超滤作为一种高效的膜分离技术，能够实现溶液的净化与分离。超滤膜系统以超滤膜丝为过滤介质，借助膜两侧的压力差作为驱动力，构建起溶液分离装置。超滤膜具备独特的筛分特性，仅允许溶液中的溶剂（如水分子）、无机盐以及小分子有机物透过，而将悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质有效截留，从而达成净化或分离的目标。
超滤膜组件主要分为内压式、外压式和浸没式三种类型。在本文中，将着重围绕外压式膜的运行维护展开深入探讨。影响膜性能的因素较为复杂，涵盖膜材料、膜组件结构、运行温度、操作压力以及进水水质等多个方面。在超滤膜系统的长期运行过程中，维持其稳定运行至关重要，这不仅关系到产水质量的稳定达标，还与膜设备的使用寿命密切相关。而实现这一目标的关键，就在于日常运行的精细化管理、膜设备的定期维护以及适时的化学清洗。
01｜超滤膜运行步序
超滤膜系统的过滤方式主要包括死端过滤和错流过滤。
死端过滤，或称全量过滤，指原水中被分离物质浓度很低时，为了降低能耗，原水中的水分子全部渗透过超滤膜，没有浓缩液流出的过滤过程。
错流过滤指原水中能被膜截留的物质浓度很高时，超滤膜的过滤阻力增长很快时，在过滤过程中有一部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉，以此来减缓超滤膜的污堵速度的一种过滤过程。具体使用哪种方式根据项目现场水质情况自主选择。
在超滤系统运行期间，超滤膜的跨膜压差（TMP）会随着过滤进程的推进而不断升高。为有效控制 TMP 的上升，系统需每隔一定时间进行气擦洗辅助反洗。通过定期的气擦洗辅助反洗，能够将膜丝表面截留的大部分污染物质去除，清洗产生的污水则从膜元件的排污口排出。
在连续膜过滤系统的长期运行过程中，膜丝表面会逐渐截留许多难以通过常规反洗去除的污染物质。这些污染物长期积累，会导致膜通量下降。此时，需要采用化学加强反洗（CEB）的方式来去除污染物。若要彻底清除污染物，恢复超滤膜的膜通量，则需进行更为深度的化学清洗。
超滤系统的一般运行步骤包含正冲、制水、气擦洗、气水反洗、水反洗、维护性化学清洗（CEB/EMF）以及化学清洗。具体如下：
01
正冲
在超滤膜系统制水前，需进行 40 - 60 秒的正洗操作。正洗的目的在于排除膜组件中的空气，并冲洗掉膜长期静置过程中沉积的杂质。正洗时，原水从膜组件下部的进水口进入，对膜丝外表面进行冲洗，随后从膜组件顶部的上排口排出，此过程中系统不产水。
02
制水
完成正洗后，系统进入制水过滤状态。通常一个运行周期为 30 - 60 分钟，可根据原水的实际条件合理设定制水时间。原水在原水泵的作用下，从超滤膜组件下端进入。经过过滤后，产水从膜组件上端产出，先进入反洗罐进行补水。当反洗罐补满水后，产水通过产水管进入产水箱。若膜系统采用错流过滤方式，部分原水会经浓缩后从浓水阀回流至原水罐。
随着过滤过程的持续，污染物不断被截留，跨膜压差（TMP）会逐渐上升。当达到设定的运行周期后，系统将转入气擦洗和反洗的清洗步骤。
03
气擦洗
制水周期结束后，关闭进水泵及相关阀门，系统转入气擦洗步骤。气擦洗利用压缩空气产生的气泡，松动膜丝外表面截留的污染物。压缩空气从膜组件底部的进气口进入膜丝外表面，随后从顶部的浓水口排出。
04
气水反洗
