趙國(guó)萍，呂海烽，曾杭成

（浙江東發(fā)環(huán)保工程有限公司，浙江 杭州 311203）

浙江擁有綿長(zhǎng)的海岸線，可利用的海水資源極為豐富。作為用水大戶的火力發(fā)電廠，也積極探索通過(guò)海水淡化來(lái)解決自身用水難題［1］。浙江沿海某電廠，采用海水淡化技術(shù)制取全廠工業(yè)用水和生活用水。海水淡化采用微濾加兩級(jí)反滲透的全膜法處理工藝，微濾選用進(jìn)口PVDF膜元件，總制水能力8×250m3/h。該系統(tǒng)自2007年10月投入運(yùn)行。

1 原水水質(zhì)

系統(tǒng)原水為樂(lè)清灣海水，水質(zhì)隨每日潮汐和四季相應(yīng)變化，水質(zhì)情況如表1所示。

表1 海水水質(zhì)表Tab.1 Quality of Seawater

續(xù)表

2 微濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

微濾裝置運(yùn)行為全自動(dòng)運(yùn)行方式，包括過(guò)濾產(chǎn)水、空氣擦洗、清水反沖洗、維護(hù)性清洗、恢復(fù)性清洗、膜完整性檢測(cè)等操作過(guò)程。微濾膜選用旭化成UNA－620A微濾膜，其主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 微濾膜主要技術(shù)參數(shù)Tab.2 Technical Parameters of Microfiltration Membrane

續(xù)表

海水預(yù)處理采用反應(yīng)沉淀池工藝，在反應(yīng)沉淀池進(jìn)水加入絮凝劑三氯化鐵，海水原水池中加入電解濃海水制取的殺菌劑次氯酸鈉。維持進(jìn)水溫度在20～25℃，余氯為0.2～0.5mg/L。反應(yīng)沉淀池出水濁度在20 NTU以下。出水經(jīng)130μm自清洗過(guò)濾器后，進(jìn)入微濾系統(tǒng)。微濾系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 微濾系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Micro－filtration System

3 微濾污染分析

3.1 微濾污染物的形成

微濾系統(tǒng)投運(yùn)初期，工況較好，跨膜壓差在40 kPa以下，產(chǎn)水濁度小于0.2 NTU。隨著運(yùn)行時(shí)間的累積，可以觀察到每支微濾膜下端的透明短管內(nèi)壁上粘附了一層黃色污垢，隨著產(chǎn)水量的增加，其顏色不斷地加深，漸漸地變?yōu)樯詈稚踔梁谏?。隨著污染物在膜表面的沉積，設(shè)備進(jìn)水壓力上升，跨膜壓差逐漸升高到接近100 kPa。

3.2 微濾膜污染原因分析

微濾主要用于截留進(jìn)水中的高分子有機(jī)物、懸浮物、膠體等物質(zhì)［2］，微濾膜污染是由于膜表面形成附著層和膜孔通道發(fā)生了堵塞而引起的。膜表面的附著層可能是水溶性高分子的吸附層和料液中懸浮物在膜表面上堆積起來(lái)的濾餅層［3］。

目前的預(yù)處理系統(tǒng)投加三氯化鐵絮凝劑，由于每天不同時(shí)段的進(jìn)水水量和進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)很大，難以控制絮凝劑的投加量，因此各種未沉降的物質(zhì)和沒(méi)有反應(yīng)完全的絮凝劑會(huì)隨水流進(jìn)入微濾系統(tǒng)，從而沉積在微濾系統(tǒng)的管道和膜絲通道中。在微濾裝置進(jìn)水透明管上可以看到明顯的污垢累積，拆下透明短管，可以觀察到整個(gè)內(nèi)壁被深褐色污染物附著，污染物質(zhì)無(wú)異味，基本沒(méi)有微生物污染產(chǎn)生的黏液現(xiàn)象。微濾膜的清洗方法較多，在清洗方案選擇前對(duì)污染物進(jìn)行小試確定［4］，現(xiàn)場(chǎng)拆下帶污染物透明管放入燒杯，加入0.1%濃度的鹽酸溶液進(jìn)行浸泡，污垢逐步破碎、溶解，并有大量氣泡冒出。浸泡15min后，浸泡液明顯變?yōu)闇\黃色，然后用清水將其沖凈，觀察透明管污垢基本清除，初步判斷為無(wú)機(jī)鹽垢。

