超滤在线反冲洗周期方法的研究

超滤在线反冲洗周期方法的研究

刘承商

青岛引黄济青水务有限责任公司山东青岛266061

摘要：超滤是物理过滤过程，就像滤纸过滤过程一样，随着过滤进行，超滤膜表面附着杂质，过滤阻力就会增加，过滤通量减小，反洗就是将超滤膜表面杂质冲洗出来，保证超滤膜正常过滤。目前研究得较多的是膜污染机理和模型、耐污染膜的研制、超滤工艺条件的优化，以及受污染膜的离线清洗方法等，而对在线控制超滤膜污染程度的研究则较少.在线反冲洗是减轻超滤膜污染的有效方法之一，下面小编针对此种方法的概念、流程、及原理进行论述，希望可以为以后的超滤在线反冲洗方面的研究起到抛砖引玉的作用。

关键词：超滤；在线反冲洗；反冲洗周期

一、超滤在线反冲洗的概念及频率的确定

1.1.概念

反冲洗是一种先进的水处理技术，可以去除水中的盐分，但该系统对进水水质要求相当严格，作用是去除水中的颗粒、悬浮物、胶体、有机物等杂质，满足反冲洗系统进水水质的要求，有效地降低反冲洗膜污染的速度，减少反冲洗膜的化学清洗频度，提高膜的使用寿命。在超滤系统运行过程中，按程序要求定期自动进行反洗。超滤反洗程序是反洗时，进水切断，反洗水泵启动工作，从超滤产水池来的净水自膜柱的产水反向进入膜柱，采用从内向外的流动方式反向通过滤膜，冲洗掉沉积在膜丝外孔壁上的污染物。传统的反洗方法，是通过计量泵向反洗水中定量添加次氯酸150-200PPM，以加强清洗效果。反洗的工作频率通常为60-70分钟进行一次，每次持续时间为30-60秒，过程中间断进气。但由于超滤用于处理冶金废水时，水中硬度高1500mg/l，细菌、微生物、有机物等相对较多，传统的超滤反洗方法，反洗效果差，无法有效去除膜丝外孔壁上的污染物，导致超滤出水水质不稳定，膜的清洗周期短（20天左右），直接影响到后续反渗透的安全运行。

1.2超滤反洗频率的确定

根据运行工艺、膜类型和原水水质。如果使用条件都是常规的话，一般中空纤维超滤膜反洗频率在20到60分钟之间。具体看是错流还是全流，进水水质，反洗强度，产水回收率等等。若是恒流工艺请多观察TMP波动曲线来决定最终的反洗频率及化学加强洗或化学清洗周期。

二、超滤反冲洗流程

2.1.自动反洗

2.1.1系统设定每30MIN自动反洗一次，用水为超滤产水。

2.1.2手动自动反洗

将自动开关转到停止位，点下复位，再把开关转到自动，然后按

照复位键10S松开，就开始自动反洗了。

2.2.手动加药反洗，每经历5个反洗周期进行1次加药反洗。

2.2.1.打开反洗进水阀、下排阀；

2.2.2.启动超滤反洗泵、加药泵（加碱泵或次氯泵）、电磁阀（加碱阀、加氯阀），清洗60s；

2.2.3关闭超滤反洗泵、加药泵、电磁阀、反洗进水阀和下排阀，浸泡10min

2.2.4打开反洗进水阀、下排阀，启动超滤反洗泵，冲洗60s；

2.2.5打开上排阀，关闭下排阀，冲洗60s

三、反冲洗过滤器的工作原理

水由入口进入，首先经过粗滤网滤掉较大颗粒的杂质，然后到达细滤网。在过滤过程中，细滤网逐渐累积水中的脏物、杂质，形成过滤杂质层，由于杂质层堆积在细滤网的内侧，因此在细滤网的内、外两侧就形成了一个压差。

