超滤是一种通过膜表面的微孔结构将溶液进行净化和分离的膜过滤技术。该技术可以有效地去除水中浊度、臭味、色度、消毒副产物前质、微生物等^[1~5],是解决当代能源、水资源缺乏和环境问题的重要技术,在地表水净化处理方面有广阔的发展潜力与应用前景^[6,7]。 根据膜系统制造方式的不同,将超滤膜技术分为浸没式和压力式,与压力式超滤膜相比,浸没式超滤膜具有固液分离效率高、出水水质好、占地面积小、能耗及运行成本低、易于与传统工艺相结合等优点^[8~11],在水处理工作中不断得到应用。产水量是衡量浸没式超滤工艺运行效果的重要指标之一,本文对某电厂浸没式超滤系统出现产水量低的原因进行剖析,并提出相应改进措施。

　　 某电厂建设2台300MW燃煤机组,以城市再生水为工业主水源,以地下水作为备用水源。锅炉补给水处理采用机械加速澄清池、浸没式超滤装置、反渗透处理装置、阳离子交换器、阴离子交换器、混合离子交换器处理水源来水,以满足锅炉补给水要求。

　　 该电厂浸没式超滤膜系统共有3个膜列,每列配有1个膜箱,每个膜箱安装160个膜元件,超滤膜元件中空纤维、膜丝内外径为0.5mm/0.8mm、有效膜丝长度1 186 mm、膜孔径或截留分子量0.04μm、材料PVDF、滤元有效面积27.9m²、膜通量(运行通量)32L/(m²·h)。每个超滤膜列设计产水量为142m³/h,每运行5 400s进行一次反洗,每2d进行一次化学加强反洗,每月进行一次化学清洗,使用盐酸+柠檬酸/次氯酸钠作为清洗剂。

　　 浸没式超滤系统由超滤给水泵、反洗罗茨风机、反洗水泵、自清洗过滤器、透过液泵、浸没式超滤本体组成,浸没式超滤系统见图1。浸没式超滤系统运行时要求产水浊度小于0.1NTU,跨膜压差小于85kPa。

　　 超滤装置前期运行状况良好,运行参数见表1。

　　 运行期间某月,1# ~3# 超滤膜列产水量由145.16 m³/h、146.3 m³/h、145.12 m³/h下降为98.48m³/h、110.12m³/h、82.87m³/h。1#~3#超滤膜跨膜压差由44.5kPa、44.47kPa、44.62kPa分别增大为65.35kPa、59.2kPa、62.78kPa。1#~3#超滤气水分离器液位由1.34 m、1.33 m、1.31m下降为1.23 m、1.30 m、0.59 m(气水分离器满液位1.34m)。某时刻运行具体参数见表2。

　　 从表2可以看出,在超滤透过液泵频率变化不大的情况下,超滤系统出现产水量下降、跨膜压差增大、气水分离器液位下降等问题。

　　 针对超滤装置在运行中出现性能下降现象,运行人员按运行规程要求对超滤膜进行化学清洗,但投运后超滤各项参数无明显改善,于是从运行、设备等方面进行全面排查,分析问题如下:

　　 (1)反洗罗茨风机。反洗罗茨风机设计风量Q设=35Nm³/min、压力P设=30kPa、频率f设=50Hz;实际运行时罗茨风机风量Q_实=16.27Nm³/min、压力P实=19.49kPa、频率f实=30Hz。

　　 (2) 反洗水泵。 反洗水泵设计流量Q_设=350m³/h、压力H设=0.25 MPa、频率f实=50Hz;实际运行时反洗水泵Q_实=226 m³/h、H_实=0.11 MPa,频率f实=35Hz。

　　 (3)反洗、气擦时间。由于罗茨风机、反洗水泵采用变频设备,电机频率由零达到设定值需要一定时间,这段时间占用反洗、气擦时间。曝气时间<10s,曝气+滤液反洗时间<15s,导致反洗、气擦时间不足。

　　 (4)清洗液浓度在进药时基本满足,但随着浸泡、清洗时间延长,清洗液浓度逐渐降低。清洗时间一般6h左右,但由于制水紧张,缩短清洗时间。导致化学清洗液浓度、清洗时间达不到要求。

