超滤系统的运行管理

1、超滤系统的运行管理0三、技术篇超滤系统的运行管理1、预处理系统预处理系统是指原液在进入超滤装置之前去除各种有害杂质的工艺过程及设备。预处理工艺是根据原液情况及处理的要求来确定的，没有固定模式，但下述选择原则可供参考。(1)地下水及含悬浮物、胶体物质小于50mg/L时宜采用直接过滤或者在管道中加入絮凝剂过滤；(2)地面水及含悬浮物、胶体物质大于50mg/L应采用混凝沉淀、过滤工艺；(3)原水中含有细菌、藻类及其他微生物较多时，必须先行杀菌，然后再按常规程序处理，灭菌剂有氯、次氯酸钠、臭氧等，而过氧化氢、高镒酸钾等多用清洗组件时用来杀菌，因为预处理用量大，不经济；(4)原水经杀菌剂处理后，如果水中

2、含有较多的余氯或其他强氧化剂，可加入亚硫酸钠等还原剂或者用活性碳吸附去除。上述为常规的传统的预处理工艺，在膜集成工艺中，中空纤维超滤膜常作为其他膜处理的预处理。如在反渗透脱盐工艺中，超滤本身即属预处理工艺，在电渗析脱盐工艺中亦可以超滤作为电渗析脱盐预处理，以补充电渗析脱盐工艺的不足。此外，在矿泉水制备工艺中以超滤作为主要的处理工艺，化学药剂的加入，会使矿泉水水质受到污染，因此在矿泉水处理工艺中，不适宜用化学药剂作为预处理措施。在某种情况下，例如以城市自来水为水源进行深度净化，或以地下水为水源，水质较好时，过多的常规预处理，可能带来二次污染。超滤的预处理可以极为简化，仅采用粗过滤以避免大颗粒悬浮

3、物进入超滤系统损害超滤膜，即可直接用超滤去除少量细菌微生物、胶体、悬浮物。采用加强反冲洗，快速冲洗以及增加浓缩水排量(回流)等措施防止超滤膜的堵塞。2、运行前的准备工作(1)进水水质的检查，重点是检查进水的浊度或SDI值、PH值和细菌、微生物、余氯等项目，应达到设计要求的进水指标后方可输入超滤系统，一般中空纤维超滤膜要求原水的PH值并无严格要求。在PH=211范围内均可使用，但用于工业浓缩时，原液的PH值必须严格根据膜材料的要求。超滤膜对余氯要求也无严格规定，一般情况下，要求含有一定余氯以保证细菌不超标。当后续工艺对余氯有要求时，可在超滤工艺之后用活性碳去除，效果更佳。(2)清洗设备及管道，超

4、滤系统组装完成后，在启动之前还必须对系统中所有过流部分进行清洗，一方面清洗掉设备及管道中的碎屑及其他有害杂质，一方面对系统进行严格的灭菌作用，以免残留的细菌、微生物在管道及超滤膜组件中滋长。一般常采用分段清洗法，即按照工艺流程路线由前往后、按设备和管路分段清洗，以保证设备安全运行。(3)管路系统检查，操作人员必须掌握工艺流程路线，检查各有关设备和管是否有误接的地方，同时还要检查进、出口阀门的启闭情况，特别是要注意浓缩水出口阀门不能全部关闭及进口阀门不能开启，以防止系统在封闭状态下，突然启动引起系统内压力过高以及水流冲击作用而损坏设备。3、启动当做完上述各项准备工作后，可先进行试启动，即接通电源

5、，打开进水阀门，开动泵后立即停止，观察水泵叶轮转动方向是否正确，检查水泵在启动时有无反常的噪音产生，以判断水泵是否能正常运行。对于全自动的控制装置必须预先设置操作程序，以便启动后进入正常顺序运行。4、运行a、升压水泵转动后，逐渐打开超滤系统的进水阀门，相应调节浓缩水出口阀门使系统升压及保持浓缩水的流动，通常情况下，应当缓慢转动阀门，大约在1min左右时间内升至所需的工作压力，有利于对设备及膜的保护。b、监控及记录注意超滤设备进出口压力差的变化，进口压力应按设计值操作，但随着运行时间延长，出口处压力会逐渐降低，即压力差会逐渐增大，当这一压力差高于安装始值0.05MPa时说明水路有阻塞现象，应当采