当过滤器的压差达到预设值时，将开始自动清洗过程，此间净水供应不断流，清洗阀打开，清洗室及吸污器内水压大幅度下降，通过滤筒与吸污管的压力差，吸污管与清洗室之间通过吸嘴产生一个吸力，形成一个吸污过程。同时，电力马达带动吸污管沿轴向做螺旋运动。吸污器轴向运动与旋转运动的结合将整个滤网内表面完全清洗干净。整个冲洗过程只需数十秒钟。排污阀在清洗结束时关闭。过滤器开始准备下一个冲洗周期。

水由入口进入，首先经过粗滤网滤掉较大颗粒的杂质，然后到达细滤网。在过滤过程中，细滤网逐渐累积水中的脏物、杂质，形成过滤杂质层，由于杂质层堆积在细滤网的内侧。当过滤器的压差达到预设值时，将开始自动清洗过程，此间净水供应不断流，清洗阀打开，清洗室及吸污器内水压大幅度下降，通过滤筒与吸污管的压力差，吸污管与清洗室之间通过吸嘴产生一个吸力，形成一个吸污过程。吸污器轴向运动与旋转运动的结合将整个滤网内表面完全清洗干净。整个冲洗过程只需数十秒钟。排污阀在清洗结束时关闭。过滤器开始准备下一个冲洗周期。不过我不太建议大家选购反冲洗功能的净水器，原因有两点：第一：净水机的过滤原理是水透过过滤材质的微米级的层层小孔才吸附住其中的杂质，如果反冲洗，就相当于又一次让杂质通过小孔出去了，所以可以说这种方法是损害净水机的使用寿命的。第二，对于已经被吸附了的杂质和细菌，单用水去冲，又把这些有害物质冲了出来，极大的可能会粘附到净水器内壁及其他部位，这样水进来的时候会把这些有害物质通过净水器带出来，这样就根本起不到净水的作用。

图一图二

四、一种超滤的反洗方法

物理方法：一般在超滤前均装有孔径为5~10μm的过滤器，以去除固体悬浮物及铁铝等胶体。对已污染的膜，可采用下列方法清洗。

水力方法，降低操作压力，提高保留液循环量（即高速水冲洗）有利于提高通量；采用液流脉冲的形式可以很快将膜污染清除，特别是洗液脉冲同反冲结合起来，将会收到令人满意的效果。例如，内压式中空纤维膜可以用以下两种方式清洗。一个是反冲洗涤液体反向透过膜，除去沉积在纤维内壁的污垢，注意洗涤液中不得含有悬浮物以防止中空纤维膜的海绵状底层被堵塞。例如反冲洗时可采用两个超滤器并联运行，用一个超滤器的出水对另一个超滤器进行反冲洗，这应在较低的操作压力下进行，以免引起膜破裂，反冲洗时间一般需要20~30min。另一个是循环洗涤关闭透过液出口，利用料液和透过液来清洗，由于料液在中空纤维内腔的流速高，因而流动压力降大。关闭透过液出口后，纤维间的压力大致等于纤维内压力的平均值，在中空纤维的进口段内压较高，产生滤液；在纤维的出口段外压较高，滤液反向流人纤维内腔，透过液在中空纤维内外作循环流动。返回的滤液流加上高速的料液流可以清除沉积的污垢，近来有一种发展动向是采用两套内压中空纤维膜组合使用的方法，两套膜组件并联，其中一套工作，分流出一部分超滤液来反冲另一套中空纤维膜，间隔一段时间后交换进行，一般是工作10min，反冲1min，这种边工作边反冲的方式能很好地防止膜孔道堵塞，使膜通量保持在较高的状态下工作。这种操作方式突破了要等到膜污染之后才停止工作进行清洗的观点，它不需用清洗剂，也不需卸下膜组件，是一种很好的方法，只是对换向开关以及换向开关的控制部分要求较高，否则影响膜的寿命。

