。

图1 CIP前后跨膜压差变化

图2 CIP前后产水量变化

由图1、图2可见，经过CIP清洗后，膜组阻塞状况得到有效改善。对其他的膜组采取同样的方式进行清洗，都取得理想效果。

合理选择膜组质量管理点，定期对质量数据进行分析，发现问题及时采取措施。CIP是解决膜组阻塞故障的重要手段，要对药剂配比浓度严格控制。膜组日常清洗过程要得到有效监督，确保清洗质量。

2 提高超滤空气动力系统气体质量，确保系统运行稳定

深度水厂使用超滤膜作为核心工艺，工艺阀门采用气动阀，对空气动力系统的质量要求比较高，如果湿度过大、运行压力不稳定等都会对超滤膜系统的运行产生影响[4]。在运维过程中发现中引水厂和八百垧水厂均出现比较严重的气动执行器卡塞故障，导致整个膜组的停产。针对这种现象，质量小组选取储气罐底部放空阀和气动执行器进气管作为质量管理点，用于观测动力空气的质量。经过多次的监测和研究，最终发现是由于空气动力系统中压缩空气湿度太大，导致储气罐底部经常积水，执行器进气管内也有积水，导致执行器内部产生润滑油变质、活塞和缸体内锈蚀的现象，使得执行器损坏无法运行，只能通过更换新的气动执行器，才能保证超滤膜组的连续运行。深度水厂超滤系统的气动阀门至少有几百个，如果不解决空气质量问题，就会极大地增加运维成本。

2.1 查找影响空气质量的因素

质量小组首先以中引水厂超滤间为研究对象，对原有空气动力系统的主要设备空压机、冷干机、储气罐、过滤器等进行检查和分析。设备运行正常，但是空压机安装在超滤间底部，与超滤膜组底部管廊连通，常年处在阴暗、潮湿的环境，空气湿度特别大。虽经过冷干燥机干燥，但效果仍不理想。这是导致空气中湿度大的主要原因。

2.2 空气质量优化解决方案

针对查找出来的主要影响因素，小组研究解决方案：在原有空气动力系统中再串联安装一套无热再生吸附式干燥器。无热再生干燥机是采用双塔变压吸附、无热再生的工艺，可连续提供干燥气体。这样空气经过二次干燥，会大大降低空气湿度，提高空气质量。

2.3 应用效果及效益

经过二次干燥，仪表空气的含水率降到了最低限度，干燥器后的储气罐、输气管内积水完全消失，达到了预期干燥效果。现已运行近1年，阀门执行器损坏率大大降低，提高了膜组的运行完好率，每年为企业节省近10万元的运维成本。

3 提高设备维修质量，保证系统平稳运行

提高企业的质量管理就是提高企业的效益[5]。深度水厂设备数量和种类比较多，特别是超滤间配套的设备、仪表、气动阀多达几百个，所以日常的维修工作量比较大。提高设备维修质量能够有效地降低维修劳动强度和维修费用，保证膜组平稳运行和提高水量。

3.1 设备巡检和维护保养常态化

深度水厂的每一台设备都能对运行平稳产生影响，对设备的质量管理要做到精细、常态化。小组对深度水厂的关键设备设置了质量管理点，重点是设备的紧固、清洁、润滑、振动、噪声等关键要素，发现问题及时处理。严格按照设备质量要求抓好日常维护保养，如定期更换润滑油、过滤器、密封件等。这种常态化的工作是提升设备质量管理的关键，使设备保持一个良好的运行状态，提高了设备运行质量。

3.2 提高人员素质，促进维修质量的提升

企业质量管理的关键因素是人的素质[5]。设备维修人员的技术素质是做好设备管理的重要因素。这几年小组在抓技能培训方面加大力度，把培训重点放在自动化软件、变频器、空压机、膜工艺4个方面，收到了较好的效果。目前运维人员素质逐年提高，对提高深度水厂运维服务质量、设备维修及时率、完好率提供了保障。

3.3 加强备件管理，提高设备维修及时率

设备维修保养需要储备必要的备件，才能保证设备维修及时。质量小组每年都要精心统计、购买、储备一些备件，保持备件处于一种安全储备状态，设专人负责备件管理，合理使用，避免浪费。

另外，还积极开展配件的修旧利废工作，有的配件经过维修后还可以继续使用，既能保证配件及时使用，又能降低配件费用。

4 结论

3年来，超滤膜的质量管理作为深度水厂运维的重要工作。通过科学的质量管理，提升了深度水厂运维服务水平。特别是在超滤膜质量监测、设备维修和人员素质提升等方面积累了一定的经验，为深度水厂的稳定运行打下了坚实基础。今后质量小组还继续把质量管理工作深入开展下去，为深度水厂的运维提供更优质的技术服务。

[1]蔡邦肖,唐名威,许 阳.自来水深度处理超滤膜的选择[J].工业用水与废水,2007(10)：71-75.

[2]董秉直,曹达文,陈 艳.饮用水膜深度处理技术[M].北京：化学工业出版社,2006.

[3]汤景鹏,张震宇.浅谈污水处理厂水质监测质量管理工作[J].石油工业技术监督,2016,32(6)：24-26,54.

[4]韩德宏.国外水务技术与管理—深水人看洋水务[M].北京：中国建筑工业出版社,2009.

[5]马 林.全面质量管理[M].2版.北京：中国科学技术出版社,2010.

The running safety of ultrafiltration membrane water treatment equipment is improved by quality management.By contrast and analysis of the situation of membrane group before and after chemically enhanced cleaning,it is put forward that the cleaning effect is ensured by periodical chemically enhanced cleaning so as to improve the service life of UF membrane;the reliability of the advanced water treatment plant operation is ensured by improving the air quality of ultrafiltration air power system,which plays an important role in the improvement of water quality.

quality management;advanced water treatment;ultrafiltration membrane

刘胜德（1969-），男，高级工程师，现主要从事饮用水深度处理生产运维工作。

崔 杰

2017-09-08