反滲透膜清洗方法對(duì)比分析

馮超群，馬家潔

（中國石油長慶石化公司運(yùn)行三部，陜西咸陽 712000）

RO系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)可行性，很大程度上取決于其所能達(dá)到的最高產(chǎn)水量和膜的使用壽命。而RO系統(tǒng)運(yùn)行過程中遇到的最大問題便是膜污染問題。RO系統(tǒng)均設(shè)計(jì)有專門的預(yù)處理單元，用于去除導(dǎo)致膜污染的物質(zhì)，但是即便系統(tǒng)有著較完善的預(yù)處理單元也不能完全避免膜在使用過程中受到污染。污染后的膜會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)水量下降和運(yùn)行壓力升高等問題。膜受污染后，若不及時(shí)進(jìn)行清洗，污染物的累積，最終形成不可逆污染，只能對(duì)膜元件進(jìn)行更換。因此，定期進(jìn)行適宜的清洗是維護(hù)RO系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要環(huán)節(jié)。

1 裝置概述

1.1 裝置簡(jiǎn)介

長慶石化公司2×100 m3/h污水RO系統(tǒng)于2008年11月建成投運(yùn)，2010年4月擴(kuò)建至4×100 m3/h。RO系統(tǒng)主要作為MBR裝置出水進(jìn)一步的深度處理，所產(chǎn)的淡水作為公司蒸發(fā)空冷補(bǔ)水和循環(huán)水場(chǎng)調(diào)質(zhì)水使用。系統(tǒng)預(yù)處理段均采用活性炭過濾技術(shù)，以進(jìn)一步去除原水中的懸浮物、機(jī)械雜質(zhì)、膠體等污染物，使系統(tǒng)進(jìn)水SDI≤5。

1.2 RO系統(tǒng)工藝流程

圖1 RO系統(tǒng)工藝流程圖

1.3 主要設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)

表1 RO系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)

2 反滲透系統(tǒng)的清洗

2.1 膜清洗的判斷標(biāo)準(zhǔn)[1]

在正常操作過程中，RO膜元件的主要污染物為無機(jī)鹽垢、微生物、膠體顆粒和不溶性的有機(jī)物質(zhì)。操作過程中這些污染物沉積在膜表面，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)水量和系統(tǒng)脫鹽率分別下降或同時(shí)惡化。出現(xiàn)下列情況時(shí)，需要清洗膜元件：

標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量降低10%以上；

進(jìn)水和濃水之間的標(biāo)準(zhǔn)化壓差上升了15%；

標(biāo)準(zhǔn)化透鹽率增加5%以上；

以上的標(biāo)準(zhǔn)（基準(zhǔn)）比較條件取自系統(tǒng)經(jīng)過最初48小時(shí)運(yùn)行時(shí)的操作性能。

需要注意的是，如果進(jìn)水溫度降低，系統(tǒng)產(chǎn)水量也會(huì)下降，這是正常現(xiàn)象并非膜的污染所致。預(yù)處理的失效、壓力控制失?；蚧厥章实奶岣叨紝?huì)導(dǎo)致產(chǎn)水量的下降或透鹽率的增加。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)膜元件可能并不需要清洗，清洗前應(yīng)該首先考慮這類原因。

2.2 膜元件的清洗方法

對(duì)RO膜元件的清洗一般分為物理清洗和化學(xué)清洗兩種。長慶石化公司污水RO系統(tǒng)所設(shè)置的自動(dòng)沖洗即為物理清洗過程，主要利用瞬時(shí)較大水量對(duì)膜表面的沖洗以達(dá)到去除膜表面附著的一些污染物的目的。

化學(xué)清洗根據(jù)膜污染程度和設(shè)備配套情況，可選擇在線清洗或離線清洗。一般RO系統(tǒng)都附有在線清洗設(shè)備，在污染程度較輕的情況下，可選用在線化學(xué)清洗方法?；瘜W(xué)清洗大致分為酸性清洗及堿性清洗兩類，酸性清洗主要是除去膜表面的氧化鐵、Ca、Mg垢類，堿性清洗則主要用于膜表面有機(jī)物、微生物污染的清洗。