　　 (5)超滤进水水质较好,实际运行中将超滤运行周期由3 600s设为5 400s。导致膜表面沉积物增多。

　　 将罗茨风机频率由30Hz调整为40Hz,压力由19.49kPa调整为21.4kPa、风量由16.27Nm³/min调整为22.18Nm³/min。

　　 将反洗水泵频率由35 Hz调整为45 Hz,压力由0.11 MPa调整为0.14 MPa、流量由226 m³/h调整为266m³/h。

　　 曝气时间由10s调整为15s,曝气+滤液反洗时间由15s调整为20s。

　　 (1)1#~3#超滤装置每3d进行一次加强反洗。其时间控制在4h,调整清洗液pH在2.5/10(酸洗/碱洗)左右,(酸洗)清洗过程中如pH控制增大,及时加盐酸将pH控制在2.5左右。

　　 (2)1# ~3# 超滤装置每月进行一次化学清洗,化学清洗时间控制为8h,调整清洗液pH在2.5/10 (酸洗/碱洗)左右,(酸洗)清洗过程中如pH增大,及时加盐酸将pH保持为2.5左右。

　　 1#~3#超滤装置运行周期由5 400s设定为3 600s。每小时进行一次反洗。

　　 1#~3# 超滤装置实施化学清洗(碱洗)措施后,根据其运行参数分析,化学清洗(碱洗)无明显效果。从水源分析,因进水水质相对较好,1#~3#超滤装置主要为无机物污堵,有机物污堵不明显。

　　 超滤装置实施化学清洗(酸洗)措施后,根据其运行参数分析,其效果明显。改进后超滤装置稳定运行,超滤装置运行参数见表3。清洗后1#~3#超滤膜列产水量由98m³/h、110m³/h、82m³/h上升为145 m³/h、144 m³/h、145m³/h。超滤膜跨膜压差变化不大。1# ~3# 超滤气水分离器液位由1.23m、1.30 m、0.59 m上升为1.28 m、1.32 m、0.89m(气水分离器满液位1.34 m)。对比分析,#3超滤装置气水分离器液位明显升高。超滤产水量达到设计产水量。

　　 化学清洗(酸洗)后,1#~3#超滤装置稳定运行,产水量距设计值有30m³/h差距,因设备在异常情况下运行,超滤膜丝污堵严重,化学清洗(酸洗)要能达到初始状况,需在以后运行过程中逐步清洗,将超滤膜表面附着物逐步清理干净,超滤装置产水量才能恢复至设计值。超滤装置运行1个月后,产水量恢复至设计值、跨膜压差在正常范围、超滤透过液泵频率降低,超滤装置恢复正常运行状况。

　　 超滤装置正常运行时2运1备,在制水量较大时3套设备运行。按2 套设备全年运行,1套设备全年运行3个月计算,每年节约成本约8.4万元。

　　 (1)功率:超滤给水泵30kW、超滤透过液泵18.5kW。

　　 (2)耗电量:(30kW+18.5kW)×24h/d×30d/月×9月=314 280(kW·h)。

　　 (3)电费:314 280kW·h×0.268元/(kW·h)=84 227.04(元)。

　　 此外,1#~3#超滤设备正常运行,制水量满足设计要求,保证了发电机组长期﹑安全﹑经济运行,为机组正常发挥其社会、经济效益提供保障。

　　 (1)超滤装置运行过程中应加强管理,严格执行相关运行管理要求,确保装置稳定运行。

　　 (2)超滤膜初期运行时,膜表面状况良好,超滤反洗罗茨风机、反洗水泵参数设定低就能达到反洗效果。随着运行时间延长,膜表面沉积物较多,超滤反洗罗茨风机、反洗水泵参数设定还为原参数,则在反洗时不能将膜表面附着物清理干净。

　　 (3)化学清洗不彻底是超滤膜污堵严重的主要原因,实施改进措施后,问题得到有效解决。

　　 (4)浸没式超滤系统设计时都留有一定程度的富裕量,以保证在紧急时刻不至于因为产水量下降、压差升高使得供水不足而对安全生产造成威胁,但富裕量也使得隐藏的故障不能及时发现,导致膜元件重度污染。所以超滤装置运行时产水流量调整为设计产水流量,在产水量下降时可以及早发现超滤设备问题。