6、取相应措施，即采取物理或化学方法进行清洗。运行中定时分析供水水质和超滤水水质，发现有突然变化现象，应立即采取措施。当进水水质不合格时，应加强预处理工艺。透过水不合格时，则应当进行清洗再生，处理后仍不见效果，则应考虑更换新的膜组件。c、回收比及其调节运行中观察浓缩水的排放量及透水量，始终保持在允许的回收比范围内运行。回收比过大或过小，于超滤膜的正常运行都是不利的。因为回收比过大，极易产生膜的浓度极化现象，影响产水质量，而回收比过小，则流速过大，也会促进膜的衰退，压力降增大影响产水量。d、膜的清洗判断超滤膜是否需要清洗的原则如下:(1)根据超滤装置进出口压力降的变化，多数情况下，压力降超过初始值0

7、.05MPa时，说明流体阻力已经明显增大，作为日常管理可采用等压大流量冲洗法冲洗，如无效，再选用化学清洗法；(2)根据透水量或透水质量的变化，当超滤系统的透过水量或透水质量下降到不可接受程度时，说明透过水流路被阻，或者因浓度极化现象而影响了膜的分离性能，此种情况，多采用物理一一化学相结合清洗法，即进行物理方法快速冲洗去大量污染物质，然后再用化学方法清洗，以节约化学药品。(3)定时清洗，运行中的超滤系统根据膜被污染的规律，可采用周期性的定时清洗。可以是手动清洗，对于工业大型装置，则宜通过自动控制系统按顺序设定时间定时清洗。e、灭菌细菌与其他微生物被膜截留，不但繁殖速度极快，而这些原生物及其代谢物

8、质形成一种粘滑的污染物质紧紧粘附于膜表面上，直接影响到膜的透水能力和透过水质量。一般采用定期灭菌的方法，灭菌的操作周期因供给原水的水质情况而定，对于城市普通自来水而言，夏季710天，冬季3040天，春秋季2030天。地表水作为供给水源时，灭菌周期更短。灭菌药品可用5001000mg/L次氯酸钠溶液或1%过氧化氢水溶液循环流或浸泡约半小时即可。在矿泉水生产中，由于车间的密封性，通风不良，室内湿度增高，给霉菌生长提供了良好的条件，成为矿泉水生产过程中霉菌的长期污染源，尤其是生产管道一经霉菌污染，清除和消毒十分困难。一般紫外线、臭氧对霉菌的杀灭效果不太理想，使矿泉水成品中出现半透明丝状白色絮状的霉菌

9、集合体，因而必须定期对周转环境进行相应的灭菌措施防止对系统的污染。f、停机(1)先降压后停机，当完成运行任务或者由于其他原因需要停机时，可慢慢开启浓缩水出口阀门，使系统压力徐徐下降到最低点再切断电源。因为在工作状态下如果突然停泵，容易产生水锤现象而伤害超滤膜，降压速度约在1min内完成。(2)用纯水或超滤后的净水冲洗膜表面，利用运转水泵或者辅助的清洗水泵，采用大流量冲洗35min,以清除掉沉积于膜表面上的大量污垢，在冲洗过程中，系统内不升压，不引出透过水；(3)停机期间需进行维护与保养，如果停机时间仅23天，可每天运行3060min,用新鲜水置换出装置内存留的水。如果停机时间较长，应向装置内注

