雙膜工藝運行要點及典型故障處理

郝紅霞

（中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏銀川750001）

雙膜工藝運行要點及典型故障處理

郝紅霞

（中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏銀川750001）

雙膜系統(tǒng)運行過程中，污堵、結垢、機械損傷、化學損壞是影響膜使用壽命的主要原因。結合脫鹽水處理工藝，介紹了系統(tǒng)運行中的注意事項及典型故障處理措施。

雙膜系統(tǒng)；運行要點；故障處理

超濾+反滲透（UF+RO）雙膜法廣泛應用于脫鹽水、污水回用工程中，但常由于各種原因造成膜元件的污堵、結垢、污染、氧化等，使膜的性能衰減、使用壽命降低。本公司脫鹽水裝置采用預處理+超濾+兩級反滲透（UF+RO）的雙膜工藝，RO產(chǎn)水量達到1 200 m3/h。筆者結合公司脫鹽水裝置穩(wěn)定運行三年的經(jīng)驗，介紹了雙膜系統(tǒng)在運行中的注意事項以及雙膜系統(tǒng)典型故障的發(fā)現(xiàn)、判斷、具體處理過程[1-4]。

1 脫鹽水裝置處理工藝（見圖1）

雙膜裝置包括預處理裝置、UF、RO及其輔助系統(tǒng)。UF膜產(chǎn)品采用了德國瀅格T-RackⅡ七孔膜組件，一級RO膜產(chǎn)品采用海德能公司PROOCTM10抗污染復合膜元件、二級RO膜產(chǎn)品采用海德能公司ESPA2 MAX超低壓復合膜元件。

圖1 脫鹽水裝置工藝流程示意圖

2 運行中注意事項

（1）運行中應控制好膜通量和回收率。UF膜設計通量≤60 L/（m2·h），回收率90%；一級RO膜設計通量≤18 L/（m2·h），回收率75%；二級RO膜設計通量≤35 L/（m2·h），回收率90%。有效的控制好膜通量、回收率可以防止膜結垢和膜污染。

（2）溫度應不低于5℃，最高不能超過40℃。當溫度超出此范圍會引起膜性能下降，必須采取通風及其他有效的措施進行降溫。

（3）監(jiān)測預處理系統(tǒng)產(chǎn)水（UF裝置的給水、RO裝置的給水）的濁度及SDI，避免污染物對RO膜的危害而影響到系統(tǒng)的運行。UF進水濁度≤5 NTU，一級RO進水濁度≤0.2 NTU、進水SDI≤3。若所測指標遠遠大于日常測定值，則可證明預處理出現(xiàn)異常，必須對預處理系統(tǒng)進行檢查，必要時可以采取清洗等措施使其恢復狀態(tài)。

（4）UF運行中產(chǎn)水流量在正常反洗后仍然較低、進出水壓差＞0.15 MPa，運行周期縮短，需要對UF系統(tǒng)進行化學清洗；RO正常運行中出水量下降10%～15%、壓差增加10%～15%、脫鹽率下降10%～15%，需要對RO系統(tǒng)進行化學清洗，不同污染物應采用不同的清洗藥劑，一般先采用高pH清洗液清洗油類和微生物污染，然后采用低pH清洗液清洗無機垢類或金屬氧化物污染，清洗時最好分段進行，清洗與運行方向相同；特殊污染物的清洗經(jīng)分析需進行針對性清洗。

（5）應在滿足產(chǎn)水量與水質的前提下，不要超出規(guī)定以上的回收率、運行壓力和濃水流量。

（6）UF裝置停運超過24 h，每天進行一次10 min通量為50 L/（m2·h）的過濾，每天進行一次60 s通量為230 L/（m2·h）的反洗（加余氯含量2 mg/L NaOCl溶液）；停運超過7 d，需用0.75%亞硫酸氫鈉溶液進行沖洗，將亞硫酸氫鈉溶液留在組件中，每隔4周，更換亞硫酸氫鈉溶液，在系統(tǒng)重新投入使用前，需對系統(tǒng)進行沖洗以除去組件內(nèi)的保護溶液。

（7）RO裝置停運超過5 d～30 d，需每天用給水進行沖洗，同時注意將氣體從系統(tǒng)中完全排除；停運超過30 d，需用2%的亞硫酸氫鈉溶液進行保護，在系統(tǒng)重新投入使用前，用低壓給水沖洗系統(tǒng)1 h，再用高壓給水沖洗5 min～10 min，并在沖洗時將產(chǎn)水排放閥全部打開。

