超濾膜組運(yùn)行原理是一種膜分離過程，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較高的物質(zhì)，而水和分子量小的溶質(zhì)透過膜，達(dá)到物質(zhì)分離過濾的目的。在運(yùn)行過程中，膠體溶解度較低的無機(jī)鹽溶解性有機(jī)物等物質(zhì)會吸附沉積在膜表面，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，對超濾膜進(jìn)行有效的清洗維護(hù)，可有效延長膜組的使用壽命，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)檢測數(shù)據(jù)見表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)重的問題，超濾膜組運(yùn)行前后參數(shù)對比如圖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)行狀況不容樂觀，需尋找一種更加適合的清洗方法，從而保證系統(tǒng)長期的運(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濾，為分析超濾膜的污染狀況，對超濾膜進(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機(jī)物以及微生物對超濾膜造成了堵塞，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)無法長期穩(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)無明顯變化，說明草酸溶液對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)水通量測試分析表明，草酸對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)致了解草酸對污染物的去除情況，對清洗前后膜表面進(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)確定草酸對膜組有最好的清洗效果，在實(shí)際的生產(chǎn)中，使用草酸對膜組進(jìn)行藥洗，選取三組膜組測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
通過浸泡實(shí)驗(yàn)和在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行清洗，草酸對超濾膜污染物有最佳的去除效果，經(jīng)過清洗后，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)，可以大大延長膜組的使用壽命，對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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