10、入保护液，如0.5%1.0%甲醛水溶液，以防止细菌繁殖。5、超滤系统常见故障及处理措施a、供水压力低或供水量不足，有可能水泵转动方向相反，或水泵进水管泄漏，此时水泵可能激烈震动；b、压力降增大，系统内受阻或流速过大，应疏通水道或减少浓缩水排放量；c、透水量下降，可能膜被压密或膜被污垢堵塞，前者停机松驰，一般不易恢复，后者则应进行清洗；d、截留率下降，水质恶化，有多种可能，浓差极化时应用大流量冲洗，密封损坏应更换或修补。中空纤维断裂或破损，则应更换膜组件。6、中空纤维超滤膜的污染及清洗再生技术由于超滤膜的功能是去除原液中所含有的杂质，性能优良与截留分子量较低的中空纤维超滤膜，被杂质污染堵塞可能更

11、快，膜表面会被截留的各种有害杂质所覆盖，甚至膜孔也会被更为细小的杂质堵塞而使其分离性能下降。原水预处理的有无，与处理质量的好坏，只能决定超滤膜被堵塞污染速度的快慢，而无法从根本上解决污染问题，即使预处理再彻底，水中极少量杂质也会因日积月累而使膜的分离性能逐渐受到影响。因此膜的堵塞是绝对的，一般超滤系统都应当建立清洗和再生技术。清洗膜的方法可分为物理方法和化学方法两大类。a、中空纤维超滤膜的物理清洗法：该方法是利用机械的力量来去除膜表面污染物。整个清洗过程不发生任何化学反应。等压水力冲洗法：对于中空纤维超滤膜等压冲洗法是行之有效的方法之一。具体做法是关闭超滤液出口阀门，全开浓缩水出口阀门，此时中

12、空纤维内外两侧压力逐渐趋于相等，因压力差粘附于膜表面的污垢松动，籍增大的流量冲洗表面，这对去除膜表面上大量松软杂质有效；水气混合清洗法：将净化过的压缩空气与水流一道进入超滤膜内，水一一气混液会在膜表面剧烈的搅运作用而去除比较坚实的杂质。效果比较好，但应注意压缩空气的压力与流量；热水及纯水冲洗法：热水(30c40C)冲洗膜表面，对那些粘稠而又有热溶性的杂质去除效果明显。纯水溶解能力强。纯水循环冲洗效果比较好；负压反向冲洗法：是一种从膜的负面向正面进行冲洗方法，对内外有致密层的中空纤维或毛细管超滤膜是比较适宜的。这是一种行之有效但常与风险共存的方法，一旦操作失误，很容易把膜冲裂或者破坏中空纤维或毛

13、细管与粘结剂的粘结面而形成泄漏。b、中空纤维超滤的化学清洗法：选择化学药品的利用某种化学药品与膜面有害物质进行化学或溶解作用来达到清洗的目的。原则，一是不能与膜及其他组件材质发生任何化学反应或溶解作用，二是不能因为使用化学药品而引起二次污染。酸洗法：常用的酸有盐酸、草酸、柠檬酸等。配制后溶液的PH值因材质类型而定。例如CA膜清洗液PH=34,其他PS、SPS、PAN、PVDF等膜PH=12。利用水泵循环操作或者浸泡0.51h,对去除无机杂质效果好；碱洗法：常用的碱主要有氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠等。配制碱溶液的PH值也因膜材质类型而定，除CA膜要求PH=8左右以外，其他耐腐蚀PH=12,同样利

14、用水泵循环操作或者浸泡0.51h,对去除有机杂质及油脂有效；氧化性清洗剂：利用13%H2O2,5001000mg/LNaClO等水溶液清洗超滤膜，既去除了污垢，又杀灭了细菌。H2O2和NaClO是目前常用的杀菌剂。加酶洗涤剂清洗：加酶洗涤如0.5%1.5%胃蛋白酶、胰蛋白酶。对去除蛋白质、多糖、油脂污染物质有效。超滤膜污染的主要成因超滤膜的污染主要有三个方面：表面吸附、颗粒的阻塞、表面的附着；一个膜如果能够很好的克服这三个方面的污染，那么这个膜通过简单的反洗就可以达到理想的清洗效果，从而可以更好的实现应用于大规模的水处理工程。首先从克服表面吸附入手，使用永久强亲水性的膜材料，很好的克服膜的表面

