反滲透脫鹽率下降問題分析

王少鵬，李利娟

(豫光金鉛股份有限公司，河南濟(jì)源454650)

反滲透脫鹽率下降問題分析

王少鵬，李利娟

(豫光金鉛股份有限公司，河南濟(jì)源454650)

以反滲透膜的工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域作為引申，并結(jié)合河南豫光股份有限公司的反滲透運(yùn)行過程中出現(xiàn)的情況，引出反滲透脫鹽率下降問題的原因及分析方法，并提出避免反滲透系統(tǒng)異常的建議。

反滲透;脫鹽率下降;分析;建議

反滲透(Reverse Osmosis，縮寫為RO)技術(shù)是利用壓力差為動力的膜分離過濾技術(shù)。許多天然或人造的薄膜對于物質(zhì)的透過具有選擇性，當(dāng)鹽水與淡水被一層半透膜隔開時，只有水可以通過而水中鹽分卻不能通過。自然狀態(tài)下，淡水中的溶劑將穿過半透膜，向鹽水側(cè)流動，鹽水側(cè)的液面會比淡水側(cè)的液面高出一定高度，形成一個壓力差，達(dá)到滲透平衡狀態(tài)，此種壓力差即為滲透壓，滲透壓的大小決定于鹽液的種類，濃度和溫度，與半透膜的性質(zhì)無關(guān)。若在鹽水側(cè)施加一個大于滲透壓的壓力時，鹽水中的溶劑會向淡水側(cè)流動，此時溶劑的流動方向與原來滲透的方向相反，這一過程稱為反滲透。利用反滲透的分離特性可以有效地除去水中的溶解鹽、膠體、有機(jī)物、細(xì)菌等雜質(zhì)，目前反滲透技術(shù)已廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域。

自上世紀(jì)五十年代至今，反滲透水處理技術(shù)的發(fā)展使之在所有水的淡化方式中占領(lǐng)先地位。除在苦咸水、海水淡化中使用外，還廣泛用于純水制備、廢水處理及飲水、飲料和化工產(chǎn)品的濃縮、回收工藝等多種領(lǐng)域［1］。反滲透水處理技術(shù)基本上屬于物理方法，它借助物理化學(xué)過程，在諸多方面有傳統(tǒng)的水處理方法所沒有的優(yōu)勢:不用大量的化學(xué)藥劑和酸、堿再生處理，無環(huán)境污染，對水質(zhì)的使用范圍廣泛，僅用壓力作為推動力，能耗比較低，設(shè)備占地面積小，運(yùn)行維護(hù)的工作量少等原來除鹽設(shè)備無法比擬的優(yōu)點(diǎn)［2］。

近幾年反滲透在有色行業(yè)廢水治理中逐漸推廣，河南豫光金鉛股份有限公司就是利用其諸多優(yōu)點(diǎn)，將經(jīng)過化學(xué)處理后達(dá)到國家或地方排放標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)廢水進(jìn)行脫鹽后重新回用于各生產(chǎn)用水點(diǎn)。

一、豫光金鉛反滲透運(yùn)行概況

河南豫光金鉛股份有限公司為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、廢水再生利用的目的，2008年6月份開工建立污水處理站，其中的高質(zhì)水工程選擇反滲透處理工藝，可大幅提高廢水回用率。膜元件采用美國海德能公司的PROC 10增強(qiáng)型低污染反滲透膜元件，運(yùn)行方式為一級兩段，排列方式為12:6，2010年11月左右投運(yùn)。

由于反滲透進(jìn)水為生產(chǎn)廢水，含鹽量變化較大，脫鹽率并不穩(wěn)定，但三套反滲透系統(tǒng)(A、B和C)出水脫鹽率相近，均能維持在98%以上。2011年10月份，發(fā)現(xiàn)C#反滲透系統(tǒng)脫鹽率異常，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)查以及對反滲透系統(tǒng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(如表1所示)，C#反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)產(chǎn)水量升高、脫鹽率下降現(xiàn)象，在相同進(jìn)水電導(dǎo)率的情況下，產(chǎn)水電導(dǎo)率增加超過15%。通過查找大量資料，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行過程中監(jiān)測的數(shù)據(jù)，對其原因進(jìn)行了分析。

