1.本发明属于自来水深度处理领域，尤其涉及一种浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法。
背景技术：2.近年来，随着我国经济社会的不断发展，饮用水水源污染问题日趋严峻，饮用水安全保障已成为目前国际社会高度关注的环境与健康问题。以膜技术为核心的新一代饮用水处理工艺拥有优越的颗粒、胶体和病原性微生物截留效能，以及消毒药剂使用量省、占地集约、便于实现自动化等优点。超滤膜凭借其纳米级孔径的筛滤截留作用，可有效去除水中的致病微生物，如“两虫”、细菌甚至病毒等，使得饮用水的生物安全性实现了由相对安全向绝对安全的飞跃。随着理论研究的不断深入与工程化应用的广泛尝试，超滤膜的组件构型与运行模式得到了系统性的优化。其中，浸没式中空纤维超滤膜系统凭借其单个膜堆规模大、运行能耗低、膜抗污堵能力强、产水回收率高、附属设备故障率低等各方面优点，得到了工业及市政客户的广泛青睐。
3.在浸没式中空纤维超滤膜系统产水一定时间后，需对膜组件进行化学清洗以缓解超滤膜表面的污堵情况。然而，在进行在线化学清洗时，浸没式超滤膜池容积大，无效容积多，有效接触膜表面并对污染物进行化学洗脱作用的药剂占总药剂量的比例不高，存在相当比例的药剂随废液排入废水池的情况；与此同时，为了不对环境造成二次污染，中和药剂的用量也随之增大。这两部分药剂的多余消耗导致了整体药耗的增加，对于药耗成本占运行总成本近半数的浸没式超滤膜系统无疑带来了成本的增加。此外，采用在线清洗的浸没式超滤膜系统对于膜池内壁与管道的防腐要求较高，若化学清洗废液中仍存在浓度较高的化学品，将降低系统防腐的寿命，对系统保有潜移默化的损伤。
技术实现要素：4.针对上述技术问题，本发明提供了一种浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，具体的技术方案如下：
5.本发明提出的浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法：
6.包括浸没式膜池、化学清洗水箱、中和池；
7.浸没式膜池中设置浸没式超滤膜组件作为产水核心单元；浸没式超滤膜组件通过产水管连通化学清洗水箱上部的补水口；化学清洗水箱上部还设有药剂原液进口；
8.浸没式膜池底部设置膜池排空口；与膜池排空口连接的一路为化学清洗进药及药液回用管路，连通化学清洗水箱；另一路连通中和池；
9.利用产水泵将滤后水通过产水管通入清水池，同时将滤后水作为化学清洗药液的配药用水。膜池底部设置排空口，亦为化学清洗水箱进药口。
10.化学清洗水箱下部为锥底结构，锥底连通中和池；
11.在化学清洗结束时，对废液是否符合回用标准进行判定；符合回用标准的废液排
入化学清洗水箱后，通过化学清洗水箱上部的补水口、药剂原液进口补药补水至浸没式超滤膜组件的设计活度，等待下一次维护性/恢复性清洗使用，如此循环；对于不符合回用标准的药液，通过排空管进行排空，投加中和药剂后排入中和池。
12.进一步的，药液回用管路连通化学清洗水箱下部，在管路上设置自清洗过滤器、药液回用阀。化学清洗水箱的中下部设有清洗水箱药液阀，作为清洗药液的出口。符合回用标准的废液排入化学清洗水箱时，首先经过自清洗过滤器，过滤掉药液中由于膜清洗而剥落的附着污染物及颗粒悬浮物。开启药液回用阀与化学清洗水箱药液阀，使过滤后的药液流入化学清洗水箱待回用。
13.进一步的，清洗水箱药液阀后并联有药液循环泵和膜池进药泵；膜池进药泵通过膜池进药阀、膜池排空阀连通膜池排空口，控制浸没式膜池进药。
14.通常要求自清洗过滤器滤网孔径小于500μm，以拦截经过化学清洗后从膜表面脱落、残余在废液中的无机结垢物质、生物膜等有机物和较大的悬浮颗粒物，防止上述杂质再次进入化学清洗药液，保证超滤膜的安全性。
