反渗透膜污染分析及其清洗研究

<font size="4">叶光华，左积桢&nbsp;[山东淄博嘉周热电有限公司]<br/>摘&nbsp;&nbsp;&nbsp;要：反渗透膜已广泛应用于生产纯水，运行中的膜必然受到污染。膜的污染也因各地水源水质不同，预处理工艺和效果不同而复杂化，膜的清洗成为应用&nbsp;中的一个难题。本文对嘉周热电有限公司反渗透系统膜的污染进行了分析和50多次在线清洗&nbsp;试验研究，从清洗配方、工艺、监督和操作中探索出了一套合理的膜清洗技术。运行结果&nbsp;表明清洗效果非常好。&nbsp;<br/>关键词：反渗透&nbsp;膜污染&nbsp;清洗&nbsp;<br/><br/>1&nbsp;&nbsp;&nbsp;前言<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;山东淄博嘉周热电有限公司水处理装有四套2.5m的一级除盐系统，93年投运，一直用自来水作水源进行脱盐处理。因自来水供应有限，影响了安全生产，98年就新上2×115m?3/h&nbsp;的反渗透水处理工程，使用的水源是两个水库积累的地表雨水。其工艺为&nbsp;<br/>水库水澄清池混凝沉清→无阀滤池过滤→细砂过滤器过滤保安过滤器过滤→反渗透→原来的一级除盐处理系统。<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;水库水因随季节性变化大，污染重，水质差。RO前过滤简单，没有活性碳等过滤设备，有时SDI处理不下来，RO被迫停运，如99年就停运六次。即使正常运行，反渗透膜污堵块，清洗频繁，短之十天，最长也就运行一个月必须清洗一次。反渗透膜清洗是一项技术要求很高的工作，开始按膜厂家的技术标准指导清池，不久后系统出力随之下降，恢复不了设计出力。针对这个劣化趋势，认真学习考察了国内外的清洗技术和经验，结合自己的水处理&nbsp;工艺特点，根据不同时期的水质变化、污染物特征进行现场实物试验，寻找有效清洗配方，探索改进工艺程序，规范操作监督标准，形成了一套完整的膜清洗技术，取得了很好的清洗&nbsp;效果，保证了RO的安全稳定运行。<br/><br/>2&nbsp;&nbsp;&nbsp;水质分析<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;通过每月对水源水质，每周对RO进出水进行分析，其水质指标见表1。&nbsp;<br/><br/>3&nbsp;&nbsp;&nbsp;反渗透膜的污染特征和原因分析<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;反渗透膜投入使用后，就要受到水中杂物的污染，由于各地水源水质不同，所采取的预处理&nbsp;工艺方法也不尽相同，所以反渗透的污染物各不相同，污堵的速度差别很大。即使同一个系统，每个周期的污染物也不完全相同，常常不止一种污染物，它们相互影响，加快了污堵速&nbsp;率和污染的复杂性，增加了清洗难度。常见的污堵情况有以下几种。<br/>3.1胶体污堵<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;胶体污堵是一种普遍现象，不管是地下水还是地表水，总含有铁铝胶体、硅胶体、有机质胶体&nbsp;，预处理时加入的混凝剂，助凝剂，阻垢剂等形成的胶体，这些都可能沉积在膜表面形成胶体污染。使系统质差增加，产水量降低，脱盐率下降。&nbsp;<br/>3.2生物污堵<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;生物污堵主要发生在地表水处理系统和频繁启停操作的系统。单一的杀菌剂是不能将水中的各种细菌微生物全部杀死，系统设在死角区，或停用时间过长造成细菌微生物生长繁殖，粘附在膜表面形成生物粘膜。使系统运行压差升高，产水量下降，脱盐率先是略有上升，然后降低。&nbsp;<br/>3.3化学结垢<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;化水结垢往往发生在二段，被浓缩盐水中过量的溶解盐沉淀而结垢。表现为原段压降升高，脱盐率下降，出力降低。只要调整好回收率和阻垢剂加量是可以控制的。</font>

<p><font size="4">3.4颗粒堵塞<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;

