探討提升反滲透膜運(yùn)行性能的方法

林景峰（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

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探討提升反滲透膜運(yùn)行性能的方法

林景峰
（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

摘要：反滲透純水裝置是貴溪冶煉廠動(dòng)力車間的主要設(shè)備之一，它的運(yùn)行性能衰減、失效將直接影響閃速爐、轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐用水。本文簡(jiǎn)述了反滲透膜的工作原理，針對(duì)反滲透膜運(yùn)行性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)、影響因素，結(jié)合1#動(dòng)力中心工段生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行分析，并介紹了反滲透膜的運(yùn)行維護(hù)與保養(yǎng)方法。

關(guān)鍵詞：純水；反滲透膜；指標(biāo)；阻垢劑；運(yùn)行性能；影響因素

1　引言

江銅貴溪冶煉廠動(dòng)力車間1#動(dòng)力中心反滲透純水裝置于2013年1月建成投入使用，系統(tǒng)設(shè)有3套一級(jí)反滲透裝置［1］、2套二級(jí)反滲透裝置，最大產(chǎn)水能力可達(dá)180t/h（一級(jí)除鹽水）、80 t/h（二級(jí)除鹽水），生產(chǎn)的純水主要供給熔煉車間閃速爐、轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐使用。

2　反滲透膜的工作原理

通常的滲透原理［2］為：將溶液和水置于滲透膜的兩側(cè)時(shí)，水將透過滲透膜向溶液側(cè)流動(dòng)；而當(dāng)對(duì)濃溶液施加外加壓力時(shí)，濃溶液中的水將穿過膜擴(kuò)散至稀溶液中，這種現(xiàn)象便是反滲透，該膜稱為半透膜，即RO（Reverse Osmoses）膜。其原理如圖1所示：

圖1　反滲透膜的工作原理

3　評(píng)價(jià)反滲透膜運(yùn)行性能的指標(biāo)

3.1反滲透膜性能

（1）具有耐腐蝕、耐酸且不易被微生物侵蝕。

（2）反滲透膜支撐層壓實(shí)合理，且強(qiáng)度好。

（3）在單位面積RO膜上，穿過膜的水量大且除鹽率高。

（4）根據(jù)用戶需求，性價(jià)比高。

（5）使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行中產(chǎn)水量及脫鹽率衰減慢。

3.2評(píng)價(jià)反滲透膜指標(biāo)

3.2.1透鹽率和除鹽率

透鹽率：溶液中穿過膜的溶劑百分比。

除鹽率：溶液中不能穿過膜的溶劑百分比。

透鹽率=100％-除鹽率

除鹽率=1-（產(chǎn)水含鹽量/進(jìn)水含鹽量）×100％

3.2.2產(chǎn)水量

產(chǎn)水量：是指透過反滲透裝置的水量，其單位一般用t/h或加侖/天來表示。

滲透流速：是指透過單位膜面積上的液體流速，其單位一般用加侖/平方英尺每天（GFD）來表示。如透過單位膜面積上的液體流速過高，將會(huì)導(dǎo)致膜污染加快。

3.2.3回收率

回收率：是指穿過膜的液體百分比。反滲透裝置的回收率一般由用戶的進(jìn)水水質(zhì)而定，在設(shè)計(jì)安裝時(shí)已經(jīng)設(shè)定。回收率的極限值應(yīng)以膜元件內(nèi)不會(huì)因鹽類等物質(zhì)發(fā)生沉淀為標(biāo)準(zhǔn)。

回收率=（產(chǎn)水量/進(jìn)水量）×100％

4　反滲透膜運(yùn)行性能衰減的原因

反滲透裝置運(yùn)行過程中的關(guān)鍵參數(shù)為膜的產(chǎn)水量和除鹽率，它們將受到進(jìn)水壓力、溫度、pH值、含鹽量、懸浮物及雜質(zhì)、回收率等因素的影響，一旦這些因數(shù)未在規(guī)定范圍內(nèi)，將直接影響反滲透膜的運(yùn)行性能［3］。

4.1進(jìn)水壓力

通常情況下，進(jìn)水壓力并不會(huì)影響鹽透過量，但是當(dāng)進(jìn)水壓力提高時(shí)，將會(huì)使反滲透膜的產(chǎn)水量增加，而此時(shí)透過膜的鹽量不發(fā)生變化，這樣，增加的產(chǎn)水量將稀釋透過膜的鹽分，導(dǎo)致反滲透膜透鹽率降低，而除鹽率相應(yīng)提高。但進(jìn)水壓力超過一定限度時(shí)，產(chǎn)水量和脫鹽率將不再增加，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中，進(jìn)水壓力應(yīng)不超過該限度。

4.2進(jìn)水溫度

在反滲透運(yùn)行中，影響膜元件脫鹽率、壓降、運(yùn)行壓力最為明顯的因素是進(jìn)水溫度。如果提高給水溫度，TCFA增大（水的粘度降低），膜元件的滲透性能將會(huì)增加，產(chǎn)水量增加，其運(yùn)行的壓力就會(huì)相應(yīng)降低，從而影響反滲透各段膜元件的壓降。