（一）该技术方案包括下述步骤：

1、将超滤热水池温度调整至35°C；

2、将超滤热水池内的热水打至排空后的超滤膜池内，在加水的同时，打开次氯酸钠加药泵加药至浓度为1333ppm或2000ppm；

3、启动超滤泵以250m3/h的流量先循环20分钟，后浸泡40分钟，再以250m3/h的流量循环20分钟，再浸泡40分钟，如此对超滤膜进行24次的循环和浸泡；

4、排空超滤膜池内药液，用反渗透产水对超滤膜进行2-3次冲洗，每次冲洗20分钟；

5、将超滤膜重新投入运行。当跨膜压差达到80kpa且系统运行时间达到96小时，对超滤膜进行2次的循环、浸泡和2次冲洗，称之为化学维护清洗；

当跨膜压差达到80kpa且系统运行时间达到720小时，对超滤膜进行4次的循环、浸泡和3次冲洗，称之为化学加强清洗；

超滤出水水质稳定，SDI有效地控制在2.6，上限为3.0，下限为2.4之间，压差可稳定地控制在0.8Mpa以内。单台平均产水量提高了10m3/h左右；超滤膜的清洗周期延长到30天以上，确保了反渗透系统处理高硬度水时对进水水质的要求，有效地提高了反渗透水处理系统的产量。该方法与常规处理工艺相比，提高了系统运行的可靠性，且运行费用较低，使反渗透系统可在最佳状态下运行，从而可使总的制水成本降低。

（二）具体实施例方式实施例子

本实施例的跨膜压差达到80kpa，且系统运行时间达到96小时。

I、将超滤热水池温度调整至35°C；

2、将超滤热水池内的热水打至排空后的超滤膜池内，在加水的同时，打开次氯酸钠加药泵加药至浓度为1333ppm；

3、启动超滤泵，对超滤膜进行2次循环和浸泡循环和浸泡时间分别为20分钟和40分钟，循环与浸泡顺序进行（先循环后浸泡），循环时超滤泵流量为250m3/h；

4、排空超滤膜池内药液，用反渗透产水对超滤膜进行2次冲洗，每次冲洗20分钟。

5、将超滤膜重新投入运行。

五、过滤器正常启动、停用和维护

5.1正常启动程序

①检查所有的连接管。确定所有连接管与过滤器连接正确。②关闭过滤器上所有的隔离阀。如有旁通，应关闭，以防止未经过滤的流体反向进入过滤器。③打开出口管和排污管的隔离阀。④启动过滤器：电源置于ON，选择一排过滤器作为主过滤器。参考自动控制部分的开关设置，这一排过滤器应该处于使用状态。⑤打开进口管隔离阀约25%的开度。⑥经过2小时25%的流量后，进行手动反冲洗，至少3次。⑦重复5、6步骤，以25%的流量逐渐增加流速，直到过滤器流量为100%。⑧在进口隔离阀完全打开时，过滤器才能进行100%的全过滤，才可以进行自动运行。

5.2正常停用程序

①如需切除选定的一排过滤器，则只要把1#选择开关转至Stop。如反清洗程序在运行中，建议完成反清洗后再停用。②关闭所有的手动阀，使这一排过滤器从过滤系统中切除出来。不要用过滤器提供的自动阀来隔离过滤器。③切除这一排过滤器的气源和电源。④停止过滤系统的仪表风供给。⑤过滤器冷却。⑥这一排过滤器泄压，并排空液体。

5.3单排过滤器维护

①把控制箱上的选择器开关转至OFF位置。②通过关闭所有的手动阀，使这一排过滤器从过滤系统中切除出来。不要用过滤器提供的自动阀来隔离过滤器。③切除这一排过滤器的气源和电源。④停止过滤系统的仪表风供给。⑤过滤器冷却。⑥使这一排过滤器泄压，并排空液体。⑦当这排过滤器完全冷却并排空时，移走滤筒的上方弯头。⑧滤筒中拿出滤芯：必须非常小心，以免损坏滤芯。⑨滤芯可以用热蒸汽（或适合的溶剂）从内到外进行清洗。其外表面从上往下清洗，紧接着再由内往外清洗。注：插入滤棒的喷管直径必须小于5/8。⑩清洗后，检查滤棒有无损坏。任何有损坏的滤棒应及时更换。