2.3 膜元件化學(xué)清洗工藝[3]

RO膜化學(xué)清洗工藝包括沖洗、浸泡、循環(huán)三個(gè)過程。

2.3.1 沖洗過程 RO系統(tǒng)的化學(xué)清洗過程中，要進(jìn)行兩次沖洗：化學(xué)清洗開始時(shí)的沖洗能有效地帶走膜表面部分污染物；化學(xué)清洗完成后的沖洗能有效地置換化學(xué)清洗液，為產(chǎn)品水的質(zhì)量提供了必要保證。

2.3.2 浸泡過程 浸泡是RO系統(tǒng)清洗的關(guān)鍵。在此過程中化學(xué)液與污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得污染物從膜的表面脫落，溶于化學(xué)液中從而達(dá)到清洗的目的。

2.3.3 循環(huán)過程 循環(huán)是RO系統(tǒng)清洗的主要過程。該過程中化學(xué)液與膜內(nèi)部分子發(fā)生物理的動(dòng)力接觸，進(jìn)一步發(fā)生滲透、磨擦、剪切等反應(yīng)，從而達(dá)到化學(xué)清洗的目的。

3 公司污水RO系統(tǒng)化學(xué)清洗

長慶石化公司污水RO系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)過進(jìn)水水質(zhì)較差，原水中污染物含量超標(biāo)等情況，在RO系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)下降時(shí)，多次組織進(jìn)行化學(xué)清洗，現(xiàn)將其中兩家公司的清洗方案做一介紹。

3.1 清洗方案1

3.1.1 清洗步驟

3.1.1.1 堿洗

（1）清洗水箱注水，用蒸汽加熱，啟動(dòng)清洗泵，緩慢加入藥劑，攪拌15 min，待藥劑完全溶解，pH控制到10～11；

（2）二段打循環(huán)40 min，浸泡60 min，沖洗40 min；

（3）一段打循環(huán)60 min，浸泡 60 min，沖洗60 min；

（4）循環(huán)期間隨時(shí)觀測(cè)pH值的變化情況，使pH值始終保持在10～11之間，如清洗液水質(zhì)混濁或pH值降至中性，排放清洗液，重新配備。

3.1.1.2 酸洗

（1）清洗水箱注水，用蒸汽加熱，啟動(dòng)清洗泵，緩慢加入藥劑，攪拌15 min，待藥劑完全溶解，pH控制在2～3；

（2）一段打循環(huán)60 min，浸泡 60 min，沖洗40 min；

（3）二段打循環(huán)60 min，浸泡60 min，沖洗60 min；

（4）循環(huán)期間隨時(shí)觀測(cè)pH值的變化情況，使pH值始終保持在2～3之間，如清洗液水質(zhì)混濁或pH值升至中性，排放清洗液，重新配備。

注：先堿洗，后酸洗，一段堿洗時(shí)間較長，二段酸洗時(shí)間較長，堿洗浸泡最長時(shí)間約為15 h。

3.1.2 清洗所用藥劑

表2 方案1清洗所用藥劑

3.1.3 清洗效果 此次對(duì)2#、3#RO單元進(jìn)行清洗，清洗自3月7日持續(xù)至3月12日，共耗時(shí)120 h，清洗過程發(fā)現(xiàn)，酸洗效果不是很明顯，堿洗效果較為明顯。從表中可分析出，此次清洗效果持續(xù)時(shí)間較短。

3.2 清洗方案2

3.2.1 清洗步驟

3.2.1.1 準(zhǔn)備工作

（1）打開檢查膜元件，稱重，分析查看膜污染原因。準(zhǔn)備相應(yīng)的清洗藥劑，并記錄清洗前運(yùn)行數(shù)據(jù)；

（2）檢查清洗水箱，管路和保安過濾器是否完好，將水箱內(nèi)積存的塵土清理干凈；

表3 方案1清洗前后數(shù)據(jù)對(duì)比

（3）將RO產(chǎn)水注入清洗水箱，以每支膜組件30～40 L來配制清洗液，然后緩慢加入藥液，用清洗泵循環(huán)清洗液，測(cè)量pH；

（4）啟動(dòng)低壓沖洗泵用產(chǎn)水沖洗RO系統(tǒng)；

（5）啟動(dòng)低壓沖洗泵用產(chǎn)水沖洗RO系統(tǒng)。

3.2.1.2 堿性清洗 采用專用堿性清洗液，按一定比例稀釋，采用NaOH調(diào)節(jié)至pH值為10～12，循環(huán)清洗，直到pH不再變化。目的是清除膠體、微生物污染，循環(huán)時(shí)間約為30 min，浸泡時(shí)間由2～16 h不等。浸泡結(jié)束后沖洗對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的清洗藥液進(jìn)行置換。

