反滲透保安過濾器污堵的原因分析及預防措施

張 杰，梅武豐，劉 佳

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

1 簡介

1.1 裝置簡介

某脫鹽裝置生產(chǎn)精制水能力620m3/h，主要以凈水和甲醇裝置回收的工藝及透平冷凝液為原料，通過采用UF、RO雙膜技術+離子交換混床除鹽工藝除去水中的各種陰陽離子，制得合格的精制水，以滿足用戶的用水需求。其中，UF出水控制：濁度≤1NTU；RO進水控制：SDI15≤3，余氯＜0.1mg/L；RO出水控制：電導率≤10μS/cm；混床出水控制：電導率≤0.2μS/cm、SiO2≤0.02mg/L。

1.2 流程簡介

工藝流程見圖1。

圖1 UF、RO雙膜技術+離子交換混床除鹽工藝流程簡圖

1.3 反滲透保安過濾器系統(tǒng)

保安過濾器設置在反滲透單元之前，目的主要是延長反滲透膜的使用壽命，防止水中的大顆粒物雜質進入反滲透單元造成膜絲污堵，進而影響反滲透膜的性能，如產(chǎn)水量下降、脫鹽率降低、跨膜壓差增加等。本裝置反滲透單元共設有四套保安過濾器，為臥式設置，每套保安過濾器安裝有三支大通量濾芯，其控制參數(shù)為：單套設計流量185m3/h、過濾精度5μm、設計壓力0.6MPa、運行壓差＜0.2MPa。

1.4 反滲透單元加藥系統(tǒng)

為確保反滲透單元正常運行，防止反滲透運行過程中有結垢傾向，避免反滲透膜被預處理過程中殘余的余氯氧化，反滲透單元運行時需連續(xù)投加阻垢劑和還原劑。此外，為了保護反滲透膜防止其受到微生物侵害，需定期向反滲透單元沖擊投加非氧化殺菌劑BIO進行殺菌處理。反滲透單元三種保護藥劑投加地點均為保安過濾器進水端，具體加藥控制如下：

（1）反滲透單元投加的阻垢劑為高效阻垢分散劑PTP-1100，投加質量濃度為3.5mg/L，投加方式為連續(xù)投加。原設計為阻垢劑計量泵根據(jù)4套反滲透裝置的總產(chǎn)水流量變化自動調節(jié)計量泵的頻率，即反滲透裝置總產(chǎn)水流量與阻垢劑計量泵的頻率成正比。

（2）反滲透單元投加的還原劑藥品為亞硫酸氫鈉，投加質量濃度為3mg/L，投加方式為連續(xù)投加。原設計為還原劑計量泵根據(jù)4套反滲透裝置總進水氧化還原電位（ORP）自動調節(jié)計量泵的頻率，即反滲透裝置總進水ORP與還原劑計量泵的頻率成正比。

（3）反滲透單元投加的非氧化殺菌劑為BIO，投加質量濃度為3mg/L，投加方式為沖擊投加。為避免反滲透膜內出現(xiàn)細菌滋生情況，需要定期向反滲透單元沖擊投加非氧化殺菌劑，投加頻率為反滲透裝置每連續(xù)運行8h投加2h。

2 保安過濾器運行情況及異?，F(xiàn)象

2019年以來，反滲透保安過濾器出現(xiàn)進、出口壓差上漲較快、微生物滋生導致濾芯更換頻繁的問題。據(jù)統(tǒng)計，保安過濾器濾芯更換頻率為12～14d。拆檢保安過濾器發(fā)現(xiàn)，濾芯表面和過濾器筒體內壁出現(xiàn)帶有土腥味的淡黃色黏狀物，即便更換濾芯時對這些黏狀物進行徹底清洗處理，保安過濾器運行一段時間后，濾芯表面、過濾器筒體內壁又會重新出現(xiàn)此類黏狀物。為此，對濾芯表面、過濾器筒體內壁出現(xiàn)的黏狀物進行了化驗分析，具體數(shù)據(jù)見表1。污染物中無機成分SEM照片及EPX譜見圖2。

表1 保安過濾器內污染物分析數(shù)據(jù)