表1 C#反滲透采集運(yùn)行數(shù)據(jù)

二、脫鹽率下降的問題分析

反滲透系統(tǒng)同時出現(xiàn)產(chǎn)水量升高、脫鹽率下降現(xiàn)象一般由下列幾種因素造成:(1)密封圈磨損泄露或連接件斷裂;(2)誤操作導(dǎo)致產(chǎn)水側(cè)背壓;(3)膜元件氧化或油脂類污染;(4)溫度升高。

結(jié)合上述四種因素，對我公司產(chǎn)水量升高、脫鹽率下降的原因進(jìn)行詳細(xì)分析和判斷，其結(jié)果如下:

(一)密封圈磨損泄露或連接件斷裂

根據(jù)C#反滲透系統(tǒng)單支壓力容器產(chǎn)水電導(dǎo)實(shí)測數(shù)據(jù)(表2)分析，一段產(chǎn)水電導(dǎo)在50～80μs/ cm之間，二段產(chǎn)水電導(dǎo)在1300～1600μs/cm之間，每段各支膜管內(nèi)出水電導(dǎo)率相對平穩(wěn)，沒有發(fā)現(xiàn)由于連接件斷裂或者密封圈泄漏導(dǎo)致的個別壓力容器產(chǎn)水電導(dǎo)成倍增長的情況，可以排除此因素。

表2 C#反滲透單支壓力容器電導(dǎo)數(shù)據(jù)表(單位μs/cm)

(二)誤操作導(dǎo)致產(chǎn)水側(cè)背壓

對C#反滲透系統(tǒng)二段單支壓力容器進(jìn)行探管抽樣測試產(chǎn)水電導(dǎo)率，共探測13個點(diǎn)，每個測量點(diǎn)距離為0.5m。測量數(shù)據(jù)如表3所示，所測電導(dǎo)率由進(jìn)口到出口平穩(wěn)升高，后點(diǎn)與上一點(diǎn)的電導(dǎo)率比值從1.31逐漸降低至1.02，中間沒有電導(dǎo)突然升高很多或者降低情況出現(xiàn)，因此可以排除此因素。

表3 C#反滲透二段單支壓力容器探管抽樣測試產(chǎn)水電導(dǎo)數(shù)據(jù)表

(三)膜元件氧化或油脂類污染

根據(jù)C#反滲透系統(tǒng)歷史報表運(yùn)行數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)(圖1和圖2)分析，C#反滲透脫鹽率呈現(xiàn)加速下降趨勢，系統(tǒng)產(chǎn)水量呈現(xiàn)上升趨勢，段間壓差變化不大;油脂污染導(dǎo)致膜元件脫鹽層溶脹損壞的情況下會導(dǎo)致水通量降低，產(chǎn)水量是不會升高，可以基本排除油脂導(dǎo)致膜元件脫鹽率下降因素。

根據(jù)C#反滲透系統(tǒng)歷史運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)(表1)分析，結(jié)合工藝設(shè)計時預(yù)處理超濾前投加了次氯酸鈉作為殺菌劑，反滲透前又投加還原劑對多余的余氯進(jìn)行還原，而且C#反滲透系統(tǒng)脫鹽率下降與膜元件氧化表象較為相符。反滲透膜元件設(shè)計進(jìn)水余氯(mg/L)＜0.1，實(shí)際運(yùn)行控制要求為0 (鄰聯(lián)甲苯胺比色法或硫代硫酸鈉滴定法)，海德能膜元件累計耐氯時間500～2000ppm·h，進(jìn)水余氯累計達(dá)到上述極限值，反滲透膜元件脫鹽率就會呈現(xiàn)明顯不可逆下降。