3.2.1.3 酸性清洗 將反滲透產(chǎn)水注入清洗水箱，體積計(jì)算以每支膜組件30～40 L來配制清洗液。加入專用的酸性清洗劑，采用鹽酸，按一定比例稀釋后，調(diào)節(jié)pH2～3，清洗。目的是清除系統(tǒng)中的碳酸鹽、硫酸鹽、金屬氫氧化物、金屬氧化物和二氧化硅等。循環(huán)時(shí)間約為30 min，浸泡時(shí)間由0.5～1.5 h不等。浸泡結(jié)束后沖洗對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的清洗藥液進(jìn)行置換。

3.2.2 清洗所用藥劑

表4 方案2清洗所用藥劑

3.2.3 清洗效果

表5 方案2清洗前后數(shù)據(jù)對(duì)比

此次對(duì)1#、2#RO單元進(jìn)行化學(xué)清洗，清洗自4月18日持續(xù)至4月25日，共耗時(shí)100 h，清洗過程發(fā)現(xiàn)堿洗效果較為明顯，說明膜元件有機(jī)物污染較為嚴(yán)重。

3.3 清洗方案對(duì)比分析

3.3.1 清洗方法對(duì)比

（1）清洗前對(duì)污染原因及污染物進(jìn)行分析

方案2在清洗前對(duì)系統(tǒng)污染原因進(jìn)行分析，并采用相對(duì)應(yīng)的專用清洗藥劑進(jìn)行清洗，這對(duì)于RO系統(tǒng)的清洗非常重要。陶氏膜元件能承受較寬的pH和溫度條件，只要措施得力及時(shí)，就可以很有效地進(jìn)行系統(tǒng)清洗，最大限度地恢復(fù)膜系統(tǒng)的性能。但若拖延太久才進(jìn)行清洗，則很難完全將污染物從膜面上清洗掉，針對(duì)特定的污染，只有采取相應(yīng)的清洗方法，才能達(dá)到好的效果，若錯(cuò)誤地選擇清洗化學(xué)藥品和方法，有時(shí)會(huì)使膜系統(tǒng)污染加劇。因此在清洗之前需先確定膜表面的污垢種類[1]。

（2）采用分段循環(huán)浸泡方法清洗

方案1在清洗時(shí)，對(duì)1段、2段進(jìn)行了清洗藥劑的分別循環(huán)、浸泡，而方案2未進(jìn)行分段循環(huán)浸泡。在多段系統(tǒng)的沖洗和浸泡步驟中，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的所有段同時(shí)進(jìn)行，但是對(duì)于高流量的循環(huán)必須分段進(jìn)行[1]，清洗流量和壓力的控制很重要,一定要保證低壓大通量的清洗方式[4]，因此方案1進(jìn)行分段清洗是正確的。

（3）控制清洗液溫度

方案1對(duì)清洗液進(jìn)行加溫，這可以有效提高膜元件的清洗效果，但應(yīng)該控制在合理的控制范圍內(nèi)。在清洗液循環(huán)期間，pH值為2～10時(shí)溫度不應(yīng)超過50℃，pH值為1～11時(shí)溫度不應(yīng)超過35℃，pH值1～12時(shí)溫度不應(yīng)超過30℃[1]。清洗溫度和pH值直接影響膜的化學(xué)穩(wěn)定性和清洗效果。溫度升高，有利于化學(xué)反應(yīng)加快，提高清洗效果，但也增加了膜的溶解性[5]。

