超滤膜污染预防与控制技术

超滤膜污染预防与控制技术

谢鹏伟

天津膜天膜科技股份有限公司300000

摘要：以超滤技术为核心的组合工艺作为微污染水源水处理的一项新技术，引起了人们越来越多的关注，成为给水处理领域研究的热点，也大量应用于电厂锅炉补给水除盐系统中，但超滤膜污染一直是超滤技术在实际工程推广应用中所面临的一大障碍。总结了近年来超滤膜污染预防与控制方面的新进展，包括膜污染的成因及机理、膜污染防治以及膜清洗方法，为电厂除盐系统超滤膜污染预防和控制提供思路。

关键词：超滤膜；污染预防；控制技术

1引言

目前，超滤技术已被广泛应用于市政、工业、特种分离等领域的水处理系统中，也大量应用于火力发电厂的锅炉补给水除盐系统中。超滤膜是膜集成技术的重要组成部分，一般安装于反渗透装置的前级，它能非常有效地减少反渗透膜的污堵，保障反渗透装置的安全稳定运行，提高反渗透系统的产水率，减少浓水量。但在实际应用的过程中，超滤膜污染情况时有发生，如果处理不当就会严重影响制水量，甚至影响电厂机组安全运行。因此，掌握正确的预防、控制超滤膜污染的措施和清洗方法是电厂锅炉补给水除盐系统中非常重要的技术。

2膜污染的形成

2.1膜污染定义

膜污染是指被处理物料中的微粒、胶体粒子和大分子溶质由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用，而引起的膜表面或膜孔内吸附、堵塞，使膜产生透过通量与分离特性的不可逆变化的现象。包括膜的孔道被大分子溶质堵塞引起膜过滤阻力增加；溶质在孔内壁吸附；膜面形成凝胶层增加传质阻力。组分在膜孔中沉积将造成膜孔减小甚至堵塞，实际上减小了膜的有效面积。组分在膜表面沉积形成的污染层所产生的额外阻力可能远大于膜本身的阻力，而使渗透流率与膜本身的渗透性无关。膜污染程度同膜材料、保留液中溶剂以及大分子溶质的浓度、性质、溶液的pH值、离子强度、电荷组成、温度和操作压力等有关，污染严重时能使膜通量下降80%以上。

2.2超滤膜污染的成因及机理

超滤膜污染过程一般可分为三个阶段：第一阶段，超滤开始过滤时，大颗粒物质在溶液不断透过膜的过程中被带至并吸附在膜的表面，使膜面的大颗粒物质浓度高于主体溶液的浓度形成浓差极化层，浓差极化层所引起的传质阻力较小，对膜的选择性和过滤影响不明显。第二阶段，随着大颗粒物质不断在膜表面吸附积累，边界层的浓度不断增加，当其浓度达到饱和浓度时形成凝胶层。这层污染层形成后，压力增加厚度增加，所增加的压力与增厚的凝胶层阻力相抵消，以致透水通量不再增加。第三阶段，小于膜孔径的颗粒污染物在孔道内吸附形成搭桥式堵塞，同时略大于孔径的颗粒物在压力作用下进入膜孔内形成堵塞，由此造成膜的孔隙率逐渐下降，超滤膜的过滤及分离特性严重被破坏。

3超滤膜污染的防控措施及清洗方法

任何膜分离技术在应用中，纵使选择了较合适的膜和运行工艺，膜的污染问题也必定发生，就必须采取一定方法以去除膜表面或膜孔内的污染物，以达到恢复产水量，延长膜寿命的目的。本文以电厂常用的中空纤维超滤组件为例，展开分析。如提高进入超滤的进水水质，选择合适的膜组件，优化操作条件和运行工艺，从而有效防控膜污染。

3.1超滤膜污染的防控措施

3.1.1选择合适的膜组件

根据电厂产水特点，多选择结构紧凑的中空纤维超滤膜组件，其具有单位体积内膜的填装密度高，比表面积大，料液流动状态好，浓差极化倾向易于控制，能耗较低，投资费用相对较低的特点。中空纤维膜有单皮层和双皮层两种，目前单皮层好于双皮层中空纤维膜，单皮层空纤维膜外表面孔径比内表面孔径大几个数量级，透过内表面孔的大分子不会被外表面孔截留，因而抗污染能力强。

