超滤膜重度污染原因分析与离线化学清洗

图 1 膜元件清洗测试 装置系统
4. 2 超滤膜元件的离线化学清洗 超滤膜元件的清洗测试装置系统见图 1。 首先, 对单支膜元件进行试清洗, 然后对超滤装置
样品 1 93. 13 39. 54 41. 24
样品 2 95. 84 59. 64 65. 98
表 3 灼烧残渣成分分析结果( 碱熔) %
项目 CaO MgO Fe2O 3 S iO2 SO 3
样品 1 0. 29 0. 21 14. 07 59. 83 0. 34
样品 2 0. 24 0. 17 9. 10 57. 28 0. 30
作者简介: E- mail:
常亮( 1980-) , 男, 河南潢川人, 2007 年毕业于华北水利水电学院环境工程专业, 硕士, 现为河南电力试验研究院环化所助理 工程师, 主 要从事水处理理论与技术研究。
chang200406082@ 163. com
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作为精密过滤装置的超滤膜元件, 在截留水中胶 体、大分子有机物、微生物、悬浮颗粒以及金属氧化物
2 污染物测试
2. 1 膜壳内表面污染物分析 ( 1) 在超滤膜元件的上、下端盖均发现厚约 1 mm
的砖红色物质; ( 2) 超滤纤维丝端部有约 1 m m 厚的砖 红色物质, 且纤维 丝的内 孔径 较正 常状态 缩小 了约 50% ; ( 3) 超滤 膜元件上 下产水连 接软管内 有约 0. 5 mm 厚的灰白或黑色粘稠物质; ( 4) 部分膜元件内部有 腥臭味。膜壳内表面污染物定性分析结果见表 1。
污染物中的铁一方面是由于混凝澄清工艺中混凝 剂聚铁的加入方式不当, 另一方面是由于该超滤装置 的进水管道材质为碳钢且无任何防腐措施, 管道的腐 蚀产物随超滤进水而进入超滤装置。
4 膜的离线化学清洗
4. 1 超滤膜元件出水量测试 超滤膜元件出水量测试装置见图 1。利用清洗泵
B 进行出水量测试, 通过调节阀门 10 控制进水压力为 0. 1 M Pa。分别对 1 号、2 号、3 号、4 号等 4 组超滤膜 元件的性能指标进行测试, 结果显示单支超滤膜元件 的出水量均小于 2 m3 / h, 浓水侧压力 0. 02 M Pa, 净水 侧压力小于 0. 02 M P a, 反洗流量基本为零。超滤膜元
膜过滤型谱图表明, 超滤膜只适合截留水中的胶 体硅。但是, 水中的悬浮颗粒和大分子有机物会在膜 表面截留, 不断累积形成致密的污染层, 污染层会不断 截留或吸附水中的胶体、硅酸分子和大分子有机物, 其 中硅酸分子发生聚集形成胶体, 与有机物一起形成凝 胶混合体, 并且会不断累积, 最终可导致超滤膜重度污 染。
活性硅
9. 8
胶体硅
0. 7
13. 3 1. 2
硅在水中能够以离子态、胶体态和固体颗粒 3 种 状态存在于水中, 其中离子态和胶体态可以随水质条 件的变化而转化。在 天然水 pH 值 接近中性 的情况 下, 大部分硅酸以分子态存在于水中, 但是当分子态硅 酸浓度高时, 硅酸分子间相互聚合而转化成颗粒比较 大的胶体[ 3] 。
定容至 50 mL , 依据 GB 11914- 895水质 化学需氧量 的测定 重铬酸盐法6进行测定, 结果见表 2。
( 4) 灼烧残 渣: 对灼烧 残渣 进行 熔融 ( 碱法) , 用 IRIS型全谱直 读等离子体发 射光谱仪分析 其主要组 成, 结果见表 3。
表 2 沉淀物分析 结果
项目 含水率/ % 灼烧减量/ % C OD Cr / mg # L - 1
3 膜污染原因分析
3. 1 有机物污染及其危害 表 2 数据显示, 沉淀物的有机成分含量较高, 可确
认膜污染物中含有机物。在超滤膜出水管道( 塑料软 管) 内壁发现有粘稠状黑黄色或白色的污染物, 表 1 数 据显示这些污染物为有机物质。
该厂原水为矿井排水, 理论上水中的有机物含量 较低, 且通过混凝、澄清工艺大分子有机物应已除去, 但是一些亲水性小分子有机物很难去除。在超滤过程 中, 由于在膜表面产生的浓度边界层效应和速度边界 层效应会引起浓差极化现象, 尤其是在低流速、高溶质 浓度的情况下, 当超滤膜表面接近或达到溶质的饱和 浓度时, 便会形成凝胶极化层。如果该物质浓度足够 高, 将会在膜表面形成沉积物, 引起膜污染[ 1] 。此外, 细菌及其它微生物也会被截留在膜表面, 随着膜表面 有机物浓度的增加, 细菌及其它微生物营养源得以补
在试清洗时对两次反洗水样中的沉淀物( 样品 1 和样
品 2) 进行分析, 结果如下。 ( 1) 含水率: 称取一定量原样品, 105 e 烘干至恒
重, 分析结果见表 2。 ( 2) 灼烧减量: 称取一定量烘干样品, 950 e 灼烧
后至恒重, 分析结果见表 2; ( 3) 有机物定性分析( CO DCr ) : 称取原样品 0. 5 g,
超滤膜重度污染原因分析与离线化学清洗
常 亮, 吴文龙
河南电力试验研究院, 河南 郑州 450052
[摘
要]
[ 关 键 词] [ 中图分类号] [ 文献标识码] [ 文 章 编 号] [ DOI 编 号]
对某电厂锅炉补给水处理系统超滤膜的污染原因进行分析。利用常规分析方法与 ICP 光谱分析技术对污染物进行分析, 确定污染物质为有机物、硅、铁等。由于有机物质与 无机物质相互作用, 清洗难度增加。采用离线清洗方式对单根膜元件进行化学清洗试 验, 效果良好。化学清洗后, 单支膜元件的产水量由 2~ 3 m3 / h 增加至 8~ 9 m3/ h; 浓 水侧压力提高到 0. 08 MP a 左右, 单套装置出水量达到 45~ 55 m3 / h, 进出水压差 0. 02 M Pa 左右, 出水浊度为零, 基本达到新膜状态。 电厂; 锅炉补给水; 水处理; 超滤; 膜污染; 化学清洗 T M 621. 8 B 1002- 3364( 2010) 05- 0101- 04 10. 3969/ j. issn. 1002- 3364. 2010. 05. 101
