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超滤膜化学清洗系统精细化设计总结

近年来国内建成了较多大型市政给水厂超滤膜系统，超滤膜技术在市政供水

行业中得到了越来越多的应用，为城镇居民提供安全优质的饮用水。对于市政超

滤膜系统，大家的关注点多在膜前预处理、以超滤膜为核心的组合工艺、超滤膜

系统产水及反冲洗配置等生产主系统上，而超滤膜辅助化学清洗系统作为影响超

滤膜能否可靠稳定运行的重要板块，也应该给予更多的关注。在给水厂日常的生

产运行中，超滤膜维护性清洗（CEB）和恢复性清洗（CIP）耗费了较多的生产管

理时间，也是操作危险性最高的环节之一。因此，完善可靠的辅助化学清洗系统

设计是市政给水厂大型超滤膜系统设计中关键要点之一。

CEB也叫化学加强反洗，在反洗水中加入一定浓度的次氯酸钠溶液或者碱溶

液，主要是为了控制微生物等对膜的污染。CIP是采用一定浓度的酸、碱溶液进

行化学清洗，彻底恢复超滤膜的性能。大型水厂中，为减少工人操作强度，CEB

和CIP都设计为自动运行。本文对压力式超滤膜和浸没式超滤膜辅助化学清洗系

统的化学药剂种类、药剂储存使用、清洗方式、清洗剂的回用或循环利用、药剂

车间布置、废液中和处置等设计细节进行总结，以期为今后给水厂超滤膜辅助化

学清洗的工程设计和运营提供参考。

1、化学清洗药剂

随着超滤膜面污染的累积，膜通量会持续下降。日常反冲洗是去除污染物的

一种途径，但是当污染物不再能够被反冲洗去除时，就需要进行化学清洗，在化

学清洗后，膜通量/压力能够部分或者全部恢复。

不同超滤膜制造商对于自身膜的化学清洗要求不同，本文梳理市场上使用较

多的3家国产超滤膜（均为PVDF材质）的化学清洗要求，同时调研长期运行2

年以上的3座超滤膜给水厂实际化学清洗运行情况，如表1所示。表中制造商要

求是制造商根据自身膜的性能给的参考数值要求，实际运行数据是各水厂根据实

际运行膜污染状况采取的经验做法。由于不同超滤膜制造商的原材料配方、制膜

工艺和装填密度存在差异，因此其对化学清洗药剂的要求差异较大。

结合表1以及调研情况，说明如下：

（1）表中次氯酸钠的投加浓度为5%，氢氧化钠的投加浓度为30%，柠檬酸的投

加浓度为30%。

（2）化学清洗时，通常碱性清洗pH最大为12，酸性清洗pH最小为2。

（3）为提高清洗效果，有厂商会要求化学清洗时清洗温度一般为10~40℃，超

滤膜水厂设计时一般不考虑清洗药剂加热处理。

（4）最常见的清洗方法是首先用酸洗，然后用碱洗，酸洗通常为第一步，用于

去除无机离子，避免碱洗时产生不可溶解氧化物（如碳酸钙或金属氢氧化物）淤

积在膜上的现象，然而，有些生产商建议顺序相反，从而可以通过后续的酸洗步

骤将碱洗过程产生的沉淀物质清除。

（5）柠檬酸在系统重新返回运行前应该彻底冲洗干净，因为它可以作为微生物

的养分，引起生物污染。

表1超滤膜制造商对化学清洗药剂要求和实际超滤膜给水厂药剂需求

（6）压力式超滤膜和浸没式超滤膜的清洗液浓度一般相同清洗，周期会有差异，

相同条件下，浸没式超滤膜的清洗周期一般长于压力式超滤膜。

（7）进膜的原水水质越好，化学清洗周期越长。

（8）有水厂采用硫酸、盐酸、草酸替代柠檬酸。

2、化学清洗系统

CEB为正常反冲洗的同时在反冲洗管道上投加次氯酸钠溶液或者碱溶液，系

统设计相对简单。但由于水反冲洗过程流量大、历时短，因此维护性清洗的配泵

流量较大，一般采用化工离心泵或磁力泵；药剂输液管路口径较大，采用UPVC

化工管。

CIP系统设计较为复杂，一般有两种做法，溶液箱式化学清洗系统和在线循

环式化学清洗系统。溶液箱式化学清洗适用于压力式超滤膜（膜架）和浸没式超

滤膜（膜池），在线循环式化学清洗系统只适用于浸没式超滤膜（膜池）。

（1）溶液箱式化学清洗系统设计

溶液箱式化学清洗系统包括专用清洗溶液箱、清洗水泵、清洗管路阀门及清

洗过滤器等，一般布置在一个独立的房间。储存的酸、碱或次氯酸纳等药剂通过

药剂投加泵注入清洗溶液箱，同时，利用阀门切换和清洗循环水泵作为清洗溶液

箱的混合溶解设施，配制符合要求浓度的药剂。然后，以清洗循环泵作为工作泵，

将调配好的药剂泵送至膜架或膜池，通过膜架或膜池后流入清洗溶液箱。最后，

利用清洗循环水泵将清洗溶液箱内的洗膜废液泵送至中和水池。溶液箱式化学清

洗系统流程设计见图1。

图1溶液箱式化学清洗系统流程