圖2 污染物中無機成分SEM照片與EDX 譜圖

3 保安過濾器濾芯污堵的原因分析

3.1 原水水質的影響

（1）脫鹽水原水水源為地表水，其水質不穩(wěn)定，尤其隨季節(jié)變化較大。從保安過濾器內污染物分析情況來看，原水中含有大量的有機物、細菌等有害物質，這說明原水進行預處理時殺菌力度不夠而后續(xù)UF系統(tǒng)殺菌劑投加量又不足，以致UF產(chǎn)水中細菌大量繁殖而造成保安過濾器濾芯出現(xiàn)污堵。

（2）通常，為避免反滲透單元受到鋁污染而出現(xiàn)膜絲污堵，反滲透進水的Al3+含量應小于0.05mg/L。但根據(jù)保安過濾器內污染物中Al3+含量情況來看，本裝置原水中Al3+含量明顯超標。而原水中的Al3+主要來源為凈水廠進行水質凈化過程中投加的PAC，因此保安過濾器濾芯出現(xiàn)鋁鹽污堵，是因為PAC投加過量或澄清過濾效果差所致。

3.2 反滲透單元加藥情況

按原始設計，阻垢劑、還原劑計量泵的頻率分別根據(jù)4套反滲透裝置的總產(chǎn)水流量、總進水ORP的變化而成正比例變化，即連鎖自動調節(jié)計量泵的加藥量。但因裝置投產(chǎn)后初期使用的可連鎖控制、自動調整加藥量的電磁泵故障頻發(fā)而又維修困難，故將其全部更換成為便于檢修的手動調節(jié)沖程泵。但實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，更換加藥泵的加藥系統(tǒng)存在以下問題：

（1）由于更換后的計量泵最大沖程為原始計量泵的5.6倍，以致加藥時出現(xiàn)低沖程不打量，高沖程加藥過量的情況。據(jù)計算，目前反滲透單元保護藥劑的每小時加藥量約為正常需求量的1～2倍。此外，反滲透單元所使用的還原劑為亞硫酸氫鈉，若投加量過大，系統(tǒng)中將會存在大量的硫酸鹽，而硫酸鹽還原菌在無氧或缺氧狀態(tài)下會利用硫酸鹽中的氧進行氧化反應而大量生長繁殖形成細菌群。因此，保安過濾器污堵與還原劑投加過量有關。

（2）反滲透單元投加的阻垢劑PTP1100主要成分為含磷小分子有機物，在高溫環(huán)境易分解成正磷酸鹽，而磷酸鹽是微生物維持生命活動所需的營養(yǎng)物質，過量的阻垢劑存留在系統(tǒng)內為保安過濾器內微生物的富集滋生創(chuàng)造了有利條件，因此保安過濾器污堵與阻垢劑投加過量有關。

（3）為防止反滲透膜絲被氧化，反滲透進水余氯控制在0.1mg/L以內，這樣就給微生物滋生創(chuàng)造了有利條件，為此需在保安過濾器進水端投加非氧化殺菌劑BIO以抑制微生物滋生，BIO投加控制是否得當將直接影響微生物的滋生情況，進而決定保安過濾器是否會出現(xiàn)污堵情況。

3.3 超濾、保安過濾器等設備情況

（1）從超濾UF系統(tǒng)運行情況來看，雖存在少數(shù)膜絲斷裂情況，但均及時進行了修復，且整個運行過程UF產(chǎn)水濁度均嚴格控制在1NTU以內。因此，未出現(xiàn)UF進水進入產(chǎn)水側導致UF水箱水質超標問題。

（2）保安過濾器壓力表選型合適，其進出口壓力均處在壓力表量程的1/3～3/4位置，不存在壓力表選型不當導致壓力指示存在偏差情況。

4 保安過濾器濾芯污堵的預防措施

1）及時與凈水廠進行溝通，要求其提高原水殺菌力度、合理控制PAC投加量以及做好原水的混凝澄清和過濾工作，確保原水水質合格。

2）根據(jù)生產(chǎn)需要，為嚴格控制系統(tǒng)余氯量（超濾產(chǎn)水余氯0.2～0.3mg/L、反滲透進水余氯＜0.1mg/L），防止微生物滋生，在原有分析的基礎上增加現(xiàn)場余氯分析，以便現(xiàn)場操作人員能夠根據(jù)分析情況及時跟蹤系統(tǒng)余氯量，合理調整系統(tǒng)殺菌劑的投加量。

3）恢復裝置原有設計，將目前使用的手動調節(jié)計量泵全部更換為可通過連鎖控制自動調整加藥量的電磁泵，確保阻垢劑、還原劑投加量正常。

4）加強本裝置預處理系統(tǒng)的優(yōu)化，定期檢查多介質過濾器、超濾UF運行效果，出現(xiàn)偏差時及時調整，避免預處理系統(tǒng)運行不當導致后續(xù)產(chǎn)水水質下降。