（4）清洗前低壓沖洗

方案2對(duì)RO系統(tǒng)進(jìn)行清洗前的低壓沖洗，有利于沖洗帶走膜表面的污染物。

（5）清洗過程中注重清洗液pH值的變化

兩套方案均隨時(shí)檢查清洗液pH值變化，并向清洗箱水內(nèi)補(bǔ)充酸或堿，但是酸性清洗液的總循環(huán)時(shí)間不應(yīng)超過20分鐘，超過這一時(shí)間后，清洗液可能會(huì)被清洗下來的無機(jī)鹽所飽和，而污染物就會(huì)再次沉積在膜表面[1]。兩套清洗方案中均超過此限定值，應(yīng)及時(shí)排掉清洗液，用系統(tǒng)產(chǎn)水對(duì)膜系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，重新配置清洗液進(jìn)行第二遍酸性清洗操作。

3.3.2 清洗效果對(duì)比 從表3數(shù)據(jù)可以看出，第一次清洗基本無效果，再從表5中數(shù)據(jù)對(duì)比可看出，第二次清洗有一定的效果，但是仍未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，一方面說明膜元件發(fā)生污堵較為嚴(yán)重，另一方面說明兩種清洗方法已經(jīng)達(dá)不到恢復(fù)膜性能的要求，需進(jìn)行離線清洗或更為專業(yè)的指導(dǎo)清洗。

從表3和表5中數(shù)據(jù)對(duì)比可看出2#RO清洗效果不佳，且在運(yùn)行幾天后出現(xiàn)進(jìn)水量、產(chǎn)水量急劇下降，運(yùn)行壓力明顯增加，在后期運(yùn)行過程中，運(yùn)行工況越來越差，說明2#RO清洗不徹底，清洗只是把膜表面的污染物松動(dòng)，但并沒有將污染物帶出系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中，經(jīng)大流量沖刷，一些污染物被沖走，但由于濃水通道十分狹窄，被濃水格網(wǎng)擋住，對(duì)來水形成較大的阻力；由此造成膜元件污堵越加嚴(yán)重。

4 結(jié)論

通過對(duì)兩套清洗方案的對(duì)比及清洗效果的分析，兩套方案均存在優(yōu)劣，對(duì)其方案進(jìn)行篩選，提出一些在今后污水RO系統(tǒng)化學(xué)清洗過程中的建議。

（1）清洗前應(yīng)根據(jù)RO系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況分析污染原因，對(duì)污染物特性進(jìn)行深入了解，最終確定優(yōu)效配方。根據(jù)污染物不同，選擇不同的清洗劑，可有效提高清洗效果。若污染嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)考慮進(jìn)行離線清洗。

（2）清洗過程中應(yīng)進(jìn)行分段清洗，并對(duì)清洗液進(jìn)行加溫，以保證更好的清洗效果。

（3）清洗方案不同，最終清洗的效果也會(huì)有所不同，RO系統(tǒng)的清洗，應(yīng)當(dāng)聘請(qǐng)專業(yè)的清洗公司進(jìn)行清洗，并評(píng)定系統(tǒng)運(yùn)行效果和清洗效果，可有效提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和膜元件的使用壽命。

（4）由于污染物多種多樣，所以膜的清洗也是一個(gè)復(fù)雜的過程。應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格地遵循膜制造商和清洗化學(xué)品提供商提供的說明書指導(dǎo)清洗，尤其需注意清洗過程中溫度、pH值、流量、壓力等關(guān)鍵參數(shù)的控制，可有效避免膜元件在清洗過程中造成不可逆污染或損壞。

[1］Dow filmtec manual[M］.Dow Chemical，2006:209-223.

[2]RO系統(tǒng)操作規(guī)程[M］.陜西高圣電子科技有限公司，2010，4.

[3]吳斌.反滲透膜的污染與清洗[J］.清洗世界，2008，24（6）：32-34.

[4]呂慧，王偉，何麗麗.反滲透膜污染監(jiān)測(cè)及控制方法[J］.化學(xué)工業(yè)與工程，2010，27（6）：525-529.

[5]山東淄博嘉周熱電有限公司.反滲透膜污染分析及其清洗研究[J］.中國電力，2005，（3）：11-17.