探討提升反滲透膜運行性能的方法

林景峰（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

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探討提升反滲透膜運行性能的方法

林景峰
（江西銅業(yè)集團公司 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力車間的主要設備之一，它的運行性能衰減、失效將直接影響閃速爐、轉爐余熱鍋爐用水。本文簡述了反滲透膜的工作原理，針對反滲透膜運行性能的評價指標、影響因素，結合1#動力中心工段生產(chǎn)實際情況進行分析，并介紹了反滲透膜的運行維護與保養(yǎng)方法。

關鍵詞：純水；反滲透膜；指標；阻垢劑；運行性能；影響因素

1　引言

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

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時，水將透過滲透膜向溶液側流動；而當對濃溶液施加外加壓力時，濃溶液中的水將穿過膜擴散至稀溶液中，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　評價反滲透膜運行性能的指標

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合理，且強度好。

（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，性價比高。

（5）使用壽命長，運行中產(chǎn)水量及脫鹽率衰減慢。

3.2評價反滲透膜指標

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，將會導致膜污染加快。

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水水質而定，在設計安裝時已經(jīng)設定?；厥章实臉O限值應以膜元件內(nèi)不會因鹽類等物質發(fā)生沉淀為標準。

回收率=（產(chǎn)水量/進水量）×100％

4　反滲透膜運行性能衰減的原因

反滲透裝置運行過程中的關鍵參數(shù)為膜的產(chǎn)水量和除鹽率，它們將受到進水壓力、溫度、pH值、含鹽量、懸浮物及雜質、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行性能［3］。

4.1進水壓力

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

4.2進水溫度

在反滲透運行中，影響膜元件脫鹽率、壓降、運行壓力最為明顯的因素是進水溫度。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增加，產(chǎn)水量增加，其運行的壓力就會相應降低，從而影響反滲透各段膜元件的壓降。

進水溫度對脫鹽率的影響比較復雜，因為其一方面引起產(chǎn)水量上升，一方面也使鹽擴散能力提高，這兩種因素對脫鹽率的影響正好相反；但對于一般的純水系統(tǒng)來說，當溫度上升的時候，鹽擴散能力提高所帶來的影響更大，從而使脫鹽率下降，導致產(chǎn)水電導率上升。

4.3進水pH值

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

（1）進水pH值會影響反滲透膜組的產(chǎn)水電導率；

（2）進水pH高低直接影響水中溶解的CO2，當給水pH值在7.5～8.5間時，反滲透膜組的脫鹽率達到最高。

4.4進水含鹽量

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

4.5懸浮物及雜質

進入反滲透膜的給水首先應經(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。如過濾裝置效果不佳，導致給水懸浮物含量高，這樣反滲透膜很快會發(fā)生堵塞，從而影響膜的產(chǎn)水量和水質。

4.6產(chǎn)水量

反滲透運行時，并不是產(chǎn)水量越大越好，這是因為在進水總流量保持一定時，產(chǎn)水量增大，反滲透高壓側的濃水流量就會相應減少，從而增加濃水中的含鹽量，濃水中的一些離子雜質具有飽和特性，該特性可能引起離子在膜表面的沉積和結垢，阻礙產(chǎn)水流過膜，并最終損壞系統(tǒng)。根據(jù)具體應用，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控制進水水質指標

反滲透原水采用動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，對反滲透系統(tǒng)來說，是一種比較難處理的原水。原水在進入反滲透膜前，先經(jīng)過預處理系統(tǒng)處理。它由疊片過濾器、雙介質過濾器、多介質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，工藝運行人員根據(jù)運行時間以及進、出水壓差及時對預處理系統(tǒng)進行手動反沖洗和更換濾袋、濾芯；視水溫情況，蒸汽加熱系統(tǒng)自動調整進水溫度，使進水溫度達到反滲透膜的要求。進水水質指標表如表1所示。

