超濾膜組運(yùn)行原理是一種膜分離過(guò)程，超濾膜在外界壓力作用下截留水中膠體顆粒和分子量相對(duì)較高的物質(zhì)，而水和分子量小的溶質(zhì)透過(guò)膜，達(dá)到物質(zhì)分離過(guò)濾的目的。在運(yùn)行過(guò)程中，膠體溶解度較低的無(wú)機(jī)鹽溶解性有機(jī)物等物質(zhì)會(huì)吸附沉積在膜表面，造成膜組的外部堵塞，從而增大運(yùn)行過(guò)程中的阻力，如果污染物沉積在膜絲的內(nèi)部，將降低膜組的產(chǎn)水能力。
在膜法海水淡化生產(chǎn)中，對(duì)超濾膜進(jìn)行有效的清洗維護(hù)，可有效延長(zhǎng)膜組的使用壽命，提高產(chǎn)生率和產(chǎn)水水質(zhì)。超濾膜的清洗主要有反沖洗，酸堿加藥洗，主要去除膜表面的無(wú)機(jī)鹽，有機(jī)物，膠體等污染物。
北方某沿海城市使用雙膜法海水淡化工藝，日產(chǎn)10萬(wàn)噸淡水，整體系統(tǒng)回收率為45%，超濾系統(tǒng)采用內(nèi)壓式超濾膜元件。本研究使用海水淡化廠的超濾膜組件，進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，探究超濾膜組的清洗方案，優(yōu)化膜法海水淡化工藝中的運(yùn)營(yíng)維護(hù)，為超濾膜的清洗提供有效的解決方案。
一、試驗(yàn)部分
1.1 海水水質(zhì)
原海水取自膠州灣，先由膠州灣到海水湖,再由取水泵打至工廠。原海水水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1
1.2 超濾膜運(yùn)行狀況
目前超濾系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行5年，出現(xiàn)性能下降嚴(yán)重的問(wèn)題，超濾膜組運(yùn)行前后參數(shù)對(duì)比如圖1所示，滲透率由最初500降至200lmh/bar左右，進(jìn)水壓力和壓差都提升許多，并且在進(jìn)行酸堿洗后，性能恢復(fù)較差，系統(tǒng)運(yùn)行狀況不容樂(lè)觀，需尋找一種更加適合的清洗方法，從而保證系統(tǒng)長(zhǎng)期的運(yùn)行穩(wěn)定和供水品質(zhì)。
1.3 膜組污染狀況分析
由于湖底淤泥較多，當(dāng)海水湖液位稍低時(shí)，淤泥很容易被吸入取水管道，進(jìn)入超濾膜組。由于淤泥中鐵(0.2~0.3mg/l)等污染物的含量較高，增大了清洗難度。
超濾膜運(yùn)行方式為，海水由膜組上端進(jìn)入膜組，產(chǎn)品水也由膜組上端出水的死端過(guò)濾，為分析超濾膜的污染狀況，對(duì)超濾膜進(jìn)行解剖分析。超濾膜解剖如圖2，可以看出膜絲外表面(膜組件)附著大量污染物，已發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，膜束外包的導(dǎo)流網(wǎng)較為干凈，但每一束膜絲的中心部分污染物附著相當(dāng)嚴(yán)重。本膜組為內(nèi)壓式進(jìn)水方式，為了解膜絲內(nèi)部污染狀況，對(duì)單根膜絲進(jìn)行縱向解剖。如圖2(b)所示，膜絲內(nèi)表面同樣附著大量污染物，多為紅褐色附著物，但沒(méi)有明顯堵塞中空膜芯。
由于膜組性能下降，產(chǎn)水量下降，在生產(chǎn)維護(hù)中，對(duì)膜組進(jìn)行了反洗和酸堿洗作業(yè)，膜組滲透率能夠恢復(fù)到400lmh/bar，但膜組的性能下降速度較快，運(yùn)行12h滲透率便下降到200lmh/bar，原因可能是原海水中的鐵和硅酸鹽等無(wú)機(jī)物以及微生物對(duì)超濾膜造成了堵塞，使用酸或堿未能有效去除污染物。
1.4 膜組清洗方案
1.4.1 膜清洗藥品選擇
