高温凝结水是含有热能的高品质锅炉用水，其热量可达蒸汽总热量的20%~30%，出水温度在90 ℃左右。据计算，1 t的90 ℃高温凝结水具有4.94元的热单值，余热资源丰富，回收及循环利用高温凝结水对企业节能减排意义重大^〔1-2〕。高温凝结水中的污染物形成因素较多，不同运行系统伴生的污染物也不同。高温凝结水中的污染物主要分为2类：金属污染物和有机污染物。金属污染物主要是以离子状态存在，如Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺等；有机污染物主要以胶体态和溶解态存在于凝结水中^〔3-5〕。

膜分离技术作为一种新型的高效分离、浓缩和净化技术，其以操作简单、占地面积小、分离效率高、运行费用低、节能环保等优点，在高温凝结水处理系统中得到应用。但多数高分子超滤膜组件耐热性较差，普遍要求应用温度低于50 ℃，如将其应用于高温凝结水的处理，则需先降低进水水温至膜组件耐受温度范围，才能实现膜法工艺的运行^〔6-8〕。

对此，本研究采用热致相分离法（thermally indu-ced phase separation，TIPS）制备的耐高温聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维超滤膜组件对高温凝结水进行深度处理。热致相分离法制膜技术是将高温熔融的高分子溶液迅速冷却，诱导高分子与稀释剂发生相分离，从而获得特定形态的PVDF微孔膜^〔9〕。该方法最大特点是膜结构在降温固化的一瞬间就成型，因此膜性能受制膜过程的影响更小，所得的膜孔径更均匀，膜强度更高，纯水通量更大，热稳定性更好，耐药剂清洗能力更强。本研究考察了PVDF中空纤维超滤膜组件的耐高温稳定性，探讨了膜组件的运行参数、运行效果、污染物质和清洗恢复效果，以期为后续耐高温膜组件的制备和应用提供参考。

试验设备自制。其由进水泵、膜组件、反洗泵、原水箱、产水箱、药洗箱等构成，采用不锈钢管路连接；设备设置有实时显示的温度、流量、压力等仪表，采用PLC自动控制系统。膜运行流程为正冲-过滤-气擦洗-气水联合清洗的循环过程，相关运行参数见表 1，其中气擦洗和气水联合清洗的气量为5 Nm³/h。

试验采用自主研制的耐高温中空纤维超滤膜组件，具体参数见表 2。该膜组件采用TIPS法制备的具有均质海绵体结构的PVDF中空纤维膜和自主开发的耐高温胶体系进行浇注^〔10〕，可满足高温环境下的稳定运行。其适用pH范围（1~13）宽泛，可耐受高浓度的氧化剂，确保膜组件快速恢复性能及长期使用。均质海绵体结构对大部分颗粒、微生物、细菌及病毒具有优异的去除率，能在运行过程中稳定发挥其高渗透特性；耐高温胶体系可确保膜组件在高温下的承压能力。

超滤进水水质见表 3。进水水温最高达90 ℃，为重碳酸钠水型，浊度波动大。

浊度采用哈希2100Q便携式浊度仪进行测定。

悬浮物（SS）含量采用抽滤装置测定。选用孔径0.45μm的滤膜过滤固定容积的待测水样，然后将滤膜在105℃下烘干至恒重。滤膜过滤前后的质量差，即为悬浮固体的质量。

根据《水的淤泥密度指数（SDI）的标准试验方法》（ASTM D4189—2007）测定淤泥密度指数（SDI）。测试水样在207 kPa下通过0.45 μm的微孔滤膜过滤，推算一定时间内产生的流量衰减值。SDI是表征预处理出水中胶体和颗粒含量的有效方法之一，是确保反渗透等膜分离过程有效运行的重要指标。

采用JSM-7200F型扫描电镜（SEM）分析膜丝表面污染状态及清洗后恢复状态；采用DX200型能谱分析仪（EDS）测定膜丝表面元素含量。

膜组件采用错流运行方式，系统回收率约为90%。试验初期超滤进水温度平均保持在78 ℃，而在后期温度稳定在85~89 ℃，最高时达到90 ℃，如图 1所示。

对于常规超滤膜组件，若在如此高温度下运行，极易造成浇注端头的胶面开裂，导致出现产水水质不合格的情况。试验结果表明，区别于常规超滤膜组件，采用自制的耐高温中空纤维超滤膜组件，系统运行稳定，产水水质波动小，膜组件端面无异常，未出现变形、开裂等现象。试验结束后采用100kPa压力对膜组件进行完整性检测，组件完好无泄漏。