4 微濾清洗

在正常的操作過(guò)程中，微濾元件內(nèi)的膜片會(huì)受到無(wú)機(jī)鹽、微生物、膠體顆粒和不溶性有機(jī)物的污染。操作過(guò)程中這些污染物沉積在膜表面，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量和運(yùn)行壓差的變化，通過(guò)正常的反洗和維護(hù)性清洗無(wú)法有效恢復(fù)。當(dāng)出現(xiàn)這些情況時(shí)，需要清洗微濾膜元件。

4.1 清洗方案

微濾膜的清洗方法有很多，通常分為物理清洗、化學(xué)清洗、生物清洗，常見(jiàn)的有機(jī)械反洗、氣水聯(lián)合反沖洗、化學(xué)加強(qiáng)反洗(CEB)、化學(xué)維護(hù)性清洗(EFM)、化學(xué)清洗(CIP)，比較先進(jìn)的還有超聲波清洗、電場(chǎng)清洗、酶清洗等［5］。

該電廠海水淡化系統(tǒng)微濾膜設(shè)計(jì)有三種清洗方法:(1)每30min進(jìn)行一次氣水聯(lián)合反沖洗；(2)每天采用一定濃度的NaClO進(jìn)行一次維護(hù)性清洗；(3)當(dāng)透膜壓差超過(guò)100 kPa，進(jìn)行化學(xué)清洗。

根據(jù)不同的污染情況選用不同的清洗措施，化學(xué)清洗時(shí)應(yīng)根據(jù)污染物的性質(zhì)以及膜本身的性質(zhì)來(lái)選擇合適的清洗液配方。選擇清洗液的時(shí)候，既要考慮到能夠去除膜污染物，同時(shí)又不至于給膜帶來(lái)腐蝕作用。該海水淡化系統(tǒng)以無(wú)機(jī)鹽垢為主的污染，根據(jù)廠家的技術(shù)手冊(cè)，選用2%檸檬酸進(jìn)行酸洗，輔以2000mg/L NaClO+1%NaOH進(jìn)行堿洗。

4.2 清洗效果

通常條件下，每套微濾膜運(yùn)行30min進(jìn)行一次反洗步驟，反洗使用清水反洗和空氣擦洗同步進(jìn)行，反洗水量380m3/h，反洗氣量為0.8m3/min，反洗歷時(shí)約5min。反洗/氣洗結(jié)束后，系統(tǒng)緊跟著進(jìn)行一次正向沖洗，反洗后進(jìn)水透明管上深褐色的污垢沒(méi)有明顯的溶解或脫落。觀察微濾裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)反洗后產(chǎn)水量略有上升，跨膜壓差也有一定程度的下降，由此可知?dú)馑?lián)合反洗對(duì)于超濾膜性能恢復(fù)有一定作用，但隨著污染程度的加劇，性能恢復(fù)的效果逐漸降低。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，減少反洗間隔時(shí)間、加大反洗流量、延長(zhǎng)反洗時(shí)間可以提升氣水聯(lián)合反洗的效果，但同時(shí)也會(huì)降低微濾裝置的回收率，經(jīng)濟(jì)性較差。

微濾膜每運(yùn)行24h進(jìn)行一次1～2h的維護(hù)性清洗，采用NaClO溶液進(jìn)行循環(huán)清洗。2009年3月以前使用400～500mg/L濃度的清洗液，3月以后使用900mg/L濃度的清洗液，循環(huán)清洗時(shí)配合了空氣擦洗措施。維護(hù)性清洗后在同一個(gè)產(chǎn)水量的條件下，低濃度時(shí)透膜壓差并沒(méi)有明顯下降，加大濃度后產(chǎn)水流量略有增加，清洗效果不明顯。采用不同濃度次氯酸鈉維護(hù)性清洗前后單支膜標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量(按照100 kPa和25℃作為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下的產(chǎn)水量)對(duì)比如圖2所示。

