反滲透膜化學(xué)清洗的實(shí)踐

李紫星，于志勇，廖洪峰

（1.華潤電力（溫州）有限公司，浙江溫州325810；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

反滲透膜化學(xué)清洗的實(shí)踐

李紫星1，于志勇2，廖洪峰1

（1.華潤電力（溫州）有限公司，浙江溫州325810；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

通過對反滲透系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的分析，得出反滲透系統(tǒng)出力下降的主要原因是由于源水中有機(jī)物和微生物含量偏高，導(dǎo)致反滲透膜受到污染，反滲透膜中有機(jī)物和微生物污堵致使一段壓差增大。制定了清洗前殺菌、堿洗、酸洗，清洗后殺菌的清洗方案，選擇非氧化性殺菌劑，通過清洗，恢復(fù)了反滲透膜的性能。

反滲透膜；污染；出力；化學(xué)清洗

0 引言

華潤電力（溫州）有限公司為2×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，化學(xué)水處理系統(tǒng)水源來自附近的巴艚內(nèi)河，補(bǔ)給水處理方式為“超濾+反滲透+一級除鹽+混床”。制水系統(tǒng)流程為：源水→機(jī)械加速澄清池→無閥濾池→自清洗式過濾器→超濾裝置→保安過濾器→反滲透組件→陽床+除碳器+陰床系統(tǒng)→混床。

反滲透系統(tǒng)采用陶氏的低壓抗污染芳香族聚酰胺復(fù)合膜，型號為BW30-400/34i，產(chǎn)水量為2×75 t/h，要求總脫鹽率3年內(nèi)不低于97.5%，回收率75%，排列方式10∶5。

巴艚內(nèi)河附近有較多居民生活區(qū)以及工業(yè)區(qū)，水質(zhì)較差，同時受降水、排澇等因素影響，每月水質(zhì)有所不同，有機(jī)物及微生物含量較高。水處理系統(tǒng)于2013年9月投運(yùn)，系統(tǒng)運(yùn)行正常，2014年5月以后一段壓差出現(xiàn)持續(xù)上升，產(chǎn)水量明顯下降，至2014年8月份時出力已不能滿足生產(chǎn)需要。

1 運(yùn)行狀況及分析診斷

反滲透系統(tǒng)運(yùn)行以來，未進(jìn)行過酸洗、堿洗等操作，僅日常進(jìn)行投運(yùn)前和投運(yùn)后的水沖洗，表1為2014年8月份的部分運(yùn)行參數(shù)。

表1 反滲透裝置設(shè)計參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

從表1可以看出，反滲透系統(tǒng)脫鹽率穩(wěn)定，出水量下降，一段壓差較高而二段壓差較低。

反滲透保安過濾器濾芯也出現(xiàn)了壓差增大、出水量降低的現(xiàn)象。濾芯選用頗爾公司UltipleatHigh Flow系列，型號為HFU640UY200J，濾芯的使用壽命為3~4個月，最近幾個周期濾芯的使用壽命明顯縮短，最短時僅1周左右。

1.1 保安過濾器濾芯狀況分析

2014年8月26日對使用后的保安過濾器濾芯進(jìn)行分析，頗爾公司SLS全球技術(shù)支持北京實(shí)驗室得到以下結(jié)論：

（1）過濾器壽命縮短是由于濾芯截留了大量污染物所致。

（2）基于對使用后濾材的顯微分析和SEM分析，可以觀察到使用后過濾器濾芯被大量膠狀污染物堵塞，濾芯下游污堵尤其嚴(yán)重。

（3）在更換濾芯時，濾芯外表面發(fā)粘且有刺鼻氣味。由此推斷，濾芯下游的膠狀污染物可能與濾芯外層細(xì)菌滋生嚴(yán)重有關(guān)；基于對污染物的EDS（能譜）分析和FTIR（傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜）分析，判斷得出污染物中含有有機(jī)物成分，此有機(jī)污染物可能和濾芯細(xì)菌滋生有關(guān)。

1.2 反滲透膜狀況分析

為確認(rèn)反滲透系統(tǒng)出力下降的原因，拆出2號反滲透一段其中1支膜組件進(jìn)行觀察分析。

現(xiàn)場膜元件表面發(fā)粘且有刺鼻氣味，能發(fā)現(xiàn)較多膠狀污染物，未見其他雜質(zhì)顆粒，經(jīng)分析為污染物中含有機(jī)物成分，此有機(jī)污染物可能與細(xì)菌滋生有關(guān)。

反滲透膜污染原因主要為以下2個方面：

（1）源水有機(jī)物和微生物含量較高，雖然針對原水采取了殺菌消毒措施，但只能除去部分有機(jī)物和微生物，大部分進(jìn)入后續(xù)水處理系統(tǒng)，導(dǎo)致反滲透一段污堵嚴(yán)重。

（2）源水水質(zhì)不穩(wěn)定，受降水、排澇等多種因素影響，每月水中含鹽量各有不同。系統(tǒng)經(jīng)長期運(yùn)行后，反滲透膜表面有一定量的碳酸鈣鎂垢類聚積。