表1　反滲透進水水質指標表

5.2合理添加藥劑

5.2.1阻垢劑

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

阻垢劑的添加量必須通過理論計算和現(xiàn)場實驗確定，當添加的阻垢劑量過小，將會使膜容易污堵和結垢，從而影響產(chǎn)水量及水質，影響膜的性能并導致使用壽命減少；當添加的阻垢劑量過大時，一是多余的藥劑會吸附于膜表面，致使產(chǎn)水量下降，二是在氣溫過高的夏天或水中細菌數(shù)量較多時，細菌增生比較快，將更使這一過程加劇，出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，應減少藥劑使用量，隨著時間推移，藥劑會重新溶于濃水側排出。在設備停機時需將阻垢劑徹底沖洗出來，否則會留在膜上產(chǎn)生污染問題。

5.2.2殺菌劑

反滲透運行的環(huán)境為：溫度在20℃左右，pH值接近7.0，這與微生物生長的環(huán)境條件基本一樣。微生物加有機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，如不采取措施及時清洗和維護，會日趨嚴重，嚴重者會導致膜性能失效，為避免這種情況發(fā)生，在系統(tǒng)中投加殺菌劑是必要的。

車間技術人員通過反復摸索和實驗，選擇了適合自身水質現(xiàn)狀的殺菌劑，并確定了能兼顧經(jīng)濟性與有效性的殺菌周期。投運一年多來，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CO2的脫鹽率很低，在超純水中，會使水質pH值變的不穩(wěn)定，為消除CO2的不利影響，只要投加NaOH使RO膜進水pH值大于8.2，水中的CO2將全部轉化為HCO3-，這樣HCO3

-通過系統(tǒng)全部去除，間接實現(xiàn)了去除CO2的目的。

反滲透系統(tǒng)中如果pH值為酸性，則不易結垢［4］，如果pH為堿性，則結垢傾向十分明顯。因為二級進水是一級的產(chǎn)水，含鹽量極低，即使添加了堿液，對二級脫鹽能力的影響也微乎其微，因此在二級反滲透前投加NaOH調整pH值，達到去除CO2的目的。

1#動力中心反滲透裝置pH計安裝在二級濃水管道流量計前，通過將濃水pH值控制在6.8～7.5之間，來保證RO膜進水pH值在8～9之間。

5.3定期化學清洗反滲透膜

由于進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菌等雜物，并由于濃差極化的影響，當反滲透裝置在長期使用后，膜易被一層沉淀物覆蓋而結垢，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物等污垢，以恢復膜的性能［5］。

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

5.4停運保養(yǎng)

反滲透系統(tǒng)短期內(nèi)停運，仍應保持水流，讓出水流入濃水道；如系統(tǒng)停運一周以上，須用0.5％的福爾馬林溶液浸泡處理，每天檢查一次。

6　結語

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

參考文獻：

［1］鄭晨，祖學卉.反滲透技術簡介與應用分析［J］.遼寧化工，2014（4）:8-8.

［2］李莉楠.淺析在制藥工程中應用反滲透技術［J］.中小企業(yè)管理與科技，2013（13）:314-314.

［3］仲惟雷，梁宏書，李文超，等.反滲透技術在鋼廠廢水回用項目中的應用［J］.工業(yè)水處理，2013，33（8）:83-84.

［4］毛維東，周如祿.礦井水反滲透處理系統(tǒng)設計要素［J］.遼寧工程技術大學學報，2013（7）:916-919.

［5］劉娟，李茂東，楊麟，等.一種快速評價反滲透阻垢劑性能的方法—濁度法［J］.清洗世界，2015（4）:17-21.

［6］李麗，楊成，龍超.印染生化尾水反滲透深度處理工藝膜污染成因分析［J］.環(huán)境工程學報，2014（1）:77-81.

［7］張首軍，張葉來，孫正華，等.反滲透經(jīng)濟膜通量的選擇與分析［J］.給水排水，2015（2）:55-58.

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：TK223.5

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3842（2016）02-0067-03

收稿日期：2015-12-02

作者簡介：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