除鹽水反滲透系統(tǒng)膜污染原因分析與措施

田志娟，晏鳳俊

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

洛陽石化動(dòng)力部除鹽水站以深層地下水為源水，采用反滲透+混合離子交換床組合工藝，共有4套反滲透。產(chǎn)品除鹽水用于鍋爐給水以及化纖用水等。反滲透膜運(yùn)行三年后，4#反滲透膜出現(xiàn)膜污染，污堵嚴(yán)重，無法正常運(yùn)行。本文結(jié)合除鹽水站生產(chǎn)實(shí)際情況，分析了4#反滲透膜膜污染的原因，并根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行了相應(yīng)的改造措施，為反滲透系統(tǒng)的長期良好運(yùn)行打下了基礎(chǔ)。

1 膜污染初步鑒定

該除鹽水站系統(tǒng)反滲透膜采用的是復(fù)合膜，生水來源為深井地下水，一般地下水礦物質(zhì)含量較高，微生物含量較低，反滲透膜元件相對(duì)較易發(fā)生的污染為無機(jī)物結(jié)垢。

在4#反滲透運(yùn)行過程中，出現(xiàn)了以下現(xiàn)象:①產(chǎn)品水流量降低，4#反滲透系統(tǒng)產(chǎn)品水流量由100 m3/h降低至85 m3/h。②二段壓差增加，達(dá)到0.4 MPa，超過設(shè)備運(yùn)行最大限值0.35 MPa。③將其膜元件取出以后，發(fā)現(xiàn)膜表面有細(xì)微白色顆粒狀結(jié)晶物。特別是二段末端膜元件表面，形成微小片狀白色垢狀物。采取適量垢質(zhì)放入1%HCl溶液中后，垢質(zhì)溶解，并伴有氣泡產(chǎn)生，可以判定垢質(zhì)中存在CaCO3。綜合，最終判斷4#反滲透膜發(fā)生的污染為無機(jī)物結(jié)垢。

2 膜污染處理

4#反滲透膜元件結(jié)垢發(fā)生以后，產(chǎn)水量降低，壓差超規(guī)，嚴(yán)重影響到反滲透系統(tǒng)正常使用。為恢復(fù)反滲透膜良好的透水性和除鹽性能，將4#反滲透膜停運(yùn)并進(jìn)行了化學(xué)清洗。

根據(jù)我公司動(dòng)力部的規(guī)程，清洗無機(jī)鹽垢質(zhì)最佳清洗液為0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))HCl溶液?；瘜W(xué)清洗前，進(jìn)行了簡單的模擬實(shí)驗(yàn)。從膜上采取適量垢質(zhì)，觀察其在清洗液中能否快速溶解，確定清洗液的有效性。確定垢質(zhì)可快速溶解以后，用0.5%HCl溶液嚴(yán)格按照反滲透清洗步驟對(duì)反滲透膜元件進(jìn)行清洗操作。清洗操作完成以后，反滲透初期產(chǎn)品水排放。產(chǎn)品水電導(dǎo)、污染指數(shù)等指標(biāo)合格后投入運(yùn)行。清洗完成后，4#反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水流量及各段壓差均恢復(fù)到正常范圍內(nèi)，恢復(fù)了正常使用性能。

3 結(jié)垢原因分析

針對(duì)出現(xiàn)的問題，我們對(duì)整個(gè)除鹽水系統(tǒng)進(jìn)行了分析，可能存在預(yù)處理不完善、加藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)有缺陷、停運(yùn)維護(hù)不周等問題，具體分析如下。

3.1 預(yù)處理不完善

對(duì)反滲透進(jìn)水進(jìn)行充分預(yù)處理是防止膜結(jié)垢、維持膜穩(wěn)定的重要措施，典型反滲透預(yù)處理流程如圖1所示。該除鹽水站反滲透預(yù)處理流程為多介質(zhì)過濾器+保安過濾器。多介質(zhì)過濾一般只能實(shí)現(xiàn)粗濾，就流程來講，本套預(yù)處理措施并不充分，可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)處理不徹底，增加保安過濾器負(fù)擔(dān)，也給反滲透膜帶來了負(fù)擔(dān)，使反滲透膜較易受到污染。而且若原水水質(zhì)發(fā)生較大波動(dòng)，這套預(yù)處理措施不足以應(yīng)對(duì)突發(fā)水質(zhì)事故。

圖1 典型的反滲透預(yù)處理流程

3.2 加藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷

無機(jī)物結(jié)垢可通過添加阻垢劑來避免，阻垢劑的作用是相對(duì)增加水中物質(zhì)溶解性，有效防止膜結(jié)垢。動(dòng)力部反滲透選用的阻垢劑是308，一種復(fù)合配方阻垢劑，具有高效能抑垢能力。

該除鹽水站加藥系統(tǒng)原設(shè)計(jì)為:加藥系統(tǒng)為4套反滲透系統(tǒng)共用，其管道走向如圖2所示。4套反滲透同時(shí)運(yùn)行時(shí)，1#加藥泵、3#加藥泵(2#加藥泵為備用泵)同時(shí)運(yùn)行。出現(xiàn)的問題是，日?？疾檫M(jìn)藥量是4套反滲透總藥劑使用量，每列反滲透存在加藥不均的問題，這可能是造成4#反滲透結(jié)垢的主要原因。