蒼嶧鐵礦帶位于魯西隆起南緣尼山凸起的南緣，尼山-白彥斷塊凸起與陶棗斷陷盆地之間[1-2]，是山東省內(nèi)非常重要的成礦帶，屬沉積變質型鐵礦(“鞍山式”鐵礦)[2]。自20世紀50年代以來，該區(qū)陸續(xù)開展過不同程度的地質勘查工作[2]，先后發(fā)現(xiàn)和評價了多處大中型鐵礦床，2007年后，山東省魯南地質工程勘察院、山東省地質科學研究院沿蒼嶧鐵礦帶(白水牛石)向東陸續(xù)又發(fā)現(xiàn)了王埝溝鐵礦床、鳳凰山鐵礦床和溝西鐵礦床。筆者通過分析以往勘查成果，認為其成礦受原始礦源層和褶皺構造、斷裂構造作用控制，探討了鐵礦形成過程及成礦模式。

（8）當RO系統(tǒng)停機時，因膜內(nèi)部的水已經(jīng)處于濃縮狀態(tài)，需用RO產(chǎn)品水沖洗膜表面，以防止污染物沉積在膜表面，影響膜的性能。因此每次RO膜系統(tǒng)停機時，需要進行延時停機沖洗。

（9）在每次更換保安過濾器濾芯后必須將過濾器出口處下排快速接頭或排污閥打開。用正常運行流量的1/2進行排放，時間為5 min，以免前段漏沙進入RO系統(tǒng)劃傷膜表面。當過濾器運行壓差達到0.15 MPa時,必須更換濾芯,以免影響系統(tǒng)正常運行。

（10）反滲透系統(tǒng)開機應在進水壓力小于0.4 MPa條件下沖洗5 min～10 min。

3 典型故障處理

3.1 預處理系統(tǒng)故障分析及處理

預處理單元對于整套裝置的安全穩(wěn)定運行具有十分重要的作用。當多介質出水濁度大于5 NTU，應分析過濾流量、絮凝劑加藥量是否合適、反洗是否徹底。當保安過濾器進口壓力超過0.4 MPa，進出口壓差超過0.15 MPa時，應分析濾芯上是否有大量微生物繁殖或截留大量污染物，檢查殺菌劑加藥系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進行沖擊性非氧化性殺菌劑的投加。

3.2 UF系統(tǒng)故障分析及處理

UF系統(tǒng)是RO系統(tǒng)良好運行的最好預處理方法。當出現(xiàn)透膜壓差偏高或上升過快，應分析進水水質是否惡化或系統(tǒng)污堵需進行化學清洗，檢查進水水質調(diào)整有關反洗參數(shù)及檢查系統(tǒng)運行累計時間。當出水濁度高或SDI高，應分析膜絲是否有斷絲現(xiàn)象或產(chǎn)水箱受到污染，對UF膜元件出水口和產(chǎn)水箱出口分別檢測SDI值，清洗產(chǎn)水箱，對UF膜元件進行完整性檢測，如發(fā)現(xiàn)斷絲應及時修補。

3.3 RO系統(tǒng)故障分析及處理

圖2 反滲透膜性能因素分析圖

3.3.1 顆粒物及無機膠體污染如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓力增大、脫鹽率降低，則可能發(fā)生顆粒物及無機膠體污染?？梢酝ㄟ^對進水SDI進行檢測，如進水SDI＞3，應引起重視，并對SDI膜片和保安過濾器上的截留物進行分析。方法是打開膜殼，觀察第一段的前幾支膜元件進水端表面的沉積物，當發(fā)現(xiàn)膠體污染，應根據(jù)污堵類型對膜進行清洗，并加強保安過濾器的監(jiān)控和更換（見圖3）。

圖3 保安過濾器濾芯被顆粒污染

3.3.2 微生物污染如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量降低、脫鹽率下降、壓降增加，則可能發(fā)生微生物污染。此時可以通過檢測進水TOC和COD來進一步作判斷，如TOC、COD較大則表示存在微生物污染。方法是打開壓力容器后，可以發(fā)現(xiàn)用手觸摸膜殼壁和受污染的膜，有一種滑膩的感覺并伴有臭味。微生物污染是膜系統(tǒng)最常見的問題，可以通過對系統(tǒng)進行清洗和消毒進行恢復，并對預處理設施進行優(yōu)化，或者采用抗污染膜元件（見圖4）。

圖4 膜被微生物污染

圖5 膜元件被鐵污染

3.3.3 鐵污染如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)脫鹽率下降、產(chǎn)水量降低、透鹽率增加，則可能發(fā)生鐵污染。此時可以通過打開壓力容器，發(fā)現(xiàn)膜元件端面呈紅褐色，或將膜元件解剖后，膜表面呈紅褐色。鐵污染會加速膜的氧化導致膜元件不可恢復的損傷，可以將膜系統(tǒng)用酸NaHSO3（pH<5）或H3PO4以及檸檬酸清洗恢復，日常運行中應加強進水水質分析，出現(xiàn)異常及時采取有效措施（見圖5）。