15.进一步的，回用系统设置与中和池连通的排空管；膜池排空口连通中和池的一路通过膜池排空阀、系统排空阀、排空管连通中和池。
16.进一步的，药液循环泵连通化学清洗水箱的补水口，控制药液循环；符合回用标准的废液排入化学清洗水箱后，进行一定时间的静置沉淀，然后开启锥底的清洗水箱排空阀进行一定时间的排空；化学清洗水箱补药补水后，开启清洗水箱药液阀、药液循环泵使药液充分均匀；然后取样检测重新配制的药液中有效化学药剂的活度，保证得到均匀的、达到设计化学清洗活度的药液。
17.进一步的，清洗后药液是否符合回用标准的判断方法为：首先计算新配制的化学清洗药液中有效化学药剂的活度，即设计活度，记录药剂投加量；
18.对浸没式膜池中化学清洗后的药液采样，分析其中的有效化学药剂的活度，计算出补药达到设计活度所需补加的药剂量；
19.当补加药剂量低于新配制的药剂投加量时，符合回用标准，通过药液回用管路进入化学清洗水箱待回用；反之则不符合回用标准，通过膜池排空口使废液经过化学药剂中和后，通入中和池。
20.优选地，此处提出另一种清洗后药液是否符合回用标准的跨膜压差判定法：
21.正向监测判定法：将回用系统初次过滤周期结束时的跨膜压差设定为目标压差，记录在过滤周期中达到目标压差的时间，记为特征过滤时间t，将初次过滤周期中的特征过滤时间设定为理想过滤时间tmax；在后续过滤周期中过滤时间t＜tmax；设定最短特征过滤时间tmin。当t＞tmin时，证明本次过滤周期的膜污染情况在可控范围内，下一次化学清洗可使用回用药液进行清洗操作；反之则不符合回用标准，应在本次过滤结束后使用重新配制的化学药液进行清洗。
22.反馈判定方法：通过浸没式滤池的产水仪表监测，作跨膜压差监测曲线，在当前批次化学清洗后，当跨膜压差恢复到设定的区间内，即化学清洗效果较好时，该药液符合回用标准。在当前批次化学清洗后，当跨膜压差恢复值超出设定区间之外，即化学清洗效果较差时，该药液不符合回用标准。
23.对于监测跨膜压差以判断是否可利用回用药液进行清洗的方法存在一定的滞后
性，为避免在临界条件下出现回用药液清洗效果较差，导致在接下来的过滤周期中膜污染严重和膜通量显著降低的问题，可记录相关参数如特征过滤时间、跨膜压差变化情况等，绘制曲线，通过规律性来预判并规避不理想的化学清洗，及时调控最短特征过滤时间或设定的跨膜压差恢复区间，以保证系统平稳运行。
24.进一步的，在中和池中设置ph计和orp仪，监测中和池ph值和orp值，当ph值和orp值超出正常范围时，对中和池补加对应的酸性、碱性药剂或还原剂，同时检查清洗水箱及化学清洗浓度设置。
25.优选地，在浸没式超滤膜化学清洗药液回用系统的基础上，可整合优化调控系统，改善超滤膜系统运行状态，该系统实施主要步骤为：
26.1、利用药液回用系统，对新配制的化学清洗药剂与化学清洗后待回用的废液进行化学分析检测，计算出其中有效化学清洗药剂活度。
27.2、监测超滤膜组件清洗前后跨膜压差的恢复情况，判断当前药液浓度下的清洗效果。
28.调整进行化学清洗的药液浓度设定值，在保证化学清洗效果的基础上，尽可能降低进入膜池的化学药剂浓度，降低化学药剂用量，同时减少对膜池防腐的损伤。
29.本发明提出的浸没式超滤膜化学清洗药液回用系统及方法的技术特点有：
30.1.在膜池排空口与化学清洗水箱的连接管道上安装精度较高的自清洗过滤器，防止上述杂质再次进入化学清洗药液，保证超滤膜的安全性。
