反滲透膜污堵原因分析及解決措施

李亞娟，賀　峰，王正江，楊　永，翟紹晶

（西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032）

經(jīng)驗(yàn)交流

反滲透膜污堵原因分析及解決措施

李亞娟，賀峰，王正江，楊永，翟紹晶

（西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032）

某電廠反滲透系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)壓力偏高、出力偏低以及清洗頻繁等問(wèn)題，對(duì)反滲透膜片的ICP、SEMEDX以及GC-MS等分析結(jié)果表明，有機(jī)污堵是造成反滲透系統(tǒng)故障的主要原因。采用NaOH、EDTA和SDS對(duì)膜片進(jìn)行靜態(tài)清洗試驗(yàn)，結(jié)果表明，EDTA堿洗對(duì)反滲透有機(jī)污堵清洗效果最好。采用EDTA堿洗和酸洗相結(jié)合的清洗方案對(duì)工程設(shè)備進(jìn)行清洗后，反滲透運(yùn)行壓力和產(chǎn)水量基本恢復(fù)至初始狀態(tài)。此外，結(jié)合電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)水處理系統(tǒng)提出了運(yùn)行優(yōu)化方案。

反滲透；有機(jī)污堵；化學(xué)清洗

某電廠鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)水源為水庫(kù)水，水庫(kù)水經(jīng)凈水站混凝澄清處理后送至鍋爐補(bǔ)給水處理車間，處理工藝為“超濾+反滲透+一級(jí)除鹽+混床”。在運(yùn)行過(guò)程中反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)一級(jí)反滲透進(jìn)水壓力和壓差偏高、出力偏低以及清洗頻繁等問(wèn)題，采用常規(guī)酸、堿進(jìn)行離線清洗，系統(tǒng)性能難以恢復(fù)。對(duì)此，筆者對(duì)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行了深入分析，對(duì)系統(tǒng)故障原因進(jìn)行了診斷。

1　膜元件分析結(jié)果

1.1膜元件標(biāo)準(zhǔn)性能測(cè)試

取一級(jí)反滲透一段和二段膜元件各1支在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)狀況下進(jìn)行性能測(cè)試（編號(hào)分別為1#和2#），結(jié)果見表1。

表1　反滲透膜元件標(biāo)準(zhǔn)性能測(cè)試結(jié)果

結(jié)果表明，使用后的膜元件產(chǎn)水量下降了31%，產(chǎn)水量衰減明顯。新膜質(zhì)量為14 kg，送檢的2只膜元件質(zhì)量分別為15.69、15.56 kg，膜質(zhì)量分別增長(zhǎng)了12.07%和11.14%。2只膜元件脫鹽率均≥99.5%，脫鹽率正常。由此分析，反滲透出力下降的原因?yàn)槟け砻娲嬖谖廴疚锏某练e。

1.2 膜元件探針測(cè)試

膜元件探針測(cè)試是通過(guò)將1 根直徑約為25.40 mm的塑料管插入整個(gè)膜組件的產(chǎn)水中心管內(nèi)，檢測(cè)產(chǎn)水電導(dǎo)率在中心產(chǎn)水管內(nèi)的分布。探針測(cè)試試驗(yàn)表明，1# 膜元件內(nèi)部產(chǎn)水電導(dǎo)率在22.0～27.4 μS/cm，2#膜元件內(nèi)部產(chǎn)水電導(dǎo)率在20.5～24.9 μS/cm。2 只膜元件內(nèi)部產(chǎn)水水質(zhì)分布都比較均勻，可以排除機(jī)械損傷和化學(xué)損傷導(dǎo)致的鹽泄漏，也說(shuō)明膜元件在使用的過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)背壓現(xiàn)象。

1.3 膜表面無(wú)機(jī)結(jié)垢分析

采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP）對(duì)反滲透膜片無(wú)機(jī)元素進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

表2　膜元件ICP分析結(jié)果

分析結(jié)果表明，膜元件污染物成分中，各金屬元素含量非常低，膜表面無(wú)機(jī)物總單位面積質(zhì)量?jī)H為33.96 mg/m2，其中，結(jié)垢性無(wú)機(jī)鹽單位面積質(zhì)量只有18.71 mg/m2，無(wú)機(jī)結(jié)垢類物質(zhì)在膜表面的附著量很低。ICP分析結(jié)果說(shuō)明膜表面無(wú)機(jī)結(jié)垢現(xiàn)象輕微，不是導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行故障的原因。