15、吸附污染；其次膜的生产过程中经过严格的质量检验，膜的孔径分布很窄，没有大孔缺陷，能很好的克服颗粒的阻塞；第三，表面的附着，在实际产水过程中定期加入次氯酸钠杀菌，可用来杜绝膜的表面吸附着；克服了这三方面的污染问题，也就是保证了超滤膜组件大规模水处理工程应用的可靠性。影响超滤过程稳定运行的因素分析(一)超滤透过通量超滤在操作压力为0.1-0.6MPa、温度为60c以下时，其透过通量应在100-500L/(m2-h)为宜，实际中比它要小得多，一般为1-100L/(m2-h)。当超滤透过浓差通量低于1L/(m2-h)时，过程缺乏经济效益，其原因是浓差极化在膜面上形成的边界层(或凝胶层)，使流体阻力增加

16、，因此必须相应采取一些措施来解决。1、料液流速提高料液流速对防止浓差极化、提高设备处理能力有利。但增大压力使工艺过程耗能增加，结果导致费用增大。一般湍流体系中流速为1-3m/s。在螺旋式组件体系中，常在层流区操作，可在液流通道上设湍流促进材料，或采用振动的膜支撑物，在流道上产生压力波等方法，以改善流动状态，控制浓差极化，从而保证超滤组件的正常运行。2、操作压力超滤膜透过通量与操作压力的关系决定于膜和边界层的性质。在实际超滤过程中往往后者控制着超滤透过通量。在用渗透压模型时，膜透过通量与压力成正比，而用凝胶化模型时，膜透过通量与压力无关。此时的透过通量称为临界透过通量。实际中超滤操作应在临界透过

17、通量附近进行，此时操作压力约为0.50.6MPa,除了克服透过膜的阻力外，还要克服通过膜表面的流体压力损失。3、温度操作温度主要决定与所处理料液的化学、物理性质和生物稳定性，应在膜设备和处理物质允许的最高温度下进行操作，因为高温可以减少料液的黏度，从而增加传质效率，提高透过通量。温度与扩散系数的关系，可以用下式表示:科D/T哧数由上式可见，温度T愈高，黏度科变小，而扩散系数D则变大。例如，酶最高温度为25C,电涂料为30C,蛋白质为55C,制奶工业为5055C,纺织工业脱浆废水中回收PVA时为85C。4、操作时间随着超滤过程的进行，浓度极化在膜表面上形成了浓缩的凝胶层，使超滤透过通量下降。其透

18、过通量随时间的衰减情况，与膜组件的水力特性、料液的性质和膜的特性有关。当超滤运行一段时间后，就需要进行清洗，这段时间称为一个运行周期，当然运行周期的变化还与清洗情况有关。5、进料浓度随着超滤过程的进行，料液(主体液流)的浓度在增高，此时黏度变小，边界层厚度扩大，这对超滤来说无论从技术上还是经济上都是不利的，因此对超滤过程主体液流的浓度应有一个限制，既最高允许浓度。6、料液的预处理为了提高膜的透过通量，保证超滤膜的正常稳定运行，在超滤前需对料液进行预处理，虽然超滤的预处理过程不像反渗透过程那么严格，但这种预处理也是保证实现超滤过程正常运行的关键，通常采用的预处理方法有：(1)过滤；(2)化学絮凝

19、;(3)PH调节;（4）消毒；（5）活性炭吸附；上述预处理方法可以根据料液的性质和需要进行选用。此外，经超滤回收的水，在使用前还需进行再处理（称为后处理，如电子工业用水）如脱除CO2、PH调节、过滤、消毒等。（二）膜的寿命膜的寿命是根据生产厂提出的膜在正常使用条件下可以保证使用的最短时间，一般在规定的料液和压力下，在PH允许的范围内，温度不超过60c时，超滤膜可使用1218个月。当然超过规定的条件时，会使膜的寿命缩短。（三）膜的清洗和消毒膜必须进行定期清洗，以保持一定的膜透过通量，并延长膜的寿命。清洗方法一般根据膜的性质和处理料液的性质来确定。通常和反渗透相类似，即先以水力清洗，而后根据情况采