2 清洗劑配方選擇

針對反滲透膜污染主要為有機(jī)物、微生物污堵所致，以及反滲透膜表面有一定量碳酸鈣鎂垢類聚積的情況，經(jīng)專業(yè)討論并咨詢反滲透膜廠家的意見后，決定采用清洗前殺菌→堿洗→酸洗→清洗后殺菌的清洗方式。由于芳香族聚酰胺復(fù)合膜極易被氧化并永久失去活性，因此選用非氧化性殺菌劑。非氧化性殺菌劑可有效促使污垢表層的微生物膜被破壞并剝落，主要成分為5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮（異噻唑啉酮）的膜殺菌劑，由于具有與膜兼容、能快速作用消毒、廣譜細(xì)菌滅活率高、加藥量小成本低、無氧化性、完全溶于水、易于運(yùn)輸儲存和操作等特點(diǎn)，比較適合反滲透的清洗。

堿洗采用十二烷基磺酸鈉（0.025%）+NaOH（pH 12.0~13.0），溫度35℃左右；酸洗采用一水檸檬酸（2%，pH 1.0~2.0），溫度35℃左右。為防止微生物污染物在酸性條件下附著在膜表面，決定將堿洗設(shè)在第一步，以利于除去微生物污染物。

3 清洗過程

3.1 清洗劑的配制

經(jīng)計算，每套清洗液總量為7 200 L，即約7.2 m3。清洗液總量為清洗水箱容積、壓力容器容積和清洗管路系統(tǒng)容積的總和。具體配藥情況見表2。

表2 清洗劑的配制

3.2 清洗前的沖洗

清洗系統(tǒng)如圖1所示，用反滲透產(chǎn)水沖洗反滲透系統(tǒng)，打開濃水排放閥及產(chǎn)水排放閥，流量小于75 m3/h，確認(rèn)壓力小于0.3 MPa，直至濃水排放口電導(dǎo)率低于2倍進(jìn)水電導(dǎo)率。

3.3 清洗前殺菌

（1）按照表2配制殺菌藥劑。

（2）向系統(tǒng)注入殺菌藥劑；啟動流量控制在約40 m3/h，壓力小于0.3 MPa，循環(huán)0.5~2 h。

（3）放凈殺菌藥劑，用除鹽水沖洗系統(tǒng)30 min。

3.4 堿洗

（1）按照表2配置堿洗的清洗液。

圖1 清洗系統(tǒng)

（2）向系統(tǒng)注入清洗液：啟動清洗水泵，流量控制在約40 m3/h，壓力小于0.3 MPa；初期濃水出口的水排放，直至排放水pH值接近12.7，將管路切換回流到清洗水箱循環(huán)，pH值若下降超過0.5，則補(bǔ)充NaOH維持pH值在12.7左右。

（3）低流量循環(huán)：維持上述清洗流量，待pH值相對穩(wěn)定，循環(huán)0.5 h，壓力小于0.3 MPa。

（4）高流量循環(huán)：將流量升高到70 m3/h，循環(huán)1 h，壓力小于0.3 MPa。根據(jù)清洗液顏色的變化，酌情延長清洗時間。

（5）浸泡：停清洗泵，關(guān)閉清洗進(jìn)出口閥門，浸泡8～24 h。

（6）循環(huán)沖洗：開啟清洗泵，流量逐漸上升到70 m3/h，循環(huán)1 h，壓力小于0.3 MPa。循環(huán)過程中，如果pH值低于12.7，及時補(bǔ)充NaOH，將pH值維持在12.7左右。

（7）清水沖洗：排放清洗液，然后采用除鹽水沖洗，壓力小于0.3 MPa，至濃水電導(dǎo)率低于2倍進(jìn)水電導(dǎo)率或者排放液pH值小于9。

堿洗過程中需注意：首先是清洗液溫度應(yīng)始終保持在30～35℃；其次是產(chǎn)水側(cè)回液門打開，防止背壓過高；最后是觀察排放清洗液顏色的變化以及臟污程度，如果清洗液顏色較深較臟，則應(yīng)放空清洗系統(tǒng)以及反滲透內(nèi)清洗液，重新配藥清洗，重復(fù)堿洗步驟。

3.5 酸洗

（1）按照表2配置酸洗的清洗液。

（2）向系統(tǒng)注入清洗液：啟動清洗水泵，流量控制在約40 m3/h，壓力小于0.3 MPa。由于原管道系統(tǒng)內(nèi)存水的稀釋，清洗液pH值會升高，此時需逐量添加一水檸檬酸，維持pH值在1～2。

（3）循環(huán)沖洗：待pH值相對穩(wěn)定，并確認(rèn)系統(tǒng)內(nèi)空氣被有效排空，將清洗流量上升到70 m3/h，壓力小于0.3 MPa，循環(huán)沖洗1 h，在此過程中，監(jiān)測pH值并保持在1～2。