進(jìn)水溫度對(duì)脫鹽率的影響比較復(fù)雜，因?yàn)槠湟环矫嬉甬a(chǎn)水量上升，一方面也使鹽擴(kuò)散能力提高，這兩種因素對(duì)脫鹽率的影響正好相反；但對(duì)于一般的純水系統(tǒng)來說，當(dāng)溫度上升的時(shí)候，鹽擴(kuò)散能力提高所帶來的影響更大，從而使脫鹽率下降，導(dǎo)致產(chǎn)水電導(dǎo)率上升。

4.3進(jìn)水pH值

反滲透膜組對(duì)進(jìn)水pH值有一定要求，雖然不會(huì)影響產(chǎn)水量，但會(huì)影響膜組的脫鹽率。原因如下：

（1）進(jìn)水pH值會(huì)影響反滲透膜組的產(chǎn)水電導(dǎo)率；

（2）進(jìn)水pH高低直接影響水中溶解的CO2，當(dāng)給水pH值在7.5～8.5間時(shí)，反滲透膜組的脫鹽率達(dá)到最高。

4.4進(jìn)水含鹽量

反滲透膜的進(jìn)水含鹽量越高，透過膜組的滲透壓將越大，這樣當(dāng)進(jìn)水壓力不變時(shí)，反滲透膜的凈推動(dòng)力將減小，從而導(dǎo)致產(chǎn)水量下降；同時(shí)，進(jìn)水含鹽量增高還會(huì)引起鹽透過膜的速度增大，從而導(dǎo)致脫鹽率下降。因此對(duì)同一裝置來說，給水中的含鹽量不同，其運(yùn)行時(shí)的壓力和產(chǎn)水電導(dǎo)率也有區(qū)別，通過計(jì)算，給水中的含鹽量每增加l00ppm，進(jìn)水壓力需增加約0.007MPa，同時(shí)由于濃度的增加，產(chǎn)品水電導(dǎo)率也相應(yīng)的增加。

4.5懸浮物及雜質(zhì)

進(jìn)入反滲透膜的給水首先應(yīng)經(jīng)過過濾處理，被過濾裝置攔截的粒子成分即為水中的懸浮物及雜質(zhì)。如過濾裝置效果不佳，導(dǎo)致給水懸浮物含量高，這樣反滲透膜很快會(huì)發(fā)生堵塞，從而影響膜的產(chǎn)水量和水質(zhì)。

4.6產(chǎn)水量

反滲透運(yùn)行時(shí)，并不是產(chǎn)水量越大越好，這是因?yàn)樵谶M(jìn)水總流量保持一定時(shí)，產(chǎn)水量增大，反滲透高壓側(cè)的濃水流量就會(huì)相應(yīng)減少，從而增加濃水中的含鹽量，濃水中的一些離子雜質(zhì)具有飽和特性，該特性可能引起離子在膜表面的沉積和結(jié)垢，阻礙產(chǎn)水流過膜，并最終損壞系統(tǒng)。根據(jù)具體應(yīng)用，反滲透系統(tǒng)回收率通常在70％～80％之間。

5　保障反滲透裝置性能的具體措施

5.1控制進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

反滲透原水采用動(dòng)力車間供水工段的工業(yè)自來水（凈化水Ⅱ），屬低溫低濁的地表水，對(duì)反滲透系統(tǒng)來說，是一種比較難處理的原水。原水在進(jìn)入反滲透膜前，先經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)處理。它由疊片過濾器、雙介質(zhì)過濾器、多介質(zhì)過濾器以及袋式過濾器和精密過濾器組成，去除或減少原水中有機(jī)物和余氯，還可去除原水中的膠體、鐵化物、懸浮物，降低色度、濁度。同時(shí)，工藝運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行時(shí)間以及進(jìn)、出水壓差及時(shí)對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)反沖洗和更換濾袋、濾芯；視水溫情況，蒸汽加熱系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整進(jìn)水溫度，使進(jìn)水溫度達(dá)到反滲透膜的要求。進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)表如表1所示。

表1　反滲透進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)表

5.2合理添加藥劑

5.2.1阻垢劑

反滲透濃水端尤其時(shí)系統(tǒng)中的最后一根膜元件的濃水側(cè)容易出現(xiàn)Mg2+、硫酸鹽、碳酸鹽和Ca2+的結(jié)垢物，影響膜組的性能，為此，在反滲透系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需在給水中加入阻垢劑。

阻垢劑的添加量必須通過理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定，當(dāng)添加的阻垢劑量過小，將會(huì)使膜容易污堵和結(jié)垢，從而影響產(chǎn)水量及水質(zhì)，影響膜的性能并導(dǎo)致使用壽命減少；當(dāng)添加的阻垢劑量過大時(shí)，一是多余的藥劑會(huì)吸附于膜表面，致使產(chǎn)水量下降，二是在氣溫過高的夏天或水中細(xì)菌數(shù)量較多時(shí)，細(xì)菌增生比較快，將更使這一過程加劇，出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)減少藥劑使用量，隨著時(shí)間推移，藥劑會(huì)重新溶于濃水側(cè)排出。在設(shè)備停機(jī)時(shí)需將阻垢劑徹底沖洗出來，否則會(huì)留在膜上產(chǎn)生污染問題。

