本发明属于膜污染清洗的技术领域，具体涉及一种铁污染微滤/超滤膜的清洗设备及清洗方法。
背景技术：
膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术。膜分离技术已广泛的应用于水处理领域，包括饮用水、污水处理、中水回用、海水淡化以及超纯水制备等。但是随着工业化发展，工业废水及生活污水被排放如水体，城市污水和地下水被种类繁杂的有机物、重金属等物质所污染，从而加重了膜污染，使膜分离技术的蓬勃发展受到巨大的制约与挑战，因此如何对受污染的膜进行合理有效的清洗具有非常重要的意义。
铁是一种常见的金属离子，在水中大量存在，且以铁盐为主要成分的无机物对微/超滤膜的污染，清洗十分困难。近年来，由于地表水、地下水不断受到污染，水中铁的质量浓度也有上升的趋势，在水处理工艺中，加剧了微滤/超滤工艺受到铁污染的风险。同时，随着“混凝+微滤/超滤”技术研究的深入，无论是在新建工程，还是老旧工程提标改造都大量的采用了“混凝+微滤/超滤”的技术，而由于铝在水中残留对人体存在潜在性危害，铁系混凝剂得到广泛应用。大量研究表明混凝剂的投加有利于减缓膜污染、延长清洗周期，但是部分研究发现混凝条件对于不可逆膜污染有重大影响，对于这种不可逆的污染，常规清洗方法无法去除，对生产造成隐患，会提高运营成本。此外，已建成的水厂和管网随着运行年限的增长，被腐蚀的风险加剧，如自来水运输过程中产生的“红水”等。一旦管网管路及水厂内部元件(包括设备、管路、罐体等)被腐蚀，会将含铁污染物引入水体，造成微滤/超滤系统中的微滤/超滤膜不可逆污染。
微滤/超滤膜被铁污染后，常规使用柠檬酸进行清洗，清洗频次增加，清洗效果较差，使得运行成本增加，供水可靠性降低。因此，开发一种铁污染微滤/超滤膜的清洗设备及方法是十分必要的。
技术实现要素：
为解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种铁污染微滤/超滤膜的清洗设备及清洗工艺。
为达到上述目的，本发明提供了一种铁污染微滤/超滤膜的清洗设备，该设备包括通过管道依次循环连通的清洗水箱、清洗水泵、膜组件区、锰砂过滤器，清洗水箱的顶端设置有药剂投料口，清洗水泵与膜组件区的进水管道上设置有清洗进水阀门，膜组件区的产水端通过产水管道与锰砂过滤器的进水口连接，膜组件区的浓水端通过浓水管道与锰砂过滤器的进水口连接，产水管道与浓水管道上均设置有回水阀门；清洗水泵与膜组件区产水端的连接管道上设置有反洗进水阀门，膜组件区还连接有排水管道，排水管道上设置有排水阀门。
进一步地，清洗水箱一侧底端连接有配药进水管道，配药进水管道上设置有配药进水阀门；清洗水箱另一侧连接有高低设置的多个取样管道，每个取样管道上设置有取样阀门。
其中，清洗水箱内上下交替设置有多个上隔板与下隔板。
进一步地，清洗水箱与清洗水泵的连接管道上设置有管道加热器。
进一步地，该设备还包括可移动车，清洗水箱、清洗水泵、膜组件区、锰砂过滤器均固定在可移动车上。
进一步地，该设备还包括plc控制器，plc控制器分别与清洗水泵、清洗进水阀门、回水阀门、反洗进水阀门、排水阀门连接。
本发明还提供了一种应用所述清洗设备清洗铁污染微滤/超滤膜的方法，该方法包括以下步骤：
(1)待清洗膜组件放置在膜组件区，分别将膜组件的进水端与进水管道连接，产水端与产水管道连接，浓水端与浓水管道连接；
(2)投加药剂，在清洗水箱中生成药液，打开清洗进水阀门、产水管道与浓水管道上的回水阀门，关闭反洗进水阀门、排水阀门，开启清洗水泵进行循环；关闭清洗水泵，浸泡膜组件，然后开启清洗水泵再循环；
(3)循环完毕后，打开反洗进水阀门和排水阀门，关闭清洗进水阀门、产水管道与浓水管道上的回水阀门，开启清洗水泵进行反冲洗。
进一步地，步骤(1)中将膜组件连接后，打开排水阀门、及清洗水箱和锰砂过滤器中的放空阀，使整个设备放空。
进一步地，步骤(2)中，药剂为碱剂和/或酸剂，碱剂为氢氧化钠和次氯酸钠；酸剂为草酸和盐酸。
进一步地，步骤(2)中，循环0.8-1.2h，浸泡1.8-2.5h，再循环0.8-1.2h。