1.4膜表面有機(jī)污堵分析

采用電鏡-能譜（SEM-EDX）對(duì)膜表面污染層形態(tài)和元素組成進(jìn)行分析，結(jié)果分別見圖1和表3。

圖1　反滲透膜表面電鏡圖

表3　膜表面污染物質(zhì)EDX分析結(jié)果

電鏡分析結(jié)果表明，膜表面污染層結(jié)構(gòu)致密、平整，形態(tài)均勻，屬于黏附性強(qiáng)、產(chǎn)水阻力較大的凝膠污染層。因此，采用常規(guī)酸、堿難以恢復(fù)膜元件產(chǎn)水性能。表3的分析結(jié)果表明，膜表面污染物中C、N、O的含量很高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)合計(jì)達(dá)到98.42%，說(shuō)明膜表面含有大量的有機(jī)污染物質(zhì)。除此之外，膜表面還有少量的Na、Si、Al等元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)合計(jì)＜2%，表明膜表面無(wú)機(jī)物沉積量很少。EDX的分析結(jié)果和ICP的結(jié)果基本吻合。

采用氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）對(duì)膜表面有機(jī)物做進(jìn)一步分析，分析結(jié)果表明，膜表面污染物主要為有機(jī)烷烴類物質(zhì)和含鹵族元素的化合物，還有少量的烯烴類和胺類物質(zhì)。

2　有機(jī)污堵原因分析

對(duì)反滲透系統(tǒng)進(jìn)水中的有機(jī)物進(jìn)行了分析，結(jié)果見表4。

表4　反滲透系統(tǒng)進(jìn)水有機(jī)物分析結(jié)果

由表4可知，進(jìn)水COD變化較大，最高達(dá)到30 mg/L。反滲透設(shè)計(jì)回收率為75%，濃水側(cè)COD將達(dá)到100 mg/L以上，進(jìn)水有機(jī)物含量偏高是造成反滲透膜污堵的主要原因之一。

另外，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行勘察，發(fā)現(xiàn)超濾進(jìn)水余氯在0.1 mg/L以下，沒(méi)有起到有效的殺菌作用。夏季微生物的活性明顯高于春季和冬季，因此有效的殺菌處理是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。如果殺菌劑投加不到位，微生物會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)滋生，微生物新陳代謝過(guò)程中將產(chǎn)生胞外聚合物，加上進(jìn)水中的有機(jī)物，造成膜進(jìn)水有機(jī)物含量過(guò)高，導(dǎo)致反滲透有機(jī)污堵。

3　清洗方案及效果

3.1靜態(tài)清洗試驗(yàn)

反滲透有機(jī)污堵通常采用NaOH、EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）、表面活性劑SDS（二烷基璜酸鈉）等藥劑進(jìn)行清洗。采用NaOH、EDTA和SDS分別在pH= 11的條件下進(jìn)行靜態(tài)清洗試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，在pH=11條件下，NaOH、EDTA和SDS 3種藥劑洗出物質(zhì)量分別為 0.95、1.87、1.42 mg/cm2。采用單一堿洗難以去除膜表面黏附的有機(jī)污染物；EDTA可絡(luò)合重金屬，在高pH條件下可分解有機(jī)物，采用EDAT堿洗對(duì)污染物的去除效率為單一堿洗的2倍左右；SDS為表面活性劑，SDS有親水、親油2種基團(tuán)可以吸附有機(jī)物使其溶解在清洗液中，SDS堿洗效果為單一堿洗的1.67倍。EDTA堿洗對(duì)反滲透膜有機(jī)污染的清洗效果最佳。

圖2　不同藥劑清洗效果

3.2清洗效果分析

結(jié)合反滲透膜片靜態(tài)清洗試驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)采用EDTA堿洗（pH=11）與鹽酸酸洗（pH=2）相結(jié)合的清洗方案，采用動(dòng)態(tài)循環(huán)與靜態(tài)浸泡相結(jié)合的清洗方式。膜清洗前后反滲透系統(tǒng)運(yùn)行效果對(duì)比如表5所示。

表5　膜清洗前后反滲透運(yùn)行效果對(duì)比

清洗后單列反滲透出力由42 m3/h恢復(fù)到59 m3/h，系統(tǒng)回收率由55%恢復(fù)到74%，進(jìn)水壓力和段間壓差明顯降低，清洗效果顯著。