Abstract: Cause analysis of f ouling on ult raf iltr at ion membrane in make up w at er t reat ment sy st em of one pow er plant has been carr ied out. By using the co nventio nal met hod and ICP spectro scopy t echno-l ogy , t he com po sit io n of f ouling has been analysed, t he result show s t he fo uling is const it ut ed f rom organic m at t ers, silicon, and iron et c. . Ow ing t o t he int er act io n betw een or ganic and inorg anic m att ers, t he diff icult y o f chem ical cleaning is incr eased. A chemical cleaning test for a single m em brane elem ent has been carried out by using t he method of of f- line chemical cleaning, having go od ef fect iveness. Af t er chemical cleaning, the f low r at e of w at er produced by a sing le membrane element has increased fro m 2 ~ 3 m3 / h t o 8~ 9 m3 / h, t he pressure on dense- w at er side being enhanced t o about 0. 08 M Pa, t he f low rat e o f ef fluent w ater f rom equipm ent of a complet e set reaches 45~ 55 m 3/ h, t he pressure dif f erence of w ater bet w een inlet and out let is about 0. 02 M Pa, t he t urbidit y of ef f luent w ater is zero, reaching basiscally t o a st ate o f new m em br ane. Key words: pow er plant; make- up w at er of boilers; w at er t reatm ent ; ult rafilt rat ion; f ouling o n membr ane; chemical cleaning
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3. 2 水中硅、铁含量较高及其后果 表 4 数据显示, 污染物无机成分中硅和铁的含量
较高。两处水源地所取水样水质全分析中的硅含量如 表 4 所示。
表 4 水质分析中的硅含量 mg/ L
项目 全硅
古汉山矿井排水 ( 2004-02- 10)
10. 5
王敬屯水源地地下水 ( 2000-09-04)
14. 5
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充, 致使其大量繁殖, 这些原生物与其代谢物质将形成 的一种黏稠状的污染物质紧紧地黏附在膜表面, 影响 膜的 水 通量 和 产水 量。文 献 [ 2] 显示, 某 些 菌 类在 T OC 仅为 25 Lg / L 的高纯水中仍能产生微生物黏膜。
件浓水测压力明显小于泵出口压力, 说明中空纤维内 部的水流通道已严重污堵, 这一点从出水量也可看出。 因此, 该超滤膜元件已被重度污染。
后, 滤膜会受到污染。虽然通过反洗能除去部分污染 物质, 但是由于水质状况不同, 且各种污染物质之间相 互作用复杂, 一些污染物质无法通过物理清洗方法去 除时, 必须对膜元件进行化学清洗。
1 某电厂超滤装置
河南某电厂 660 M W 机组锅炉补给 水处理系统 超滤膜元件为美国 KOCH 膜系统公司生产的中空纤 维内压式 V1027- 35- P MC 型。该厂水源为矿井排水, 原水通过中水处理系统进行处理, 一部分用于循环水 补充水; 另一部分用于锅炉补给水。该超滤装置( 以下 简称超滤) 投入运行仅 2 年, 单组超滤出力由 50 m3 / h 左右下降至 20~ 30 m 3/ h, 跨膜压差( 简称压差) 由 20 ~ 30 kP a 上升至 160~ 190 kPa。电厂在超滤膜生产 厂家提供的清 洗工艺( 清 洗药剂为 NaOH 、N aClO 和 柠檬酸) 及技术指导下对超滤膜进行了多次在线清洗, 效果均不理想。清洗后, 膜通量有所恢复, 压差有所降 低, 但两三天后出水量明显下降, 压差很快升高。为消 除系统存在的问题, 电厂决定对超滤膜元件进行离线 清洗。
表 1 膜壳内表面污染物分析
mg/ L
项目
超滤 进水 侧 ( 用 500 mL 超滤 出水 侧 ( 用 500 m L 除盐水 冲 洗膜 筒 下端 口 除盐水 冲洗 附 着在 出 水
底部红色颗粒状沉积物) 管处的粘稠状液体)
CO D Mn 全铁
18. 7 375
20. 0
2. 2 试清洗时反洗水沉淀物分析 在对超滤膜元件正式清 洗之前, 进行了试 清洗。
CAUSE ANALYSIS OF SEVERE FOULING ON ULTRAFILTRATION MEMBRANE AND OFF- LINE CHEMICAL CLEANING THEREOF
CH ANG L iang, W U W enlong
Henan El ect ri c Pow er T est ing and R esearch Inst it ut e, Zhengzh ou 450052, H enan Provin ce, PR C