5.2.2殺菌劑

反滲透運(yùn)行的環(huán)境為：溫度在20℃左右，pH值接近7.0，這與微生物生長(zhǎng)的環(huán)境條件基本一樣。微生物加有機(jī)物沉積污染在膜的污染中占據(jù)比例將近50％左右，這種污染狀況極難恢復(fù)，如不采取措施及時(shí)清洗和維護(hù)，會(huì)日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致膜性能失效，為避免這種情況發(fā)生，在系統(tǒng)中投加殺菌劑是必要的。

車間技術(shù)人員通過反復(fù)摸索和實(shí)驗(yàn)，選擇了適合自身水質(zhì)現(xiàn)狀的殺菌劑，并確定了能兼顧經(jīng)濟(jì)性與有效性的殺菌周期。投運(yùn)一年多來，反滲透系統(tǒng)未發(fā)生明顯微生物污染。

5.2.3氫氧化鈉

反滲透對(duì)CO2的脫鹽率很低，在超純水中，會(huì)使水質(zhì)pH值變的不穩(wěn)定，為消除CO2的不利影響，只要投加NaOH使RO膜進(jìn)水pH值大于8.2，水中的CO2將全部轉(zhuǎn)化為HCO3-，這樣HCO3

-通過系統(tǒng)全部去除，間接實(shí)現(xiàn)了去除CO2的目的。

反滲透系統(tǒng)中如果pH值為酸性，則不易結(jié)垢［4］，如果pH為堿性，則結(jié)垢傾向十分明顯。因?yàn)槎?jí)進(jìn)水是一級(jí)的產(chǎn)水，含鹽量極低，即使添加了堿液，對(duì)二級(jí)脫鹽能力的影響也微乎其微，因此在二級(jí)反滲透前投加NaOH調(diào)整pH值，達(dá)到去除CO2的目的。

1#動(dòng)力中心反滲透裝置pH計(jì)安裝在二級(jí)濃水管道流量計(jì)前，通過將濃水pH值控制在6.8～7.5之間，來保證RO膜進(jìn)水pH值在8～9之間。

5.3定期化學(xué)清洗反滲透膜

由于進(jìn)水中含有微量的懸浮物、膠體、某些難溶性鹽和金屬氧化物及細(xì)菌等雜物，并由于濃差極化的影響，當(dāng)反滲透裝置在長(zhǎng)期使用后，膜易被一層沉淀物覆蓋而結(jié)垢，因此必須清洗膜面，除去積聚在膜面上的金屬氧化物和有機(jī)物等污垢，以恢復(fù)膜的性能［5］。

1#動(dòng)力中心化學(xué)清洗是使用相應(yīng)的化學(xué)藥劑（酸、堿性清洗劑）與污染物發(fā)生反應(yīng)，使其溶于水中，然后排出膜元件，恢復(fù)膜元件的性能。酸性清洗劑用于清洗包括鐵污染在內(nèi)的無(wú)機(jī)物污染；而堿洗清洗劑用于清洗包括微生物在內(nèi)的有機(jī)污染物［6］。

5.4停運(yùn)保養(yǎng)

反滲透系統(tǒng)短期內(nèi)停運(yùn)，仍應(yīng)保持水流，讓出水流入濃水道；如系統(tǒng)停運(yùn)一周以上，須用0.5％的福爾馬林溶液浸泡處理，每天檢查一次。

6　結(jié)語(yǔ)

通過近年來對(duì)反滲透裝置運(yùn)行性能的摸索與觀察，動(dòng)力車間技術(shù)人員已經(jīng)全面掌握了影響反滲透運(yùn)行性能的因素，特別是對(duì)反滲透的運(yùn)行維護(hù)與保養(yǎng)，制定了一套詳細(xì)的運(yùn)行操作規(guī)程，反滲透膜的平均壽命［7］已達(dá)到6年以上，為工廠節(jié)約了可觀的成本費(fèi)用，同時(shí)滿足了熔煉車間閃速爐、轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐純水用量。

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Method to Improve the Running Performance of Reverse Osmosis

LIN Jing-feng
（Guixi Smelter，Jiangxi Copper Corporation，Guixi 335424，Jiangxi，China）

Abstract:Reverse osmosis pure water equipment is one of the main equipment of Guixi Smelter power workshop.Its operational performance attenuation and failure will affect the flash furnace and converter waste heat boiler water directly.In this paper，the working principle of reverse osmosis membrane is briefly described，in view of the reverse osmosis membrane performance evaluation index，influence factors，in combination with the practical situation of 1 # power center section production is analyzed，and the operation maintenance and maintenance method of reverse osmosis membrane is introduced.

Keywords:pure water；reverse osmosis membrane；indicator；scale inhibitors；running performance；influence factor

中圖分類號(hào)：TK223.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3842（2016）02-0067-03

收稿日期：2015-12-02

作者簡(jiǎn)介：林景峰（1983-），男，湖南株洲人，主要從事水處理工藝管理工作。E-mail:59548419@qq.com