20、用不同的化学洗涤剂进行清洗，例如对电涂材料可以选用含离子的增溶剂，对水溶性有机涂料可以用桥键”型溶剂。食品工业中蛋白质沉淀可以用肮酶溶剂或磷酸盐、硅酸盐为基础的碱性去垢剂。膜表面由无机盐形成的沉淀可用EDTA之类的螯合剂或酸、碱加以溶解。对于不同的膜组件，可以选用不同的清洗方法，如管式组件可以用海绵球进行机械清洗，中空纤维式组件可以用反向冲洗等。对于食品工业用膜还需进行消毒处理（用NaCLO和H2O2等）。超滤技术在水处理中的应用90年代初超滤技术曾在矿泉水生产中得到广泛的应用，近年来超滤技术在反渗透制备纯水和超纯水系统中作预处理及终端处理也逐渐被认可。但在水处理过程中超滤如何正常发挥作用仍然

21、存在问题。当超滤膜在使用时，由于其对水或溶液中细菌、微生物、胶体、悬浮性固体及可溶性高分子化合物具有极高的截留效果，沉积于膜表面形成污染，使膜的透过性能和截留性能恶化。此外细菌、微生物的附着，其代谢产物在膜表面形成黏液。这些因素都将导致超滤膜性能降低。因此，必须根据超滤过滤的客观规律运行，使超滤处于最佳工作状态。膜材料的优选：超滤膜材料众多，国内可供选择的中空纤维（毛细管）型超滤膜，主要材料为聚碉（PSU）、聚丙烯睛（PAN）、聚醒碉（PES）、聚偏氟乙烯等（PVDF）等。此外聚芳碉、聚酰胺等由于制备工艺与膜材料价格原因，尚无生产。醋酸纤维素则因耐酸碱性能的限制较少使用。近年来有以拉伸致孔的聚

22、丙烯微孔滤膜中空纤维，因其制造成本低廉，而在市场上充作中空纤维超滤膜使用，实际上其长形网状孔尺寸较超滤膜大12个数量级，长形孔的变形使细菌、彳生物泄漏率可达50%以上，对胶体及微粒截留效果较差。聚碉以其独特的化学稳定性、较高的抗氧化性、较宽的PH值使用范围（PH113）、耐热性能好等因素而被首选。但聚碉属疏水性膜、透水性能低、对某些物质吸附性能强，在水处理应用中有一定局限性。聚丙烯睛膜耐溶剂性、耐热性、对日光及大气的稳定性，特别是成膜性能良好、对制备孔径均一的超滤膜是极为有利的，轻度的极性于某些废水的处理，在国外超滤膜领域中优先生产，占有较大的比例。我国近年来在纯水制备的大规模使用中已成功的应

23、用。膜的透水性能、截留性能均已达到较高的水平。膜微结构的选择：膜断面结构有单皮层指状孔结构与双皮层针状孔结构两种。当较小物质穿过单皮层指状孔结构时，即可从另一侧透出，不致引起微孔的堵塞。而双皮层针状孔结构如小分子能透过一侧皮层，进入膜孔内部时，有可能被另一侧皮层截留而留存于膜内形成堵孔。但双皮层针状孔结构有利于反冲洗。在选用双皮层针状孔结构超滤膜时在满足透水量的同时应选择切割分子应小于被截留溶质分子约一个数量级。用作矿泉水与纯净水预处理时应选取双皮层针状孔结构毛细管式超滤膜，切割分子量在12万左右，对细菌、微生物、胶体都有良好的分离性能，并且有利于反冲洗。组件结构的选择：当溶液中可被截留的溶质浓度较小时，组件结构有较大的选择余地，而溶质浓度较大时，带有隔网的卷式膜组件易于在膜表面沉积而不宜采用。实际上，在水处理工程中最多采用内压型毛细管或中空纤维超滤膜组件，有利于提高管内流速而达到减少沉积堵塞现象。如若提高流速则阻力损失较大。因而宜选