本系統(tǒng)反滲透進(jìn)水的余氯監(jiān)控是通過在線ORP表來監(jiān)控，ORP在信號采集及傳送過程中會受到信號干擾等因素的影響導(dǎo)致輸出值不穩(wěn)定、不準(zhǔn)確，在反滲透系統(tǒng)實(shí)際控制余氯過程中ORP表可以作為參考依據(jù)，是有氧化性或者還原性，但不能準(zhǔn)確判定反滲透進(jìn)水余氯含量。

綜上因素，可初步判斷膜元件被輕微氧化。

圖1 C#反滲透標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水流量

圖2 C#反滲透標(biāo)準(zhǔn)化透鹽率和脫鹽率

(四)溫度升高

2011年反滲透進(jìn)水溫度基本維持在28～31℃之間。正常情況下，反滲透進(jìn)水溫度每升高一度，產(chǎn)水量升高2.5～3%，溫度的變化對脫鹽率影響相對較小。分析C#反滲透系統(tǒng)歷史運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)(表1)，脫鹽率變化大于正常情況下的變化，因此可以排除此因素。

四、運(yùn)行建議

(1)增加余氯含量監(jiān)測手段，定期進(jìn)行檢測，每天平均檢測2次以上。

(2)根據(jù)進(jìn)水余氯含量來及時調(diào)節(jié)次氯酸鈉與還原劑加藥量，防止膜元件性能繼續(xù)下降。

(3)每次檢測反滲透進(jìn)水余氯實(shí)際值后，與實(shí)時顯示的ORP值做對比，并記錄。發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常及時標(biāo)定ORP表。

(4)預(yù)處理超濾前投加了次氯酸鈉作為殺菌劑，次氯酸鈉作為含有氧化性的殺菌劑，對膜元件危害很大，一旦進(jìn)入膜元件被氧化而出現(xiàn)脫鹽率下降，脫鹽率是不可恢復(fù)的?？梢钥紤]更換非氧化殺菌劑，易于監(jiān)控，而且可以直接進(jìn)入反滲透膜元件中繼續(xù)維持殺菌作用。

五、結(jié)語

雖然反滲透在廢水治理領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，但近幾年在有色行業(yè)廢水治理中剛開始推廣。如果現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)不足，不能準(zhǔn)確的判斷故障或是無法及時分析出導(dǎo)致故障的原因，會造成膜元件不可恢復(fù)的損壞。只有正確的預(yù)處理、恰當(dāng)完善的系統(tǒng)設(shè)計、嚴(yán)格的運(yùn)行管理以及能準(zhǔn)確分析解決故障，才能保證反滲透穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］金熙，項(xiàng)成林，齊冬子.工業(yè)水處理技術(shù)問答［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［2］許振良.膜法水處理技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［3］魏揚(yáng)程，周志宏.反滲透水處理設(shè)備在水處理中的應(yīng)用［J］.中國衛(wèi)生工程學(xué)，2005，(4).

［4］張建國，羅凱.反滲透應(yīng)用及研究現(xiàn)狀［J］.中國資源綜合利用，2004，(12).

［責(zé)任編輯 程光輝］

Analysis of the Decline Rate of Reverse Osmosis Desalination

WANG Shao-peng，LI Li-juan
(Henan Yuguang Gold＆Lead Co.，LTD，Jiyuan 454650，Henan)

Taking the working principle and application of reverse osmosis membrane areas as extension，and on the base of the problem in the process of reverse osmosis in Henan Yuguang Co.，LTD.，the reverse osmosis desalting rate problem and analysis methods are discussed，and the measure of abnormal avoid reverse osmosis system is put forward.

reverse osmosis;decline of desalination rate;analysis;suggestoin

10.3969/j.issn.1672-0342.2014.02.007

TQ085.4

A

1672-0342(2014)02-0023-03

2014-04-12

王少鵬(1974-)，男，河南寶豐人，豫光金鉛股份有限公司助理工程師。