5.4过滤器故障排除

5.4.1阀门动作缓慢①检查仪表风的压力和耗量；②检查仪表风管路有无弯曲；③检查仪表风管路有无弯曲，电磁阀的放气口有无异物堵塞。

5.4.2转向器无法转动第一步：重复上述阀门动作缓慢的操作程序。第二步：在执行器上移走电磁阀，用手动形式直接将仪表风接至执行器每个接口，如果转向器能转动，那就与电磁阀有关。第三步：移走执行器，在离合器上放置手钳，以手动形式转动转向器。如果转向器能转动，那就与执行器有关。注：要确信离合器在这个点运行正常。第四步：移走机械密封和离合器，以手动形式转动转向器。如果转向器能转动，那就与机械密封有关。第五步：如果进行1-4步操作后，转向器仍无法转动，则移走进口收集腔顶盖，转向器需要重新装配，检查进料收集腔，并确保收集腔内壁与转向器无接触。

5.4.3自动信号程序失败①检查差压变送器。②检查控制箱上的开关是否处于合适位置。③检查系统气源的压力和耗量。

5.4.4过滤器反冲洗过频过滤器可进行以下三种自清洗：定时清洗、人工清洗（现场或遥控）、压差设定。如果过滤器反冲洗过频，存在以下三种可能性：①定时器设置时间过短。②压差测定不正确。③滤芯脏得太快。

设置计时器时，必须在控制箱上的人机操作界面上修改（参考自动控制部分）。如差压变送器设置不正确或损坏，会导致过滤器根据差压自动启动次数过频。这种情况，需要更换差压变送器。第三种可能性，由如下三种原因引起：①系统操作参数改变。在购买时，过滤器是专门根据客户提供的操作条件设计的。如果炼油厂扩能，使过滤器处理量增加，引起反冲洗过频。为了提高过滤系统的处理能力，应该增加滤芯。②超高固体含量。如颗粒含量高于正常含量，过滤系统将不能有效运行。Ronningen-PetterReactogard■过滤器排固体量不高。如颗粒含量高于规定量，要选用高排固体量的过滤器，以确保Reactogard过滤器正常操作。③滤芯不能有效再生。如果反冲洗过程中，滤芯不能有效再生，它们就会很快变脏，从而增加反冲洗次数。有几种原因会导致滤芯不能有效再生：第1种可能，不具备反冲洗条件。为确保有效的反冲洗，要确保过滤介质参数在设计允许的范围内，若粘度过大或温度过高等坚决不能启动反冲洗器。第2种可能，滤芯阻塞。在这种情况下，反冲洗过程不能自行冲掉滤芯中阻塞的颗粒，这种情况，应该用热蒸汽（或适合的溶剂）对每根滤棒从内到外进行清洗。其外表面从上往下清洗，紧接着再由内往外清洗，或者通过采用预处理、焙烧、碱洗、酸洗、水洗的办法清洗滤芯，可恢复过滤器的性能。

六、结论

超滤系统在线反冲洗工艺能有效去除可逆污染，提高膜通量，在线反冲洗的周期是超滤系统长期稳定运行的重要因素，而准确的确定在线反冲洗周期是非常重要的。有相当多的数学模型对超滤膜通量的变化进行描述，但在确定通量变化转折点方面都具有局限性，而斜率变点分析方法能够准确的找出离散试验数据的转折点，对于试验数据分析具有重要意义。

参考文献：

[1]穆海涛，姚立松.2.0Mt/a全循环加氢裂化装置首次开工运行分析及操作优化[J].石油炼制与化工，2014-02-12.