31.2.在浸没式膜池中设置取样管，对化学清洗后的药液进行取样后送至化学分析模块，检测化学清洗后的药液中的有效清洗药剂的活度，将符合回用标准的药液回流到化学清洗水箱中。对比废液中的残余药剂活度与设计的化学清洗药剂活度，向回用的废液补充定量的药剂与净水。在化学清洗水箱中设置取样管，对重新配制的药液进行取样后送至化学分析用房，检测其有效清洗药剂的活度是否达到设计值，保证制备得到满足化学清洗要求的药液，供给下一次化学清洗。
32.3.对于化学清洗后药液是否满足回用标准，提出了取样化学分析法、正向监测判定法和反馈判定法，可根据实际的系统组成和工艺特点选用适当的方法，判断并将符合标准的药液进行回用，大大提高了化学清洗药液的使用效率。在此基础上，还可结合跨膜压差的规律性变化，不断调整优化判断条件，获得更加符合实际使用工况的运行方案。
33.4.化学清洗水箱增加锥底设计，并加装排放口，管道连接至中和池。每次药液回流完毕后进行短暂静置沉淀，重新配药前进行短暂排放，目的是将回用药液中没有被自清洗过滤器拦截、在清洗水箱中积累的悬浮物杂质排出，避免其再次进入膜池，同时降低重新配制的化学清洗药液中，除有效清洗药剂以外其他物质的浓度，保证超滤膜的化学清洗效果。
34.5.在回用过程中，由于化学清洗不断洗脱膜表面无机污染物，导致废液中无机盐浓度的不断积累、提高，积累到一定量后可能影响药剂对污染物的洗脱作用，甚至可能在膜表面析出造成二次污染。为避免上述问题，药液在一定次数的回用后，半排后重新补药补水，或者进行全排空，重新配置新的化学清洗药液，大幅降低潜在的无机盐类干扰物的浓度。
35.6.在中和池中设置ph计和orp仪，当中和池内废液ph和orp超出正常范围时，即向中和池中补加酸、碱或还原剂，保证中和效果。
36.本发明与现有技术相比具有的有益效果为：
37.1.化学清洗药剂利用效率高。将化学清洗中未充分反应的化学药剂进行回用，提高了药剂利用率，有效降低了化学清洗药剂的用量，运营上节省了药耗成本。
38.2.大大减少了中和药剂的用量。通常化学清洗废液排出时需加入中和药剂进行中和，避免对环境产生二次污染。通过该回用系统，清洗后废液中有效清洗成分被充分利用，需要中和的药剂减少，中和药剂用量大大降低，节省药耗。
39.3.通过膜清洗效果的监测和化学清洗药液浓度的调整，可探索出当前工况下最佳的清洗浓度，在保证清洗效果的基础上尽可能降低药液浓度，减轻对膜池防腐的损伤，同时减轻了化学清洗对超滤膜本身的损伤，延长了系统的整体寿命。
附图说明
40.图1为本发明实施例的浸没式超滤膜化学清洗药液回用系统示意图。
具体实施方式
41.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对发明作进一步的说明。
42.实施例：图1中主要由浸没式超滤膜池、化学清洗水箱、中和池与配套附属系统(化学分析用房，配套泵、阀、管道、仪表等)组成，图1显示了浸没式超滤膜在线化学清洗时的液位，膜池中液体为化学清洗药液，一般为酸洗药剂、碱洗药剂或氯洗药剂(次氯酸钠)。图中仅举出一个膜池和清洗水箱供以说明实施例，实际超滤膜系统运行时有多组膜池与清洗水箱共用部分阀门与管道，并不影响本实施例运行，本实施例中不再赘述。
43.浸没式膜池中设置浸没式超滤膜组件1作为产水核心单元(本实施例中采用浸没式中空纤维超滤膜组件)；浸没式超滤膜组件1通过产水管连通化学清洗水箱上部的补水口；化学清洗水箱16上部还设有药剂原液进口；浸没式膜池底部设置膜池排空口2；与膜池排空口2连接的一路为化学清洗进药及药液回用管路，连通化学清洗水箱16；另一路连通中和池26；浸没式膜池利用产水泵20将滤后水通过产水子管、产水母管通入清水池，同时将滤后水作为化学清洗药液的配药用水。膜池底部设置膜池排空口2，亦为化学清洗进药口。化学清洗水箱16下部为锥底结构，锥底连通中和池26；化学清洗水箱16通过清洗水箱取样管18、浸没式膜池通过取样管21连接化学分析用房。