本发明的有益效果为：本发明的清洗设备通过将清洗水箱、清洗水泵、膜组件区、锰砂过滤器循环连通，利用药液对膜组件进行循环浸泡和反洗反冲处理，能够有效地去除铁污染，且占地面积小可移动，能耗低，经济实用，安全可靠。
附图说明
图1为本发明铁污染微滤/超滤膜的清洗设备的结构示意图；
图中：
1、清洗水箱；101、药剂投料口；2、清洗水泵；3、膜组件区；4、锰砂过滤器；5、进水管道；6、清洗进水阀门；7、产水管道；8、浓水管道；9、回水阀门；10、连接管道；11、反洗进水阀门；12、排水管道；13、排水阀门；14、配药进水管道；15、配药进水阀门；16、取样管道；17、取样阀门；18、上隔板；19、下隔板；20、管道加热器；21、放空阀。
具体实施方式
下面通过说明书附图对本发明做进一步地详细描述。
如附图1所示，本发明的铁污染微滤/超滤膜的清洗设备包括通过管道依次循环连通的清洗水箱1、清洗水泵2、膜组件区3、锰砂过滤器4，清洗水箱1的顶端设置有药剂投料口101，清洗水泵2与膜组件区3的进水管道5上设置有清洗进水阀门6，膜组件区3的产水端通过产水管道7与锰砂过滤器4的进水口连接，膜组件区3的浓水端通过浓水管道8与锰砂过滤器4的进水口连接，产水管道7与浓水管道8上均设置有回水阀门9；清洗水泵2与膜组件区3产水端的连接管道10上设置有反洗进水阀门11，膜组件区3还连接有排水管道12，排水管道12上设置有排水阀门13。
本发明的清洗设备通过设置相应的管道和阀门将清洗水箱1、清洗水泵2、膜组件区3、锰砂过滤器4依次循环连通，能够实现对超滤系统中用到的膜组件的有效清洗。这里连入锰砂过滤器4，锰砂过滤器4的进水口与膜组件区3连接，出水口与清洗水箱1连接，锰砂过滤器4不仅可以对清洗后的药液进行过滤，还可以进一步去除铁污染物。锰砂过滤器4中的滤芯滤料能够对药液进行过滤，锰砂滤料还可以将溶解状态的二价铁或二价锰分别氧化成不溶解的三价铁或四价锰的化合物，从而将铁污染物去除。本发明的清洗设备不仅可以实现清洗(正洗)循环通路，还可以进行反洗反冲，可针对铁污染微滤/超滤膜进行清洗，有效地去除铁污染物，恢复膜通量。
作为优化方案，本具体实施方式中，清洗水箱1一侧底端连接有配药进水管道14，配药进水管道14上设置有配药进水阀门15；清洗水箱1另一侧连接有高低设置的多个取样管道16，每个取样管道16上设置有取样阀门17。
清洗水箱1在运行产水时，可充当进水调节池使用，可进行药剂投加调整进水水质，从而得到不同的污染类型，根据运行参数进行污染研究。清洗水箱1在设备进行清洗时，可充当清洗药箱使用，根据污染类型的不同，调整药剂种类及药剂投加量，进行清洗方法研究。通过设置多个取样管道16，可在清洗水箱1中分层取样，对清洗药液中污染物进行逐层分析。
作为优化方案，本具体实施方式中，清洗水箱1内上下交替设置有多个上隔板18与下隔板19，多个上隔板18与下隔板19将清洗水箱1内分隔成往复式的蛇形的过水通道。在配药时，上隔板18与下隔板19可进行水力搅拌，无需额外增加搅拌设备，而是进行水力自搅拌，节约了能源。
作为优化方案，本具体实施方式中，清洗水箱1与清洗水泵2的连接管道上设置有管道加热器20。管道加热器20可对清洗水箱1中的药液进行加热，通过清洗水泵2使药液进入到膜组件区3，使得膜组件的清洗效果更佳。
作为优化方案，本具体实施方式中，该设备还包括可移动车，清洗水箱1、清洗水泵2、膜组件区3、锰砂过滤器4均固定在可移动车上。本发明的清洗设备集中固定在可移动车上，占地面积小且可移动。
作为优化方案，本具体实施方式中，该设备还包括plc控制器，plc控制器分别与清洗水泵2、清洗进水阀门6、回水阀门9、反洗进水阀门11、排水阀门13连接。清洗水箱1内安装有ph计等测量仪表。膜组件区的进水端、产水端、浓水端的管道上均安装有压力计，分别对膜组件的进水压力、产水压力、浓水压力进行检测。膜组件区的进水端及产水端的管道上还可安装浊度仪。ph计、压力计、浊度仪等测量仪表均与plc控制器连接，实现检测数据自采集，并记录储存。plc控制器可以自控控制清洗水泵2、清洗进水阀门6、回水阀门9、反洗进水阀门11、排水阀门13的开启，实现了自动化。plc控制器还可以与显示器连接，便于远程了解该清洗设备的清洗进程，真正做到了远程管理，提高了劳动效率。
