反滲透系統(tǒng)膜污染分析及清洗研究

張雪輝

（上海石易電子科技有限公司 上海 200434）

反滲透現(xiàn)已經(jīng)成為工業(yè)水處理中的常用技術(shù)，是脫鹽處理的核心工藝。隨著工藝運(yùn)行，反滲透系統(tǒng)無可避免受到不同程度污染，因此需要進(jìn)行針對(duì)性清洗以恢復(fù)膜性能。但是由于來水水質(zhì)、系統(tǒng)配置、膜元件本身千差萬別，膜系統(tǒng)的污染成因和清洗方法也各不相同[1]。如何選擇與系統(tǒng)匹配的膜清洗維護(hù)方案（包括清洗藥劑和清洗流程的確定）直接影響到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、產(chǎn)水品質(zhì)及膜使用壽命。本文以一座聯(lián)合鋼鐵企業(yè)脫鹽水站的反滲透膜系統(tǒng)為例，開展污染分析方法及清洗方案制定的技術(shù)研究。該脫鹽水站水源為廠區(qū)內(nèi)以地表水為原水制取的工業(yè)新水，主體工藝為介質(zhì)過濾+超濾+反滲透。

一、污染判斷與分析

1.污染判斷

（1）污染判斷依據(jù)

當(dāng)膜系統(tǒng)出現(xiàn)這些情況時(shí)，需要考慮進(jìn)行膜元件清洗：（a）標(biāo)準(zhǔn)化透鹽率增加5%以上，（b）標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量降低10%以上，（c）標(biāo)準(zhǔn)化段間壓差上升了15%[2]；（d）系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間超過6個(gè)月。

（2）機(jī)組運(yùn)行實(shí)況

系統(tǒng)運(yùn)行近9個(gè)月時(shí)，對(duì)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和分析，與判據(jù)對(duì)比見下表。

表1 反滲透RO 系統(tǒng)現(xiàn)狀與判據(jù)對(duì)比表

表1 數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)的脫鹽率和產(chǎn)水量變化很小（分別為1.31%和1.39%），壓差變化目前尚未達(dá)到要求上限（一段和二段壓差變化分別為13.33%和10%），原則上可保持繼續(xù)運(yùn)行。

（3）機(jī)組狀態(tài)分析

針對(duì)運(yùn)行參數(shù)分析可知系統(tǒng)目前運(yùn)行情況良好，可繼續(xù)運(yùn)行。但是考慮到機(jī)組運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過6個(gè)月，且壓差存在明顯增幅，因此決定針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次保障性為主，兼具污染恢復(fù)性的化學(xué)清洗。

2.污染分析

（1）污染原因及分析方法

反滲透膜系統(tǒng)污染的主要原因粗略分為兩大類：第一類為污堵性污染，包括生物污堵，藥劑兼容性污堵、膠體污堵等；第二類為結(jié)垢性污染，主要以金屬離子為代表的沉積結(jié)垢。一級(jí)兩段的反滲透系統(tǒng)在第一段容易發(fā)生污堵污染，第二段容易出現(xiàn)結(jié)垢污染[2]。但是由于水源、工藝配置、設(shè)備結(jié)構(gòu)千差萬別，因此需要進(jìn)行污染類型的分析和確定。

常見污染分析方法包括：（a）分析來水水質(zhì)報(bào)告，預(yù)測(cè)可能的主要污染類型；（b）收集系統(tǒng)相關(guān)污染物，包括保安過濾器濾芯、SDI測(cè)試紙及膜元件；（c）選擇打開檢查一段第一支膜元件進(jìn)水端和二段最后一只膜元件的端面情況；（d）針對(duì)收集的污染物進(jìn)行分析，包括狀態(tài)觀察，融溶分析，燒灼分析以及元素分析[3]。

（2）機(jī)組實(shí)況收集分析

根據(jù)污染分析方法對(duì)機(jī)組進(jìn)行污染檢查和分析，現(xiàn)場(chǎng)不具備元素分析條件，故選擇適宜工程實(shí)現(xiàn)的檢查手段進(jìn)行測(cè)試，情況匯總見下表。

表2 反滲透RO 系統(tǒng)污染檢查測(cè)試表

二、方案制定與實(shí)施

1.方案制定

針對(duì)表2 所述膜污染采樣情況分析：系統(tǒng)的主要污染為微生物污染，一段污染高于二段；堿處理效果明顯，需要配合高流量沖洗；黑色片狀物質(zhì)推測(cè)是管道碳鋼襯塑層的脫落物。