圖2 維護(hù)性清洗前后標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)水量變化Fig.2 Changes before and after EFM

微濾化學(xué)清洗采用先堿洗后酸洗的清洗方式，清洗流量為75m3/h。堿洗使用1%的液堿和2000mg/L NaClO混合溶液循環(huán)120min，然后浸泡120min。酸洗使用2%的檸檬酸循環(huán)80min，最后使用清水對(duì)整個(gè)微濾系統(tǒng)進(jìn)行沖洗。以現(xiàn)場(chǎng)的4#、6#微濾為例，清洗前后的數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。

表3 化學(xué)清洗前后性能恢復(fù)情況Tab.3 Changes before and after CIP

續(xù)表

通過(guò)以上不同清洗方法可知，隨著產(chǎn)水量的累計(jì)增加，膜的污堵逐步加深，膜的產(chǎn)水通量不斷下降。日常的氣水聯(lián)合反沖洗和維護(hù)性堿洗，能在一定程度上減緩膜的污堵，但對(duì)各類污染的恢復(fù)效果有限。采取化學(xué)清洗措施能有效地對(duì)膜元件內(nèi)部的污垢進(jìn)行徹底的清除，清洗后膜的使用性能可以恢復(fù)到最佳產(chǎn)水狀態(tài)。在清洗過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，微濾膜的透明短管原有深褐色的污垢，在堿洗循環(huán)和浸泡后并沒(méi)有出現(xiàn)溶解或是剝離現(xiàn)象，而只有經(jīng)過(guò)酸洗后才逐漸溶解脫落，隨清洗液被排放?？梢?jiàn)，這種深褐色的污垢其主要成分是無(wú)機(jī)鹽類。因此，對(duì)于海水淡化微濾系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，控制無(wú)機(jī)鹽在膜絲內(nèi)的沉積量、對(duì)微濾膜進(jìn)行定期的清洗和選擇有效的酸洗方法是降低膜的透膜壓差，恢復(fù)膜通量最有效的措施之一。

5 結(jié)論

(1)在海水原水中有效投加殺菌劑的情況下，微濾膜系統(tǒng)能有效減緩有機(jī)物和微生物的污染。日常的氣水反洗和次氯酸鈉維護(hù)性清洗，能在一定程度上減緩微濾膜的污堵，有效防止有機(jī)物滋生。

(2)在采用反應(yīng)沉淀池工藝對(duì)海水進(jìn)行預(yù)處理的情況下，會(huì)產(chǎn)生過(guò)量投加絮凝劑發(fā)生的后絮凝現(xiàn)象。微濾系統(tǒng)維護(hù)性清洗采用堿洗效果有限，在幾個(gè)堿洗周期之后進(jìn)行維護(hù)性酸洗，可以確保及時(shí)定期地對(duì)附著在微濾膜絲內(nèi)部的無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行溶解和去除。

(3)海水淡化系統(tǒng)微濾膜主要污染物為無(wú)機(jī)鹽垢，采用2%質(zhì)量濃度的檸檬酸進(jìn)行化學(xué)清洗，可以更加充分溶解無(wú)機(jī)鹽類。在清洗結(jié)束時(shí)由現(xiàn)在設(shè)定的一次性清水沖洗改為至少兩次淡水沖洗，在清洗后投入運(yùn)行前采取清水反洗配合空氣擦洗措施，以保證膜絲內(nèi)的污染物得到更徹底的去除。

［1］王世昌.人類需要海水淡化技術(shù)［J］.國(guó)際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，1997，1(1):13－14.

［2］王華成，呂錫武.微污染水源飲用水處理研究進(jìn)展［J］.凈水技術(shù)，2005，24(1):30－32，39.

［3］劉忠洲，續(xù)曙光，李鎖定.微濾、超濾過(guò)程中的膜污染與清洗［J］.水處理技術(shù)，1997，23(4):187－193.

［4］韓曉寶.微濾膜的污染與清洗保養(yǎng)［J］.山西電力，2008，2(1):22－24.

［5］張博豐，馬世虎.超/微濾膜的膜污染與膜清洗研究［J］.供水技術(shù)，2009，12(6):14－16.