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6&nbsp;高效的清洗配方是确保清洗质量的关键<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;目前反渗透膜的清洗配方一般都是膜生产商提供的，按性能一般分为酸洗、碱洗、盐洗和氧化清洗四大类。其配方是有保守性和关健技术的保密性，且还有不同地区，不同水质的差异性。所以各单位使用后其清洗效果相差很大。所以我们根据理论分析和现场试验来选择了优效的配方。<br/>6.1选择配方的理论依据<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;污染物的元素分析是选择组合配方的理论依据。根据上节中的定性分析筛选了国内外的几十种清洗剂进行现场单体和复合配方的清洗试验来选择最佳清洗配方。这是简单可靠的实用方法。<br/>6.2现场试验确定优效配方<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;将筛选出来的药剂根据膜的要求调整配好浓度，PH值分装在试验杯中，将试验的挂片或刮下的污染物等量的放入烧杯中，加热到清洗温度观察其分散溶解状况。有的能将污物分散成丝线状，有的能将其污物完全剥落分散溶解成溶液。根据这种试验结果，考虑药剂的兼容性，再分析药剂对人、对渗透膜和环境的影响效果来科学合理地选用优效复合配方来清洗RO，将&nbsp;取得优异效果。在两年多的50多次清洗试验中，我们用了昂贵的进口药剂、低廉的国产药剂&nbsp;，低浓度的氧化剂清洗过渗透膜。其膜的脱盐率与刚投运时的一样，即97.5%，所以清洗是&nbsp;有效的、成功的。<br/><br/>7&nbsp;清洗工艺对清洗效果的影响试验研究<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;清洗配方确定后，清洗工艺和操作是确保清洗质量的有效保证。为此，我们在现场这个大试验室进行了无数次的试验对比研究，找出了最优的清洗工艺和操作方式。&nbsp;<br/>7.1顺流清洗和逆流清洗试验比较?<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;顺流清洗就是清洗剂流向与运行时水流方向一致的清洗方式。逆流清洗是清洗液与运行时水流&nbsp;方向相反的清洗方式。顺洗是普遍采用的清洗工艺，对胶体污堵、结垢污堵的清洗效果较好&nbsp;。理由是这两种物质易化学溶解，且结垢主要在二段，所以脱落溶解后易随水流冲出。我们&nbsp;的膜污堵主要发生在一段各管中的前两个膜，且主要是有机物和胶体的相互交叉污染，药剂的作用主要是剥离、分散其污物、不能完全溶解。逆洗时其分散溶解的污物随水流流出的距离比顺洗时短得多，冲出的速度就快点，所以逆洗效果相对比顺洗效果好一点。<br/></font></p>

<font size="4">7.2分段清洗与混合清洗效果比较试验&nbsp;<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;膜生产厂家对膜的清洗要求是分段清洗，且各段应配制新药剂。目的是预防交叉污染。在此基础上进行了混合清洗试验，即用同一箱药对一二段进行动静交替，串联清洗。多次清洗试验证明清洗效果相当，且省时、省力、省钱。我们现在一直是混合清洗方式。<br/>7.3单一清洗与复合清洗试验比较<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;对RO的清洗进行了单一的酸洗、碱洗及复合清洗试验。复合清洗一是药剂进行复合配方，二是酸洗、碱洗、氧化、络合，杀菌分步进行，试验证明复合清洗比单一清洗效果好，见表2。这是因为膜的污染是复杂的，最上一层通常是粘附着的微粒，胶体及生物物质等，第二层是积沉的盐类及铁铝等金属化合物，最靠近膜的第三层通常是为交叉结合的复杂硅酸盐，络合性的有机物等。只有将酸洗、碱洗、络合清洗等程序连接起来复合清洗才能达到目的。<br/>7.4动态清洗与动静交替情况的比较<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;动态清洗就是一直以流动状态清洗到结束。