温度持续较高时，水体中污染物呈悬浊、分散状态，其分子运动较常规状态频繁，聚集程度降低，黏附膜丝表面快速附着的能力降低。基于试验水体的复杂性和波动因素，本试验选取的运行通量由低到高为30、35、40 L/（m²·h），操作过程中未采用任何清洗方式，运行时间为30 d。在持续试验过程中，通过跨膜压差（TMP）的变化考察超滤膜的运行情况，结果如图 2所示。

由图 2可以看出，在30、35 L/（m²·h）通量下，超滤系统可稳定运行，跨膜压差增长趋势缓慢，在35L/（m²·h）通量下运行15 d后，跨膜压差不超过35 kPa。但当运行通量提高到40 L/（m²·h）后，跨膜压差增大，膜污染速率明显加快^〔3〕。在温度变化稳定的条件下，高温凝结水中的污染物在膜丝表面呈松散状态，因此，即使污染物浓度高，在运行通量30 L/（m²·h）下，跨膜压差变化的幅度仍保持在较低水平。随着运行时间的延长，继续增加通量，污染物开始在膜丝表面富集、吸附、沉积，跨膜压差开始上升。当运行通量从35 L/（m²·h）增加至40 L/（m²·h）时，跨膜压差增幅明显达到6~8 kPa/d，说明污染物在膜丝表面从松散逐渐压实形成滤饼状，渗透率趋于稳定。

试验周期内超滤进出水浊度的变化见图 3。

试验结果表明，在试验周期内，进水浊度在30~350 NTU范围内，产水浊度保持在0.1 NTU以下，浊度去除率达到了99%。可见，在进水水质波动很大的情况下，该超滤系统对悬浮物的去除效果明显，出水水质稳定，具有很强的抗冲击能力。

SDI₁₅是检验超滤膜系统出水是否达到反渗透进水要求的主要手段。试验周期内超滤产水SDI₁₅的变化如图 4所示。

结果显示，在试验周期内，超滤膜产水SDI₁₅均在4.0以下，满足系统设计的反渗透组件的进水要求（SDI₁₅≤5），可保证反渗透的有效运行，延长其使用寿命。

试验后对污染的超滤膜进行常规的碱洗和酸洗，测试超滤膜的通量恢复性能。膜化学清洗剂采用超滤膜产水配制。化学清洗效果如表 4所示。

由表 4可以看出，通过碱洗膜通量从31%恢复至83%，说明膜表面存在有机物污染，碱洗实现了较好的清洗恢复效果；再进行酸清洗后，膜通量最终恢复至初始值的98%，说明该膜具有良好的污染恢复性。

采用扫描电镜观察膜丝清洗前后的形貌，结果见图 5。

通过图 5可以看出，过滤30 d后膜丝表面被污染物覆盖，已见明显的滤饼层，断面未见明显污染物，说明污染物仅附着在膜丝表层，没有进入膜丝内部，为表层污染。经过70 ℃的碱洗+酸洗后，膜外表面的滤饼层松散剥离，推测可能是污染物在膜表面附着力小，滤饼层堆积相对松散，在化学清洗下其能快速从膜表面剥离，恢复膜通量。

高温凝结水管道长期使用存在腐蚀可能，致使凝结水中带有铁、铜离子及管道腐蚀性污染物，这些污染物进入锅炉后会与钙镁离子等其他杂质混合，一起沉积在锅炉金属受热面上形成水垢。对超滤膜运行前后及清洗后的表面进行EDS元素分析，结果见表 5。

从表 5可以看出，膜丝运行后表面附着有氧和铁元素，铁元素质量分数0.24%，说明水体中含有一定量的铁元素的胶体和有机物。高温清洗后，铁元素质量分数降低至0.03%，清洗效果较为明显。

（1）在水温为75~90 ℃条件下，耐高温的超滤膜组件可在35 L/（m²·h）时实现低压稳定运行。该膜组件清洗恢复效果良好，采用常规清洗方法，通量恢复率达到98%。

（2）采用耐高温的超滤膜组件，产水水质稳定，产水浊度≤0.1 NTU，SDI₁₅≤5，可有效去除原水中的悬浮物和胶体，满足后续工艺要求。

（3）在水温为75~90 ℃条件下，耐高温的超滤膜组件运行时未出现变形、浇注胶面开裂等情况，可连续稳定运行。研究表明，制备的新型中空纤维超滤膜组件适用于高温凝结水的处理。