44.药液回用管路上设置自清洗过滤器3、药液回用阀7。通常要求过滤精度高于500μm，以拦截经过化学清洗后从膜表面脱落、残余在废液中的无机结垢物质、生物膜等有机物和较大的悬浮颗粒物，防止上述杂质再次进入化学清洗药液，保证超滤膜的安全性。
45.回用系统设置与中和池26连通的排空管8；膜池排空口2通过排空管8连通中和池26；化学清洗水箱16的锥底通过清洗水箱排空阀11连通排空管8，从而连接中和池26。
46.化学清洗水箱16还设有清洗水箱溢流管14，通过排空管8连通中和池26，作为清洗水箱的溢流保护，溢流管14高于化学清洗水箱16的补水口、药剂原液进口。在排空管8上设置排空管道流量计9，监测管道流量并投加相应比例的中和药剂。
47.化学清洗水箱16的中下部设有清洗水箱药液阀25，作为清洗药液的出口，清洗水箱药液阀25后并联有药液循环泵24和膜池进药泵23；药液循环泵24连通化学清洗水箱16的
补水口，控制药液循环；膜池进药泵23通过膜池进药阀22、膜池排空阀4连通膜池排空口2，控制浸没式膜池进药。
48.在膜系统经过一定次数的正常过滤周期后，膜通量下降，此时利用化学清洗药液对浸没式超滤膜组件1进行在线清洗，清洗完成时通过膜池排空口2排出药液，待回用或作为废液经中和后排出。
49.首先根据膜生产商的技术推荐值，计算新配制的化学清洗药液中有效化学药剂的活度，记录药剂投加量。设置在线化学分析仪器，在膜池中设置取样管21对化学清洗后的药液采样，分析其中的有效化学药剂(酸、碱、次氯酸钠等)的活度，计算出补药达到设计活度所需补加的药剂量，当补加药剂量小于新配制所需的药剂投加量时，符合回用标准，执行回用操作。药液将通过自清洗过滤器3，过滤掉药液中由于膜清洗而剥落的附着污染物及颗粒悬浮物。开启药液回用阀7与清洗水箱药液阀25，使过滤后的药液重力自流进入化学清洗水箱16待回用。
50.另一种清洗后药液是否符合回用标准的跨膜压差判定法：
51.在浸没式超滤膜组件1一般采用恒定产水流量进行正常产水，随着过滤的不断进行，超滤膜表面的污染物不断累积，将提高产水泵压力以保持恒流量运行，系统跨膜压差也将增大。在经过多次过滤后，由于超滤膜表面不可逆污染的累积，跨膜压差将整体上升。化学清洗可使跨膜压差大幅度恢复，但也无法恢复到原本水平。
52.正向监测判定法：在膜系统运行初期时，将初次过滤周期结束时的跨膜压差设定为目标压差，记录在过滤周期中达到目标压差的时间，记为特征过滤时间t，将初次过滤周期中的特征过滤时间设定为理想过滤时间tmax。由于膜污染的累积，在后续过滤周期中t＜tmax。根据清洗效果，设定最短特征过滤时间tmin。当t＞tmin时，证明本次过滤周期的膜污染情况在可控范围内，下一次化学清洗可使用回用药液进行清洗操作；反之则应在本次过滤结束后使用重新配制的化学药液进行清洗。过滤周期指超滤膜系统正常产水、曝气反洗等一系列程序，过滤周期结束时，超滤膜污染较严重，此时需要进行化学清洗。
53.反馈判定方法：通过产水系统仪表监测，作跨膜压差监测曲线，在当前批次化学清洗后，当跨膜压差恢复到设定的理想区间内，即化学清洗效果较好时，该药液符合回用标准。在当前批次化学清洗后，当跨膜压差恢复值超出设定区间之外，即化学清洗效果较差时，该药液不符合回用标准。
54.对于监测跨膜压差以判断是否可利用回用药液进行清洗的方法存在一定的滞后性，为避免在临界条件下出现回用药液清洗效果较差，导致在接下来的过滤周期中膜污染严重和膜通量显著降低的问题，可记录相关参数如特征过滤时间、跨膜压差变化情况等，绘制曲线，通过规律性来预判并规避不理想的化学清洗，及时调控最短特征过滤时间或设定的跨膜压差恢复区间，以保证系统平稳运行。