由于目前超濾系統(tǒng)無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，膜性能下降迅速，酸堿清洗不理想，為了尋找更加合適的藥洗方案，使用不同的藥劑進(jìn)行了膜絲的浸泡實(shí)驗(yàn)。
取同一部位的膜絲，分別取500ml藥劑溶液，將膜絲按質(zhì)量等分加入藥劑溶液中進(jìn)行藥物浸泡實(shí)驗(yàn)。相同浸泡時(shí)間，不同藥劑對(duì)膜絲的浸泡效果如圖3所示。5min浸泡實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將膜絲加入至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的草酸溶液中，原澄清的溶液迅速變渾濁，膜絲經(jīng)浸泡后迅速變白。5min時(shí)其他藥物的浸泡實(shí)驗(yàn)無(wú)明顯變化，說(shuō)明草酸溶液對(duì)膜表面的污染物有最好的去除效果。
膜絲的產(chǎn)水通量反映了膜絲性能，在膜組的同一部位選擇污染相近的膜絲，經(jīng)10%草酸浸泡清洗之后，測(cè)試其產(chǎn)水通量。圖4反映了膜絲在清洗前后的產(chǎn)水通量，經(jīng)清洗后各膜絲的產(chǎn)水通量都有明顯的提高。
二、膜組清洗分析
2.1 膜組清洗
膜絲藥品浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果和產(chǎn)水通量測(cè)試分析表明，草酸對(duì)污染物的去除有最佳的效果，因此選擇草酸進(jìn)行膜組藥洗。先用堿和次氯酸鈉，對(duì)膜組循環(huán)浸泡2小時(shí)，用清水沖洗膜組然后加草酸，EDTA和維C，對(duì)膜組循環(huán)2小時(shí)，然后浸泡2小時(shí)，最后用清水沖洗。
2.2 膜組清洗分析
2.2.1 膜清洗前后表面污染物掃描電鏡分析
為更細(xì)致了解草酸對(duì)污染物的去除情況，對(duì)清洗前后膜表面進(jìn)行了掃描電鏡分析。如圖5所示，被污染的超濾膜在其表面可以明顯觀察到塊狀的污染物(圖5a)，經(jīng)過(guò)草酸的清洗后膜表面的污染物被去除(圖5b)。
2.2.2 實(shí)際生產(chǎn)中膜CIP-草酸清洗效果
經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定草酸對(duì)膜組有最好的清洗效果，在實(shí)際的生產(chǎn)中，使用草酸對(duì)膜組進(jìn)行藥洗，選取三組膜組測(cè)試分析膜組在清洗前后工作時(shí)間內(nèi)的滲透壓變化。由圖6可以看出，在經(jīng)過(guò)草酸清洗后，膜組的滲透率可達(dá)到400lmh/bar以上，接近新膜組的運(yùn)行參數(shù)，隨著超濾膜不斷過(guò)濾原海水，滲透率不斷下降，在運(yùn)行13日膜組需再次進(jìn)行藥洗。
三、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)浸泡實(shí)驗(yàn)和在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行清洗，草酸對(duì)超濾膜污染物有最佳的去除效果，經(jīng)過(guò)清洗后，滲透率得到了很好的恢復(fù)，相應(yīng)的產(chǎn)水量也得到保證。所以，可以確定此次草酸的化學(xué)清洗效果比以往的化學(xué)清洗更為徹底，對(duì)膜系統(tǒng)的性能恢復(fù)更為有效。在新膜組的運(yùn)行中，使用草酸進(jìn)行化學(xué)清洗維護(hù)，可以大大延長(zhǎng)膜組的使用壽命，對(duì)今后膜法海水淡化工藝的發(fā)展提供了非常重要的生產(chǎn)實(shí)踐。
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