4　運(yùn)行優(yōu)化措施

4.1提高反滲透進(jìn)水殺菌效果

電廠在水源取水口加氯，但預(yù)處理管線內(nèi)余氯濃度偏低。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，預(yù)處理設(shè)備進(jìn)口余氯在0.2～0.3 mg/L，小于余氯0.5～1.0 mg/L的控制要求。而且余氯采用恒定投加量控制方式，即在水源水質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，取水口殺菌劑的投加量恒定。水庫(kù)水在夏季有機(jī)物和微生物偏高，由于有機(jī)物會(huì)耗氯，而且次氯酸鈉殺菌效果隨溫度的升高而降低，導(dǎo)致殺菌效果偏差。建議電廠根據(jù)水源水質(zhì)情況，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)次氯酸鈉投加量，并在預(yù)處理設(shè)備進(jìn)口增設(shè)余氯表計(jì)，根據(jù)余氯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值，調(diào)節(jié)加藥量。

4.2強(qiáng)化混凝澄清處理設(shè)備的運(yùn)行性能

水庫(kù)水先進(jìn)凈化站進(jìn)行混凝澄清處理，混凝劑采用聚合氯化鋁。電廠運(yùn)行情況表明，運(yùn)行人員沒(méi)有根據(jù)進(jìn)水水量和水質(zhì)合理投加混凝劑，混凝劑投加混亂，預(yù)處理運(yùn)行效果差?；炷^(guò)程對(duì)懸浮態(tài)和膠態(tài)有機(jī)物的去除率在90%以上，對(duì)溶解性有機(jī)物去除率約為30%左右。因此需針對(duì)進(jìn)水水質(zhì)情況，通過(guò)試驗(yàn)確定混凝劑最佳投加量，優(yōu)化混凝工藝運(yùn)行參數(shù)，提高預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除率。

4.3優(yōu)化超濾運(yùn)行參數(shù)

超濾設(shè)計(jì)出力為2×115 m3/h，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中單列超濾出力在160～175 m3/h，高出設(shè)計(jì)出力40%～50%，膜通量在123～135 L/（m2·h）之間。采用瀅格公司生產(chǎn)的dizzer@XL0.9MB60型號(hào)超濾膜組件，最高膜通量為120 L/（m2·h）。由此可見，超濾運(yùn)行通量高出膜組件上限。在偏高的膜通量運(yùn)行條件下，易造成超濾跨膜壓差升高，加速膜污堵并影響出水品質(zhì)。為確保后續(xù)反滲透系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需降低超濾膜出力至設(shè)計(jì)值。

5　結(jié)論

（1）根據(jù)膜元件分析結(jié)果，反滲透膜表面無(wú)機(jī)結(jié)垢現(xiàn)象輕微，有機(jī)污堵是造成反滲透膜污堵的主要原因。

（2）通過(guò)對(duì)電廠運(yùn)行情況的了解，分析造成膜有機(jī)污堵的主要原因?yàn)檫M(jìn)水有機(jī)物含量偏高以及原水殺菌效果差。

（3）采用EDTA堿洗（pH=11）與鹽酸酸洗（pH= 2）相結(jié)合的清洗方案對(duì)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行清洗，清洗后回收率恢復(fù)到74%，清洗效果顯著。

（4）通過(guò)采取提高反滲透進(jìn)水殺菌效果，強(qiáng)化混凝澄清設(shè)備的運(yùn)行性能以及優(yōu)化超濾運(yùn)行參數(shù)等措施，可提高反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

Analysis and solutions of reverse osmosis membrane pollution and blockage

Li Yajuan，He Feng，Wang Zhengjiang，Yang Yong，Zhai Shaojing
（Xi'an Thermal Power Research Institute Co.，Ltd.，Xi'an 710032，China）

Problems，such as the increase of operating pressure，the decrease of water output and frequent rinsing operation，etc.occur，during the operation of the reverse osmosis（RO）system in a power plant.The analytical results by using ICP，SEM-EDX and GC-MS for the RO membrane indicate that organic pollution and blockage are the main causes for the breakdown in RO systems.NaOH，EDTA and SDS are used in static washing tests for the RO membrane.The results show that EDTA caustic wash has the best cleaning effect on ROorganic pollution and blocking.After the engineering equipment has been cleaned by a cleaning project of the combination of EDTA caustic wash and acid cleaning，the running pressure and water output of the RO system recover to the initial state basically.In addition，an optimized scheme on the water treatment system is put forward according to actual operation situation.

reverse osmosis；organic pollution and blockage；chemical cleaning

TK223.5

B

1005-829X（2016）02-0103-03

李亞娟（1983—），碩士，工程師。電話：029-82102363，E-mail：liyajuan@tpri.com.cn。

2015-12-08（修改稿）