（4）浸泡：停泵關(guān)閉，浸泡1 h以上。

（5）循環(huán)沖洗：保持清洗流量70 m3/h，壓力小于0.3 MPa，循環(huán)初期pH值若有上升，需要補(bǔ)充一水檸檬酸藥劑，自pH值穩(wěn)定起沖洗1 h，在此過程中，監(jiān)測pH值并保持在1～2。

（6）清水沖洗：排放清洗液，然后采用除鹽水沖洗，壓力小于0.3 MPa，至濃水電導(dǎo)率低于2倍進(jìn)水電導(dǎo)率或者排放水pH值大于6。

3.6 清洗后殺菌

（1）按照表2配置殺菌藥劑。

（2）向系統(tǒng)注入殺菌藥劑；啟動流量控制在約40 m3/h，壓力小于0.3 MPa，循環(huán)0.5 h。

（3）放凈殺菌藥劑，用除鹽水沖洗系統(tǒng)0.5 h。

4 清洗結(jié)果

清洗完畢后投運(yùn)1號反滲透系統(tǒng)，調(diào)整高壓泵頻率為42 Hz，水溫20～25℃。清洗前后的數(shù)據(jù)見表3。

表31 號反滲透系統(tǒng)清洗前后數(shù)據(jù)對比

1號反滲透系統(tǒng)清洗后產(chǎn)水量從28.03 m3/h提升至64.93 m3/h，一段壓差也大幅下降，從0.277 MPa降至0.229 MPa，二段壓差變化不大，脫鹽率也符合設(shè)計水平，與2013年12月投運(yùn)初期運(yùn)行數(shù)據(jù)對比，可以看出1號反滲透系統(tǒng)出力基本恢復(fù)到初期水平，但一段壓差比初期投運(yùn)增加較多（初期為0.136 MPa），二段壓差變化不大，清洗效果良好。

清洗完畢后投運(yùn)2號反滲透系統(tǒng)，調(diào)整高壓泵頻率42 Hz，水溫20～25℃。清洗前后的數(shù)據(jù)見表4。

表42 號反滲透系統(tǒng)清洗前后數(shù)據(jù)對比

2號反滲透系統(tǒng)清洗后產(chǎn)水量從30.26 m3/h提升至69.50 m3/h，一段壓差也大幅下降，從0.270 MPa降至0.154 MPa，二段壓差變化不大，脫鹽率也符合設(shè)計水平，系統(tǒng)出力基本恢復(fù)到初期水平，但一段壓差比初期投運(yùn)稍高（初期為0.131 MPa），二段壓差變化不大，清洗效果優(yōu)良。

5 結(jié)論

華潤電力（溫州）有限公司在經(jīng)過反滲透清洗實(shí)踐后，得出以下結(jié)論：

（1）清洗后反滲透一段壓差下降明顯，非氧化性殺菌劑殺菌效果良好。

（2）反滲透一段出現(xiàn)大量有機(jī)物、微生物污染，導(dǎo)致一段壓差偏高，表明預(yù)處理有較大的改進(jìn)空間。原水增加了次氯酸鈉殺菌消毒處理，并在反滲透加藥系統(tǒng)中添加膜殺菌劑，以抑制細(xì)菌滋生。反滲透膜清洗后，及時實(shí)施系統(tǒng)改進(jìn)措施，反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)行至今，一段壓差和二段壓差未發(fā)現(xiàn)明顯上升。

（3）膜污染物的判斷及清洗劑的選擇至關(guān)重要，選擇適宜的清洗劑可最大程度地恢復(fù)膜性能。

[1]錢達(dá)中.發(fā)電廠水處理工程[M].北京：中國電力出版社，1998.

[2]李亞娟，楊慶峰.反滲透膜有機(jī)污染的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2009，28（8）∶1458-1463.

[3]黃敢林，許振良.反滲透膜污染分析及清洗研究[J].化學(xué)世界，2002，s1∶183-184.

[4]武漢大學(xué).分析化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006.

（本文編輯：徐晗）

Practice of Chemical Cleaning of Reverse Osmosis Membrane

LI Zixing1，YU Zhiyong2，LIAO Hongfeng1
（1.China Resources Power（Wenzhou）Co.，Ltd.，Wenzhou Zhejiang 325810，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

By analyzing operating parameters of reverse osmosis system，the paper concludes that the output decrease of reverse osmosis system is due to high concentration of organic substances and microbes in source water，resulting in pollution of reverse osmosis membrane；block due to organic and microbe pollution in reverse osmosis membrane caused increased pressure difference of section one.A cleaning plan comprising sterilization before cleaning，alkaline cleaning，acid cleaning and the sterilization after cleaning is worked out，which chooses non-oxidizing bactericide and recovers performance of reverse osmosis membrane by cleaning.

reverse osmosis membrane；pollution；output；chemical cleaning

TK227.8

B

1007-1881（2015）06-0052-04

2015-01-30

李紫星（1979），男，助理工程師，從事發(fā)電廠化學(xué)技術(shù)管理工作。