55.在药液经过一定次数的回用后，药液中的其他溶解性物质浓度升高，影响化学药剂对超滤膜污染物的洗脱效果。当补加药剂量大于或等于新配制所需的药剂投加量时，不符合回用标准，执行排空操作。开启膜池排空阀4与系统排空阀10，使废液在排空管8中经过化学药剂中和后，通入中和池26。膜池的其他排空操作亦通过此路管道进行。在中和池26中设置ph计5和orp仪6，实时监测中和池ph值和orp值，当ph值和orp值超出正常范围时，证明存在清洗水箱溢流或药液浓度计算不准的情况，此时对中和池补加对应的酸性、碱性药剂
或还原剂，同时检查清洗水箱及化学清洗浓度设置。
56.在可回用药液回流到化学清洗水箱16之后，进行化学清洗药液的重新配制操作。化学清洗水箱为锥底结构，便于固体杂质在水箱底部沉积，在重新配置化学清洗药液前设定短暂的静止沉淀时间，而后开启清洗水箱排空阀11做短暂排空。对比废液中的残余药剂活度与设计活度，向回用的废液补充定量的药剂与净水。设置清洗水箱取样管18，对重新配制的药液进行取样后送至化学分析用房，检测其有效清洗药剂的活度是否达到设计值，保证制备得到满足化学清洗要求的药液，供给下一次化学清洗。设置清洗水箱液位计15监测水箱内液位。
57.补药时，开启原液进药阀13与原液进药泵12将化学清洗原液按照一定量投加到化学清洗水箱16中。补水时，开启产水泵出口阀19与清洗水箱补水阀17，通过膜池产水泵20，利用正常产水膜池的滤后水作为补水水源投加到化学清洗水箱16中。补水补药操作完成后，开启药液循环泵24将化学清洗水箱16内的药液充分均匀。下一次化学清洗时，开启清洗水箱药液阀25、膜池进药泵23、膜池进药阀22及膜池排空阀4，向膜池内投加化学清洗药液。
58.以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
技术特征：1.一种浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，其特征在于：包括浸没式膜池、化学清洗水箱、中和池；浸没式膜池中设置浸没式超滤膜组件；浸没式膜池底部设置膜池排空口；与膜池排空口连接的一路为化学清洗进药及药液回用管路，连通化学清洗水箱；另一路连通中和池；浸没式超滤膜组件通过产水管连通化学清洗水箱上部的补水口；化学清洗水箱上部还设有药剂原液进口；化学清洗水箱下部为锥底结构，锥底连通中和池；在化学清洗结束时，对废液是否符合回用标准进行判定；符合回用标准的废液排入化学清洗水箱后，通过化学清洗水箱上部的补水口、药剂原液进口补药补水至浸没式超滤膜组件的设计活度，等待下一次维护性/恢复性清洗使用，如此循环；对于不符合回用标准的药液，通过排空管进行排空，投加中和药剂后排入中和池。2.根据权利要求1所述的浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，其特征在于：药液回用管路连通化学清洗水箱下部，在管路上设置自清洗过滤器、药液回用阀；化学清洗水箱的中下部设有清洗水箱药液阀，作为清洗药液的出口；符合回用标准的废液排入化学清洗水箱时，首先经过自清洗过滤器，过滤掉药液中由于膜清洗而剥落的附着污染物及颗粒悬浮物；开启药液回用阀与化学清洗水箱药液阀，使过滤后的药液流入化学清洗水箱待回用。3.根据权利要求1所述的浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，其特征在于：清洗水箱药液阀后并联有药液循环泵和膜池进药泵；膜池进药泵通过膜池进药阀、膜池排空阀连通膜池排空口，控制浸没式膜池进药。4.