广州市自来水有限公司 广东广州 510440
摘要：膜处理技术是21世纪水处理的关键技术。随着生活饮用水标准越来越严格，人们对生活饮用水的感官要求越来越高，膜处理技术已广泛应用于自来水厂的深度处理工艺。超滤膜在截留水中污染物后，需要通过定期的化学清洗来恢复超滤膜的通量。现通过生产运行清洗，对比硫酸和柠檬酸两种酸洗清洗药剂的清洗效果。
关键词：超滤膜 化学清洗
1 超滤膜处理系统情况简介
1.1 工艺设计参数
该水厂的超滤膜处理系统规模为日处理能力5万吨，超滤膜进水为沉淀池出水，常年进水浊度在3NTU以下。主要设计参数见表1。
表1 主要设计参数
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1.2 膜丝污染情况
超滤膜进水浊度常年在3NTU以下，根据对超滤膜反冲洗水样沉淀物成分元素分析，膜丝一般存在Al、Si、S、P、Ca等污染。
2 药剂和清洗程序
2.1 硫酸和柠檬酸的性能对比
清洗中常用的酸洗药剂包括无机酸和有机酸。
硫酸是无机酸，是一种价格便宜的强酸，单价在2.5元/kg左右，硫酸在工业清洗中得到广泛的应用。硫酸属危险化学品，一般采购的硫酸为浓度为50%的硫酸溶液，在稀释配制硫酸溶液时，会产生热量，同时由于硫酸的腐蚀性和脱水性，在运输和卸药期间也存在一定安全风险。而且近年硫酸的购买手续受到监管，在采购的便利上受到一定限制。
柠檬酸是有机酸，酸性较硫酸弱，柠檬酸是以固体形式储存，在运输和储存方面较安全。在配药操作时只需把柠檬酸加水溶解，较为便利。柠檬酸的购买途径方便，在一般供应商或电商平台均可采购食品级柠檬酸。但柠檬酸清洗成本较硫酸高，单价在18元/kg左右。
单从价格成本比较，柠檬酸的使用成本比硫酸高。但硫酸在清洗过程中生成的盐类有较多是溶解度较低的，单独使用硫酸进行清洗的除垢效果不好；而有机酸能更好地去除膜丝上的硫酸盐等溶解度较低的污垢。一般使用硫酸作为清洗药剂时，会加入适量柠檬酸来获得更好的清洗效果。
2.2 药剂配比和清洗程序
在生产试验中，采用硫酸+柠檬酸的混合酸洗药剂与稍高浓度的柠檬酸单一酸洗药剂进行化学清洗试验，在相同的清洗程序下，对比清洗效果。清洗程序见图1。
图1 清洗程序
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3 清洗效果对比
超滤膜在运行产水过程中，膜丝表面截留水中的污染物，通过气洗和维护性清洗能将大部分的污染物清除。但在长时间运行中，随着黏附在膜丝表面的污染物积聚，跨膜压差逐步上升。该超滤膜处理系统为恒流过滤，在不调整进水压力的前提下，当膜组跨膜压差已升高到当前压力最大值，或产水流量已达不到设定值时，需对膜组进行恢复性化学清洗。
本次清洗效果对比选两个运行状况相近的膜组进行，在进行次氯酸钠碱洗浸泡后，分别采用硫酸+柠檬酸的混合酸洗药剂与稍高浓度的柠檬酸单一酸洗药剂进行恢复性化学清洗，并浸泡48小时，在恢复产水后，对比两个膜组的运行状态。
膜组为恒流过滤，每小时产水量为额定值，跨膜压差随膜丝污染程度而升高。在当前设定的压力条件下，跨膜压差到达最大值而污染程度继续增长时，每小时产水量开始下降。清洗效果的对比主要采用膜组恢复产水后的跨膜压差和产水量两个数据作为衡量清洗效果的指标。在恢复性化学清洗并恢复产水后，在180天内对比膜组的运行状态。
3.1 硫酸和柠檬酸混合酸洗药剂的清洗效果
采用硫酸+柠檬酸的混合酸洗药剂进行恢复性化学清洗后，膜组的运行状况见表2。
表2 硫酸和柠檬酸酸洗药剂清洗后的膜组运行状态
采用硫酸+柠檬酸的混合酸洗药剂进行恢复性化学清洗后，膜组的跨膜压差比清洗前下降了约27kPa。随着膜组产水运行，膜丝污染程度逐渐增加。运行到第90天时，膜组产水量已达不到额定产水量，运行到第150天时，膜组产水量比额定产水量已下降近10%，并需要进行下一次恢复性清洗。
3.2 柠檬酸酸洗药剂的清洗效果
采用稍高浓度的柠檬酸单一酸洗药剂进行恢复性化学清洗后，膜组的运行状况见表3。
表3 柠檬酸酸洗药剂清洗后的膜组运行状态
采用稍高浓度柠檬酸的单一酸洗药剂进行恢复性化学清洗后，膜组的跨膜压差比清洗前下降了约32kPa。随着膜组产水运行，运行到第180天时，跨膜压差为73.56kPa，膜组产水量仍达到额定产水量220m3/h，清洗后的运行效果保持理性。
3.3 清洗效果对比分析
从清洗效果看，采用硫酸和柠檬酸混合药剂清洗的膜组在运行90天后，理论上就需要进行恢复性化学清洗，而柠檬酸单一药剂清洗的膜组在运行180天后，仍能维持在设定的产水能力下运行。理论上计算，采用硫酸和柠檬酸混合药剂清洗的膜组，每年约需进行4次恢复性化学清洗，而采用柠檬酸单一药剂清洗的膜组，每年只需进行2次恢复性化学清洗。虽然从单次清洗成本上看，柠檬酸单一药剂的成本要比硫酸和柠檬酸混合药剂要高，但从全年的清洗药剂成本来算，采用柠檬酸单一药剂的药剂成本更节省。在进行恢复性化学清洗时，不但产生清洗药剂的成本，更关键是影响超滤膜处理系统的产水能力。按每个膜组的恢复性清洗时间需要48小时计算，在进行恢复性清洗时，每个膜组将减少产水量约10000m3。减少恢复性化学清洗的次数，能大大增加超滤膜处理系统的产水量。
结束语
采用稍高浓度的柠檬酸单一药剂进行恢复性化学清洗，与硫酸和柠檬酸混合药剂进行对比，不仅具有更好、更持久的清洗效果，还能给水厂带来一定的生产效益。并且，在药品采购和储存上减少了危险化学品硫酸的采购审批手续和操作，令生产运营管理更安全，使配药操作更简便。