气擦洗步骤完成后，开启反洗泵，使反洗水和压缩空气同时进入膜组件，进行气水反洗。在气水反洗过程中，反洗流量和气洗流量必须严格按照产品使用说明中建议的运行参数进行控制。
气水反洗的原理是，借助气流在膜组件内上升时带动膜丝摆动，使膜丝相互摩擦，从而将膜丝壁上附着的污染物剥离脱落。同时，补入的反洗水会将膜表面的沉积物冲洗疏松，随排水一同带走松动的污染物。
05
水反洗
气水反洗步骤结束后，关闭进气阀，单独进行水反洗。水反洗的作用是进一步将膜孔内的污染物以及气水反洗导致的膜丝表面疏松的污染物冲洗掉。
06
化学加强反洗（CEB）
当常规气擦洗辅助反洗无法完全去除所有污染物时，可通过在反洗过程中加入化学药剂的方式，增强反洗效果，这就是化学加强反洗（CEB）。
CEB 过程涵盖一个完整的气擦洗、反洗流程，具体为在水反洗过程中加入化学药剂进行反洗、浸泡，然后再通过常规气擦洗辅助反洗，将污染物和化学药剂冲出。
根据所使用化学药剂的不同，CEB 一般可分为两类：针对原水中有机物及生物污染的碱 CEB；针对原水中铁、铝的胶体或硬度结垢等无机物污染的酸 CEB。
07
进水加药清洗（EFM）
进水加药清洗是指在进水中加入较低浓度的化学药剂，通过循环和浸泡的方式，清洗膜表面在过滤过程中形成的污染物，最大程度地减轻超滤膜的污染。
在进行清洗前，需先通过物理反洗尽可能将膜组件清洗干净。清洗时，在清洗罐中配置适量的水，开启相应阀门后启动清洗泵，同时通过加药点的计量泵打入适量的清洗药剂，使清洗药剂与清洗水充分混合。混合后的清洗液在清洗泵的压力推动下，通过清洗进水管道进入膜组件，然后经清洗浓水回流和清洗产水回流管道返回清洗罐，形成错流循环。循环一段时间后，关闭清洗泵和阀门，对整个膜系统进行浸泡。浸泡结束后，开启相应阀门排空整个膜系统，随后关闭阀门，完成清洗。
08
就地化学清洗（CIP）
就地化学清洗（CIP）的频率受给水水质的影响较大，通常为 1 - 6 个月不等。
在进行 CIP 前，需先执行一次常规反洗，常规反洗步骤包括气擦洗、底部排放、上反洗和下反洗，这些步骤通常重复 3 - 8 次，以去除各类可通过常规反洗去除的污染物。CIP 的运行步骤与 EFM 相似，但 CIP 的加药量更大，对超滤膜的清洗也更为彻底。
由于超滤系统通常采用频繁反洗的运行方式（每 20 - 60 分钟反洗一次），为确保运行的稳定性和高效性，一般采用自动控制运行模式。在实际运行过程中，可根据不同的原水水质条件，对运行系统的制水时间、气擦洗时间以及反洗时间进行实时调控。总体原则是，当进水水质较差时，适当增加反洗、气擦洗以及化学加强反洗的频率。
超滤膜运行步序
02｜ 案 例 分 享
天津某自来水超滤系统，前期已有 4 套超滤系统稳定运行长达 6 年。然而，随着现场运行维护工作的不到位以及供应客户终端数量的增加，原有的超滤系统已无法满足当前的产水需求。我公司项目组进驻后，为客户新增了两套超滤系统，使日产水量在原有基础上增加了 5000m³/d。同时，对旧的 4 套超滤系统进行了离线清洗，并更换了部分新膜。经过一系列的维护和升级措施，当前系统已稳定运行 5 年，产水量依然能够满足后端客户的用水需求。此外，还为客户更新了超滤的自动控制系统，使系统具备更高的智能化水平，能够及时检测系统问题，并在第一时间进行相应处理，为系统的长期稳定运行提供了更为全面的保障。
撰写：张建忠
排版：翟雅楠
审核：周光彬