圖2 阻垢劑加藥管道走向示意圖

3.3 停運(yùn)維護(hù)問題

4#反滲透出現(xiàn)結(jié)垢之前，在因外界供水需求量的變化需要啟/停反滲透時(shí)，經(jīng)常優(yōu)先停運(yùn)4#反滲透系統(tǒng)。按照要求，反滲透膜在短時(shí)間停運(yùn)時(shí)，應(yīng)立即用反滲透產(chǎn)水或除鹽水進(jìn)行低壓沖洗。出現(xiàn)的問題是，由于各種原因在反滲透停運(yùn)時(shí)快速降壓以后，沒有及時(shí)進(jìn)行沖洗或者沖洗力度、沖洗時(shí)間不夠等，二段濃水側(cè)可能會(huì)有濃水殘余。由于膜濃水側(cè)無機(jī)鹽濃度高于原水，濃水或殘余鹽分有時(shí)間成長和結(jié)晶，極易結(jié)垢而污染膜。而經(jīng)常性啟/停4#反滲透系統(tǒng)，形成了惡性循環(huán)，使得4#反滲透膜結(jié)垢日益嚴(yán)重，這也是導(dǎo)致4#反滲透膜結(jié)垢的原因之一。

4 系統(tǒng)調(diào)整及改進(jìn)

4.1 嚴(yán)格控制反滲透進(jìn)水

在雙濾料過濾器之后，保安過濾器之前加設(shè)一套活性炭過濾器，進(jìn)一步去除水中有機(jī)物等，可大大保障系統(tǒng)預(yù)處理效果，提高反滲透系統(tǒng)運(yùn)行安全系數(shù)。該調(diào)整目前不具備條件，待條件成熟時(shí)再予以考慮。

在不改變現(xiàn)有流程條件下，除鹽水站要求職工嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行過程中的檢查與調(diào)整，保證雙濾料過濾器有效運(yùn)行。定期取樣化驗(yàn)過濾器出水濁度、污染指數(shù)、余氯、COD，將過濾器運(yùn)行時(shí)間、檢測指標(biāo)值共同作為對(duì)象，切實(shí)杜絕過濾器出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。每天觀察保安過濾器壓差大小，保持壓差小于0.1 MPa，如壓差增大，及時(shí)更換濾芯(平均3～6月更換一次)，確保反滲透進(jìn)水合格。

4.2 改進(jìn)加藥系統(tǒng)

根據(jù)反滲透運(yùn)行情況，推測2列反滲透進(jìn)藥量不足，對(duì)3#、4#反滲透造成影響。3#、4#反滲透的膜元件本身安裝質(zhì)量有所差異，3#反滲透運(yùn)行正常，4#反滲透由于長期加藥量不足引起膜結(jié)垢。垢質(zhì)一但在反滲透膜表面形成，其增長速度較快，最終4#反滲透膜元件無機(jī)物結(jié)垢，產(chǎn)水量下降，壓差增加。推測，化水加藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷是4#反滲透二段結(jié)垢的主要原因。

根據(jù)問題分析，對(duì)阻垢劑的加藥系統(tǒng)進(jìn)行了改造，增加了一個(gè)加藥箱，采取分列進(jìn)藥，實(shí)現(xiàn)單列單箱進(jìn)藥。改造之后，每列反滲透均勻加藥，實(shí)現(xiàn)單列反滲透進(jìn)藥的控制與監(jiān)測。通過調(diào)整加藥泵出力，確保合適劑量均勻加入到各套反滲透系統(tǒng)中，有效防止?jié)馑畟?cè)無機(jī)物結(jié)垢。

4.3 做好停運(yùn)維護(hù)

4#反滲透膜出現(xiàn)問題后，除鹽水站制定了嚴(yán)格的停運(yùn)維護(hù)規(guī)定。停運(yùn)反滲透后，短時(shí)間停運(yùn)(1～3 d)，必須及時(shí)用反滲透系統(tǒng)出水對(duì)反滲透進(jìn)行低壓沖洗，并保證充足的沖洗時(shí)間(至少15 min)，每天清洗一次。在停運(yùn)狀態(tài)下，阻垢劑連續(xù)少量加入，以防止在停運(yùn)期間無機(jī)鹽等沉積在膜元件表面。

5 結(jié)語

通過以上分析，當(dāng)?shù)叵滤鳛榉礉B透進(jìn)水時(shí)，由于礦物質(zhì)含量高，易發(fā)生無機(jī)物結(jié)垢，在運(yùn)行過程中加藥系統(tǒng)順利進(jìn)行、停運(yùn)維護(hù)等顯得尤為重要。4#反滲透通過化學(xué)清洗恢復(fù)性能后，經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)整及加強(qiáng)日常維護(hù)后，至今已順利運(yùn)行1年的時(shí)間，未出現(xiàn)過堵塞及產(chǎn)水量下降，運(yùn)行狀況良好。