全维优化法在双膜系统优化中的应用
原创 循诺环保
作为经典工艺设计， 双膜法被广泛应用于中水回用领域，而由于回用水水质较复杂，水质波动大，从而给双膜系统运行带来较大挑战，很多系统开不起来或者处于半瘫痪状态。
本文通过实际案例，介绍了如何利用全维优化法对系统进行问题修复及管理升级，从而更好的保障系统的稳定运行。 希望对您有些帮助。
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Part 1
什么是全维优化法？
**全维优化法是上海循诺环保结合多年应用和实践经验，归纳整理出的一套方法论。**该方法论从两个基本维度出发，系统性的分析问题、优化系统，确保系统持续处于良好的运行状况。一个维度是从基础的化学品到先进的数字化（纵坐标），另一个维度是从紧急的修复到升级的系统进化（横坐标），通过两个维度的组合思考，更加容易全方位的入手，深度分析系统面临的挑战和痛点，并找出对应的优化方案。
02
Part 2
双膜系统
双膜系统，指的是以超滤(UF)、反渗透(RO)为核心处理工艺的系统。 超滤主要用于截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质；反渗透主要用于去除盐类。图1为双膜系统常见的工艺流程图。
图 1 工艺流程图
超滤(UF)系统的工作原理，是在外界推动力(压力)作用下， 截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为 1,000~200,000 的物质。当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体、悬浮物、细菌等去除。
反渗透(RO)是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用，将原水溶液中的溶质与水分开的分离方法，可有效去除原水中的 无机盐、细菌、病毒、有机物及胶体 等杂质。
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Part 3
超滤(UF)系统优化
超滤系统的运行故障主要表现为两个方面：
a) 性能衰减： 表现为压差大、流量低。
b）膜损伤： 表现为压差小、流量高、水质差。
案例分享
01|故障排查
某化工厂的超滤系统运行异常，主要表现在：出水SDI偏高（图2）；压差偏低（图3）。常规情况下，国产超滤出水SDI＜3、压差＜1 Bar（该数值与管道设计及压力表位置有关）。图2中较高的SDI和图3中较低的压差数据表明超滤存在断丝的风险。 经厂家气密性检测，透明管有明显气泡，证明超滤确实存在断丝现象。
图 2 超滤出水SDI
图 3 超滤压差
02|运用全维优化法的R-P象限，通过改变工艺操作对系统进行短期修复。
对于断丝严重的超滤系统，需要及时与超滤厂家联系，更换新的超滤膜；如果短期内确实无法换膜，则需在操作过程中开展修复性措施，考虑客户现场系统特点，选择通过操作优化来修复（R-P象限）， 先满足客户短期的用水需求，长期还是建议对相应超滤膜进行更换。具体措施有：
a) 减少断丝超滤系统的开机时间，延长正常超滤系统开机时间；
b) 持续监控超滤产水SDI，适当降低RO系统的回收率；
c) RO程序方面，增加冲洗次数、延长冲洗时间。
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Part 4
反渗透(RO)系统运行优化
RO系统的运行故障主要表现为：
a) 性能衰减：回收率降低，脱盐率降低。
b）膜损伤：膜被氧化，压密化。
案例分享
01|故障排查
某电子厂的RO系统运行异常，主要表现在：产水量快速下降、二段压力快速上升（图4），该现象表明系统已经出现二段结垢。
图4 结垢的RO系统
结垢通常是由于水质恶化，引起结垢压力上升导致。 表1为RO进水水质数据，该水质的特点是碱度、硬度高，通过循诺百宝箱的LSI计算工具，得出浓水的LSI=3.06（图5），属于极端高结垢压力范围（公众号： 循诺环保-百宝箱-LSI&RSI计算）。
表1 RO进水及浓水水质
图5 RO浓水LSI
02|运用全维优化法的R-C象限，通过化学品方案对系统进行修复。
当水质出现极端结垢压力而超出阻垢剂控制范围时，应通过紧急修复的方式应对。可通过添加化学品（R-C象限），比如加酸；或者通过降低回收率的方式（R-P象限）应对。考虑工厂用水量的需求，通过在进水中投加盐酸，降低二段的结垢压力，控制浓水LSI<3.0，确保系统稳定运行的同时，也确保了产水量。图6为投加盐酸后的运行数据：二段压差虽然存在少量波动，但没有出现持续的上升趋势，产水流量也基本保持稳定。
图6 加酸后的RO系统
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Part 5
自控系统优化
01|运用全维优化法E-D象限，通过数字化和智能化的进化方案，保障系统稳定运行。
如何利用自动化和数字化助力双膜法系统的稳定运行，循诺一直在探索和实践。 循诺自主研发的水安泰智控设备（3R-Tech）和“蓝水云诺”云平台，通过多种传感器收集双膜系统运行数据，并通过对数据的分析，及时对膜的运行工况进行评估及预警，实现系统的稳定高效运行。（ 详见“水的未来：智能系统解锁水资源的无限潜力”）
02|数字化和智能化管理包括：
a) 定制化数据查看： 实时监控和了解系统状态。
b) 数据存储： 可存储系统水质、运行数据、历史故障问题、历史报警等，便于查看历史数据及持续优化。
c) 智能分析： 通过后台运算，将核心运行指标如超滤系统压差、RO系统脱盐率、回收率等关键指标实时呈现，及时判断、调整系统运行性能和污堵情况，预测清洗时间。
d) 智能阶段性报告： 通过后台的大数据分析，系统自动生成定制周期的智能数据汇总报告，发送给不同层级的管理人员。
全维优化法使解决问题的思路既包含了当下最先进的“数字化”思维，也符合“双碳”大的时代背景下的客户诉求;既保留了工业水处理百年发展的精华，又利用了当今工业互联网的技术，更高效的解决老的和新的问题:既保留了客户视角，也引入了水处理最前沿的技术。( 详见“谈谈水处理的方法论-论循诺全维优化法”)
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