本发明还提供了一种应用所述清洗设备清洗铁污染微滤/超滤膜的方法，该方法包括以下步骤：
(1)待清洗膜组件放置在膜组件区3，分别将膜组件的进水端与进水管道5连接，产水端与产水管道7连接，浓水端与浓水管道8连接。
其中，将膜组件底端的进水托盘通过卡箍固定在进水管道5上，膜组件产水端通过塑料软管与产水管道7连接，膜组件浓水端通过塑料软管与浓水管道8连接。塑料软管预留一定长度，可调整连接部位，从而实现不同型号的膜组件的安装。液料进入膜组件，由于部分组分更容易通过膜，进入膜组件的液料通过膜组件后分成两股，通过膜那部分的液料即渗透液，被膜所截留的液料即截留液，渗透液通过产水端进入产水管道7，截留液通过浓水端进入浓水管道8。
膜组件连接后，打开排水阀门6、及清洗水箱1和锰砂过滤器3中的放空阀21，使整个设备放空。
(2)从药剂投药口101投入药剂，打开配药进水阀门14配药，药剂与水通过水力作用完全混合。
铁污染的实际情况包括以下三种：主要为铁污染、铁污染伴随有机物污染、铁污染伴随其他金属离子无机污染。根据实际污染情况进行药剂复配。主要为铁污染的膜组件使用2％草酸和2％盐酸清洗；铁污染伴随有机物污染的膜组件使用4％氢氧化钠、5000ppm次氯酸钠、2％草酸和2％盐酸清洗；铁污染伴随其他金属离子污染的膜组件使用2％草酸、2％盐酸和2％edta清洗。
打开清洗进水阀门6、产水管道7与浓水管道8上的回水阀门9，关闭反洗进水阀门11、排水阀门13，开启清洗水泵2进行循环0.8-1.2h，待清洗药液返回清洗水箱1后可以开启管道加热器20；关闭清洗水泵2，浸泡膜组件1.8-2.5h，然后开启清洗水泵2再循环0.8-1.2h。
(3)循环完毕后，打开反洗进水阀门11和排水阀门13，关闭清洗进水阀门6、产水管道与7浓水管道8上的回水阀门9，开启清洗水泵2进行反洗，当清洗药箱中药液用完时，开启配药进水阀门15，对膜元件进行反冲。
实验例
1、某再生水厂超滤采用恒流方式运行，通量设定为43l/m2*h，初始压力为0.1mpa，当运行压力到达0.16mpa时进行efm(增强通量维持)清洗，efm清洗周期3～5天，化学清洗周期2～3个月。次氯酸钠储罐内涂层被腐蚀，罐体铁溶出，并随药液投加进行超滤系统，导致超滤系统被铁污染，膜组件的污染主要为铁污染。常规使用柠檬酸的清洗效果不佳，膜系统处于高压运行，清洗后压力0.12mpa，efm清洗周期缩短至12h，化学清洗周期缩短至半个月。
采用本发明的清洗方法进行清洗，流量设置为43l/m2*h，清洗后压力0.09mpa，稳定运行一周压力无明显上升。
2、某再生水厂前端污水厂进行提标改造，增加了混凝工艺，混凝后无沉淀直接进入滤布系统，而后经紫外消毒进入再生水厂，在调试阶段由于控制不稳，大量铁系混凝剂随调试产水进行超滤系统，调试阶段产水水质不稳定，有机物含量较高，导致超滤系统被有机物及铁污染。膜组件的污染为铁污染伴随有机污染。
调试前超滤采用恒流方式运行，通量设定为47.8l/m2*h，初始压力为0.1mpa，当运行压力到达0.15mpa时进行efm清洗，efm清洗周期3～5天，化学清洗周期2～3个月。调试导致超滤系统被污染，水质正常后采用柠檬酸进行常规清洗，通量无法达到47.8l/m2*h运行，通量下调至43.5l/m2*h，且清洗后压力0.11-0.13mpa，efm清洗周期缩短至12h，化学清洗周期缩短至半个月。
采用本发明的清洗方法进行清洗，清洗后流量设置为47.8l/m2*h，清洗后压力0.09-0.1mpa稳定运行，efm清洗周期在4-7天。
3、北京亦庄开发区再生水的超滤系统在运行8年后，超滤系统被铁污染伴随其他金属离子无机污染。膜组件的污染为铁污染伴随伴随其他金属离子无机污染。采用本发明的清洗方法进行清洗，清洗后，铁和其他金属离子被完全去除。膜的透水率保持率为99％，膜丝清洗后的拉伸强度保持率为87％、拉伸率保持率为67％，不影响超滤系统的正常运行。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。