根据权利要求1所述的浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，其特征在于：膜池排空口连通中和池的一路通过膜池排空阀、系统排空阀、排空管连通中和池。5.根据权利要求1-4中任一项所述的浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，其特征在于：药液循环泵连通化学清洗水箱的补水口；符合回用标准的废液排入化学清洗水箱后，进行一定时间的静置沉淀，然后开启锥底的清洗水箱排空阀进行一定时间的排空；化学清洗水箱补药补水后，开启清洗水箱药液阀、药液循环泵使药液充分均匀；然后取样检测重新配制的药液中有效化学药剂的活度。6.根据权利要求5所述的浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，其特征在于：在中和池中设置ph计和orp仪，监测中和池ph值和orp值，当ph值和orp值超出正常范围时，对中和池补加对应的酸性、碱性药剂或还原剂，同时检查清洗水箱及化学清洗浓度设置。7.根据权利要求1所述的浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，其特征在于，清洗后药液是否符合回用标准的判断方法为：首先计算新配制的化学清洗药液中有效化学药剂的活度，记录药剂投加量；对浸没式膜池中化学清洗后的药液采样，分析其中的有效化学药剂的活度，计算出补药达到设计活度所需补加的药剂量；当补加药剂量低于新配制的药剂投加量时，符合回用标准，通过药液回用管路进入化学清洗水箱待回用；反之则不符合回用标准，通过膜池排空口使废液经过化学药剂中和后，
通入中和池。8.根据权利要求1所述的浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，其特征在于，清洗后药液是否符合回用标准的判断方法为：将回用系统初次过滤周期结束时的跨膜压差设定为目标压差，记录在过滤周期中达到目标压差的时间，记为特征过滤时间t，将初次过滤周期中的特征过滤时间设定为理想过滤时间tmax；在后续过滤周期中过滤时间t＜tmax；设定最短特征过滤时间tmin；当t＞tmin时，符合回用标准；反之则不符合回用标准。9.根据权利要求7或8所述的浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，其特征在于：通过浸没式滤池的产水仪表监测，作跨膜压差监测曲线，通过规律性来预判并规避不理想的化学清洗，调控最短特征过滤时间或设定的跨膜压差恢复区间；在当前批次化学清洗后，当跨膜压差恢复到设定的区间内，符合回用标准；在当前批次化学清洗后，当跨膜压差恢复值超出设定区间之外，不符合回用标准。
技术总结本发明公开了一种浸没式超滤膜化学清洗药液回用方法，包括浸没式膜池、化学清洗水箱、中和池。浸没式膜池中设置浸没式超滤膜组件；浸没式膜池底部设置膜池排空口；与膜池排空口连接的一路为化学清洗进药及药液回用管路，连通化学清洗水箱；另一路连通中和池；浸没式超滤膜组件通过产水管连通化学清洗水箱上部的补水口；化学清洗水箱上部还设有药剂原液进口；化学清洗水箱下部为锥底结构，锥底连通中和池；在化学清洗结束时，对废液是否符合回用标准进行判定；符合回用标准的废液排入化学清洗水箱后，等待下一次清洗使用；对于不符合回用标准的药液，通过排空管进行排空。本发明对浸没式超滤膜化学清洗药液进行回用，可显著降低药耗，优化膜系统的运行调控。优化膜系统的运行调控。优化膜系统的运行调控。
技术研发人员：吕天瑞 贺大立 朱慧可 张方勇 任要东
受保护的技术使用者：江苏道科环境科技有限公司
技术研发日：2022.05.06
技术公布日：2022/7/5