其次，超滤膜有外压组件和内压组件，通过应用对比，外压组件比内压组件有着更好的抗污染性能，尤其是原水为微污染的地表水，更适合选用外压超滤组件。

最后就是膜丝材质，现在超滤产品材质有PES、PS、PVC、PVDF等多种材质，由于PVDF的优异的抗污染性能和化学稳定性，已经成为了微污染水源条件下的较好选择。

3.1.2提高原水品质

原水在进入超滤前应进行足够时间的混合、絮凝、沉淀、粗过滤等预处理，以提高原水品质，减少污染物进入超滤膜。在采用超滤原水的试验中，发现在超滤前使用混凝可以提高渗透通量和延缓膜通量衰减；在使用高锰酸盐和加氯预处理对控制藻类污染的研究中发现，联合使用高锰酸盐和加氯可以降低超滤膜污染的速率。

3.1.3优化操作条件

在膜运行过程中采取一定的操作策略，如采用气水反冲洗的方式，反洗时在中空纤维超滤膜丝外侧采用连续切向空气流，在膜表面产生气/液两相流，可产生高剪切力和流体不稳定性，以减少颗粒物在膜表面上沉积，同时气泡的擦洗也使滤胶层膨松，即使在较低气体流速下超滤通量也会有明显提高。另外，对PVDF材质膜表面做垂直作用电场试验时，发现膜通量大大提高，在高pH值下，通量甚至超过纯水，随着电场强度的增加膜透过量也增加；此外，研究报道，利用超声波照射超滤膜组件也可一定程度上提高膜的透过性能。

3.2膜污染的清洗方法

膜污染的清洗方法包括物理清洗法和化学清洗法。物理清洗方法中最为常用的是水力清洗技术和气水冲洗联合技术，化学清洗法是指加入了药物辅助清洗的方法，包括加酸、杀菌剂等药剂。在选择清洗方法前，要弄清楚污染物的种类和性质，采取针对性的清洗方法。通常系统应设置合理的清洗方法，多用物理法冲洗，只有在物理法冲洗达不到理想效果时，再考虑用化学清洗法。当正常出力下，产水量减少，还会选择人工干预清洗的方法。

3.2.1物理清洗

物理清洗是超滤膜污染的初期清洗方式，具体以水力清洗技术和气水冲洗联合技术为主，主要去除超滤膜可逆污染。其中，水力清洗技术是用水来反向或切向去除膜污染物质的方法，具体包括反冲洗、正冲洗等方法；气水冲洗技术是通过将高压气体通入膜过滤装置的膜丝外部间隙，擦洗抖动膜丝，继而冲走污染物。发展至今，脉冲电场清洗、超声波清洗、机械振动等新型物理清洗技术得到了一定的应用，其中，超声波清洗技术可用来清洗其他方法无法清洗干净的空隙和死角。

3.2.2化学清洗

化学清洗是利用清洗剂与膜表面和孔隙内部污染物的化学反应来清洗超滤膜，其中，NaOH、NaClO、柠檬酸、盐酸、草酸和磷酸等杀菌剂和清洗剂皆可用来清洗膜组件。在实际应用中，结合客观实际情况来选择清洗效果好且对环境污染小的无毒无害杀菌剂和清洗剂。在超滤膜处理污废水应用中，分别做了如下研究：在油田污水处理中，异戊醇溶液和SDS的清洗效果最佳；在印染废水处理中，则选用柠檬酸、双氧水和氢氧化钠来浸泡清洗，可有效恢复通量及延长运行时间。在电厂脱盐系统中，原水以微污染水源居多，NaOH、NaClO以及表面活性剂组成的复合清洗剂对膜通量恢复效果最佳；使用单一清洗剂时，NaClO对膜通量的恢复效果优于NaOH、HCl及柠檬酸，且清洗剂的浓度、清洗时间也对膜通量的恢复有影响。

4结束语

超滤装置在电厂除盐水处理系统中具有特殊的优越性，得到日益广泛的应用，但如果管理不善，配套技术落实不到位，那将直接影响整个锅炉补给水处理系统的正常运行，并直接影响到电厂的安全生产，所以只有用好膜技术，做好管理，及时发现超滤膜系统运行参数的变化并调整设备运行工况，就可以避免出现严重的问题，才能确保水处理系统长期稳定地运行。

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