3.3.4 結垢如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量低、脫鹽率下降、壓降增加，同時膜元件變重，且故障點主要發(fā)生在后段，則可能發(fā)生結垢。此時可以對RO進水硬度、pH值、堿度、系統(tǒng)回收率進行分析，數(shù)據(jù)是否偏高，同時可以打開最末段的膜殼，觀察最后一支膜及其附近膜殼內(nèi)壁，是否有白色的垢物，用手觸摸有一種粗糙的感覺。發(fā)生結垢后，對垢樣進行化學分析，針對不同的垢類，可采用酸進行清洗恢復、運行中降低進水的三高（高硬度；高pH；高堿度）和系統(tǒng)回收率、調(diào)整阻垢劑的加入量等方法進行處理。

3.3.5 膜氧化如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)脫鹽率大幅下降，同時伴隨產(chǎn)水量增加，膜元件解剖后，F(xiàn)ujiwara實驗中實驗溶液變成粉紅色，原子光譜化學分析法（ESCA）發(fā)現(xiàn)氯元素，且故障主要發(fā)生在第一段，則可能發(fā)生膜氧化。此時應檢測進水中余氯或ORP，當指標超標時，說明發(fā)生膜氧化的可能性極大。當發(fā)生膜氧化，只能將被氧化的膜元件進行更換，并檢查氧化劑和還原劑的加藥設備，確保系統(tǒng)進水的氧化物含量（余氯、ORP指標）合格。

3.3.6 產(chǎn)水背壓如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)脫鹽率大幅下降，有時候伴隨產(chǎn)水量增加，膜元件解剖后，膜表面出現(xiàn)氣泡和分層，則可能發(fā)生產(chǎn)水背壓。此時應檢查系統(tǒng)產(chǎn)水管道上的止回閥安裝位置是否合理、清潔結束后產(chǎn)水閥門是否開啟、進水中是否有顆粒物。發(fā)生產(chǎn)水背壓現(xiàn)象后因膜元件被損傷，必須更換膜元件（見圖6）。

3.3.7 O形圈、膜封套泄漏如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量正?；蛏仙?、透鹽率增加、壓差正常，則有可能是O形圈、膜封套泄漏。此時應測定每個膜殼的產(chǎn)水電導率，找到有產(chǎn)水不合格的膜殼。然后，對產(chǎn)水不合格的膜殼進行管內(nèi)產(chǎn)水電導率探測，以檢查內(nèi)連接件和適配器處的O形圈是否泄漏，如果發(fā)現(xiàn)泄漏，可以更換O形圈，也可將O形圈纏上生料帶達到密封效果。如果是膜封套泄漏，只能更換膜元件。

3.3.8 其他石油、潤滑劑、凡士林及洗滌劑、汽油類及稀釋劑等潤滑劑會導致產(chǎn)水管破裂，從而使產(chǎn)水水質嚴重下降。建議裝膜過程中不使用甘油和純水外的任何潤滑劑。

4 結語

寧能化脫鹽水裝置于2012年5月4日試車投入運行。在實際運行過程中，因前期負荷較低，系統(tǒng)的開啟率不足50%，為避免在低負荷工況下運行膜性能的衰減，車間制定詳細的定期輪換運行方案，確保每天對停運設備進行沖洗、置換，對投運設備嚴格按照操作手冊進行操作。運行1年半后請海德能膜廠家對膜進行綜合評估及首次化學清洗指導，目前該裝置運行穩(wěn)定，各單元出水水質完全達到設計要求。

圖6 產(chǎn)水背壓造成膜片損壞

［1］反滲透和納濾膜產(chǎn)品技術手冊［G］.日東電工，2012.

［2］金熙，項成林，齊冬子.工業(yè)水處理技術問答［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2010.

［3］寧良榮.反滲透系統(tǒng)故障分析及處理［J］.工業(yè)水處理，2009，29（11）：90-93.

［4］邵剛.膜法水處理技術及工程實例［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002.

表5 產(chǎn)品性質統(tǒng)計數(shù)據(jù)表（續(xù)表）

5 總結

140萬噸/年航煤加氫裝置自2014年2月首次開工以來，已經(jīng)安全、平穩(wěn)運行32個月，可生產(chǎn)出質量符合GB 6537-2006要求且性質穩(wěn)定的航煤產(chǎn)品，說明該裝置的設計、建設、生產(chǎn)運行均取得成功。裝置采用由撫順石油化工研究院研發(fā)的催化劑FH-40B，具有良好的活性和穩(wěn)定性，根據(jù)32個月以來催化劑平均失活速率約0.68度/月，預測可完全滿足第一周期的生產(chǎn)需要。

參考文獻：

［1］中化泉州石化公司.中化泉州石化140萬噸/年航煤加氫裝置工藝技術規(guī)程［G］.

［2］李大東.加氫處理工藝與工程［M］.北京：中國石化出版社，2005：954-962.

TQ085.4

A

1673-5285（2017）01-0145-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.01.037

2016－10-09

郝紅霞，女（1974-），大學本科學歷，工程師，主要從事化學水處理、污水處理、中水回用處理技術工作，現(xiàn)在寧能化公司生產(chǎn)技術科水處理工藝管理工作，郵箱：hhxyxy@163.com。