5）改變以往殺菌劑單一投加調整的操作方式，在有效氯含量達標的情況下，通過沖擊式投加非氧化殺菌劑BIO來抑制微生物滋生，避免通過單一調整殺菌劑投加量，導致整個系統(tǒng)各藥劑投加量的平衡遭到破壞。

5 措施實施后效果

1）原水水質大幅好轉，經(jīng)裝置預處理系統(tǒng)后，后續(xù)反滲透進水電導率變化明顯，下降幅度約40%，反滲透運行環(huán)境轉好，反滲透運行壓差上升緩慢、產(chǎn)水量穩(wěn)定、在線化學清洗周期性正常。

2）合理控制殺菌劑、阻垢劑、還原劑投加量后，系統(tǒng)殺菌效果明顯，拆檢保安過濾器發(fā)現(xiàn)，濾芯表面和過濾器筒體內壁帶有土腥味的淡黃色黏狀物基本消除；反滲透進水ORP趨于穩(wěn)定，基本維持在210～250mV波動，藥量投加趨于規(guī)律。

3）保安過濾器濾芯壓差及更換情況。措施實施后濾芯壓差上升緩慢，運行25d左右壓差仍可保持在0.1MPa以內（圖3）；保安過濾器濾芯平均更換周期大幅延長，由措施實施前12-14d左右的平均更換周期提升至措施實施后的25～27d，保安過濾器運行周期大幅延長（表2）。

圖3 保安過濾器壓差變化趨勢

表2 實施措施后保安過濾器更換周期

4）系統(tǒng)維護費用方面。一年以330d計，粗略估算措施實施前濾芯消耗量為：（330/14）支，措施實施后濾芯消耗量為：（330/25）支，按市場價濾芯價格1 500元/支計，每年可以節(jié)省濾芯支出費用約20萬元左右。

經(jīng)過綜合判斷和分析，及時采取得當?shù)膽獙Υ胧?jīng)過調整優(yōu)化，反滲透保安過濾器壓差上升幅度整體下降明顯，更換周期大幅延長，濾芯消耗明顯降低，系統(tǒng)運行趨于穩(wěn)定。

6 鞏固措施

從措施實施后取得的效果來看，已達到了降低反滲透保安過濾器濾芯更換頻次、縮減濾芯支出費用的目標，但為了確保裝置后續(xù)能長久穩(wěn)定運行，還需做好以下鞏固措施：

1）殺菌劑NaClO有效氯為10%，但極其不穩(wěn)定，見光易分解，因此其實際有效氯含量會降低，故后續(xù)將考慮定期抽查NaClO有效氯含量，并根據(jù)分析結果計算加藥量進行調整。避免有效氯降低后，加藥量不足，導致系統(tǒng)殺菌力度不夠。

2）目前現(xiàn)場使用的余氯分析試劑為自配的標準液，易出現(xiàn)變質情況，后續(xù)考慮定期對試劑進行更換，避免因過期或變質造成藥劑失效，影響余氯分析結果。

3）保安過濾器濾芯雖整體更換周期明顯延長，但還是存在不穩(wěn)定情況，這主要是因為各操作人員存在的操作差異及相關指令執(zhí)行不到位情況。后續(xù)將在重點關注加藥量調整是否及時的同時，把控好保安過濾器濾芯更換時機，避免保安過濾器壓差出現(xiàn)假性降低（如啟動不同增壓泵時，保安過濾器壓差會存在0.04MPa以內的偏差），而出現(xiàn)提前更換情況造成的浪費。

4）由于阻垢劑、還原劑計量泵原始設計的連鎖已被摘除，新更換的電磁泵安裝后恢復連鎖需進行調試，目前不具備調試條件，后續(xù)利用裝置大修時加以解決。

7 結束語

在裝置的日常運行維護中，當保安過濾器濾芯污堵問題出現(xiàn)后，可通過對污染物分析，對系統(tǒng)超濾的余氯、反滲透進水的SDI15、濁度及凈水廠鋁離子含量等相關數(shù)據(jù)進行綜合分析和判斷；采取得當?shù)膽獙Υ胧耆梢越档捅０策^濾器濾芯更換頻次、大幅度降低運行費用，確保裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行。