因此選擇清洗方案為堿洗為主優(yōu)先進(jìn)行，酸洗為輔；一段二段分開獨(dú)立清洗；低流量循環(huán)浸泡與高流量循環(huán)浸泡動(dòng)靜交替的模式；堿洗選擇浸泡過夜措施。

2.清洗效果評(píng)價(jià)

清洗過程及時(shí)進(jìn)行觀察和取樣，見下圖：

圖1 清洗過程的清洗液取樣

圖2 清洗出的污染物

清洗完成后，系統(tǒng)重新投運(yùn)，記錄機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與清洗前數(shù)據(jù)對(duì)比，見下表。

表3 反滲透RO 系統(tǒng)清洗前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比表

（1）配方有效性：清洗過程觀測(cè)到堿洗泡沫上粘附有明顯污染物，說明確定配方具有效用。

（2）產(chǎn)水量增加：在接近同等壓力條件下，產(chǎn)水量由清洗之前67m3/h，提高到100m3/h。清

洗前后對(duì)比數(shù)據(jù)見組列①和②。

（3）進(jìn)水壓力降低：清洗后，產(chǎn)水流量提高的同時(shí)，進(jìn)膜運(yùn)行壓力由清洗之前的0.9MPa，降低至0.73MPa。清洗前后對(duì)比數(shù)據(jù)見組列①和③。

（4）段間壓差降低：段間壓差由清洗之前的0.22MPa，降低至0.17-0.18MPa。清洗前后對(duì)比數(shù)據(jù)見組列①和③。

（5）產(chǎn)水電導(dǎo)：與清洗前保持一致，在4-6us/cm 之間。

上述效果表明本清洗方案清洗效果顯著，兼具了保障性清洗和污染恢復(fù)性清洗的雙重效果。

三、結(jié)論和建議

1.結(jié)論

膜清洗方案的制定和清洗過程的調(diào)整均直接影響清洗效果，因此：

（1）膜清洗前，尤其是第一次清洗前一定對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行污染物調(diào)研分析，以便確定當(dāng)次清洗配方。

（2）具備儀器條件的單位可對(duì)污染物進(jìn)行元素分析，無儀器分析條件的單位可采用本案例所示融溶測(cè)試、燒灼測(cè)試等工程易實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)手段確認(rèn)污染類別，從效果看簡(jiǎn)單分析已具備工程應(yīng)用效果。

（3）做好清洗前后及過程數(shù)據(jù)記錄，以便及時(shí)預(yù)測(cè)分析調(diào)整和評(píng)估清洗效果。記錄參數(shù)如系統(tǒng)進(jìn)水SDI15、單支膜殼產(chǎn)水電導(dǎo)率、清洗步驟記錄等。

2.建議

膜系統(tǒng)在制定清洗方案和實(shí)施清洗的過程中需要注意幾個(gè)細(xì)節(jié)：

（1）隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和季節(jié)變化，配方存在調(diào)整可能性，建議每次清洗前需進(jìn)行污染調(diào)研。

（2）對(duì)于同批次清洗的反滲透RO 膜組可采用同樣的清洗方案。但是，每個(gè)機(jī)組清洗實(shí)施過程需要定時(shí)進(jìn)行清洗狀態(tài)觀察，如觀察清洗液透明度，機(jī)組清洗壓力，清洗出液pH值等，以便及時(shí)確定清洗工況、調(diào)整清洗步驟或補(bǔ)充清洗液。

（3）沖洗水要求必須先用RO 產(chǎn)水進(jìn)行沖洗，待沖洗出水接近進(jìn)水pH 值時(shí)方可更換沖洗水源為RO 進(jìn)水。

膜清洗維護(hù)是確保反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的保障措施，因此每個(gè)處理站需要結(jié)合自身水質(zhì)和運(yùn)行特點(diǎn)構(gòu)建適宜的清洗方案，并長(zhǎng)期跟蹤調(diào)整，以延長(zhǎng)膜使用壽命，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行水質(zhì)穩(wěn)定。

[1]馮逸仙.反滲透水處理系統(tǒng)工程.北京：中國(guó)電力出版社，2005

[2]DOW膜技術(shù)手冊(cè).2006

[3]周正立.反滲透水處理應(yīng)用技術(shù)及膜水處理劑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005