动静交替清洗就是流动状态时将温度、PH值等调好后&nbsp;再静态浸泡一段时间的清洗方式。试验说明，动静交替清洗效果比单一动态清洗效果好。这是因为单一动态清洗冲刷，剥落下的污物被冲压到格栅的边角处成为死角，分散&nbsp;、溶解的时间增长。至静动浸泡时，压实的污物又还散到药液中，反应溶解加快。动静交替&nbsp;清洗与混合清洗相配合，省时、省力、省钱、效果好。&nbsp;<br/>7.5单管清洗与整体清洗比较<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;单管清洗就是将某段(级)中的一根压力容器解裂出来清洗该管中的膜。这种清洗效果比整体清洗效果好。道理就是药剂浓度、流量等参数控制可靠。这种方式不影响生产，只是系统出力减小一点。但清洗时间长了。另外我们针对RO一段各管前的第一个膜有机物污染严重，压降大等问题搞了一套单膜清洗工艺，一次性将一段各管的第一个膜取出，清洗检验其膜的性能指标后从末端装入，效果好。<br/><br/>8&nbsp;&nbsp;清洗技术参数控制对清洗质量影响试验&nbsp;<br/>8.1清洗温度、PH值对清洗效果的试验探索<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;清洗温度和PH值直接影响膜的化学稳定性和清洗效果。温度升高，有利于化学反应加快，提高清洗质量，但也增加了膜的溶解性。温度低、效果差。温度控制在什么参数为好，DOW膜&nbsp;控制在35～40℃内，对膜无影响，效果大有提高。PH值高有利于有机物、微生物的清洗，PH&nbsp;值低有利于垢和金属氧化物的清洗。DOW公司技术人员到清洗现场指导工作时对我们在他们&nbsp;规定的PH值指标上放宽0.5-1.0单位提出个看法，试验说明酸碱性增加，清洗质量提高。两年多的运行、几十次的清洗，膜的脱盐率一直保持在投运时的97.5%指标上，说明清洗参数还是控制得合适安全的。<br/>8.2清洗流量、压差与清洗效果的关系探索<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;清洗的原则应是低压差，大通量的清洗方式，单个膜的平均压降应控制在0.06MPa内。清洗流量小就偏流，有死角，流量大易损坏膜。试验证明清洗流量是运行流量的1.0-1.2倍最合适。在药剂的作用下，这个流速就能保证在正常运行时粘附在膜表面、网络中的污染物充分接触药剂反应溶解分散后冲刷出去，没有死角和偏流现象，清洗效果好。<br/><br/>9&nbsp;&nbsp;清洗监督和效果评估<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;清洗过程中必须认真监督系统压降，清洗流量、温度，分析监测药液浓度、PH值及清洗液颜色变化情况，应严格控制在规定的范围内。当药剂浓度或PH值连续两次测定值稳定不变时，&nbsp;清洗结束。然后用甲醛或异塞唑啉酮等杀菌剂对全系统杀菌。<br/>投运后对其清洗效果进行评估，其各段压力、流量、脱盐率等指标与上周期投时的指标换算成标准状态进行比较，脱盐率应无变化，出力相差2%内效果理想、大于3%时下次清洗应调整&nbsp;配方，严格控制清洗参数。<br/><br/>10&nbsp;&nbsp;结束语<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;反渗透膜清洗采用复合清洗、并配合杀菌处理，效果好，确保运行周期。<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;反渗透处理地表水，应重在做好预处理，减少清洗频率，延长膜的使用寿命。我们正在寻找新效药剂，强化混凝杀菌处理，无阀滤池也改为了无烟煤石英砂双滤料过滤。并准备上活性碳过滤器过滤处理，以达到上述目的。<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;科学选择渗透膜，减少清洗次数，确保安全生产。BW-30-400膜应用在我们这种地表水处理上不太合适，调查研究了国内外膜用户，地表水应使用通道大一点，光洁度高，电中性和亲水性的膜，减缓污堵速率，延长运行周期和使用寿命。<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;膜的清洗是项新技术，膜的污染又有很强的地域水源性，在理论和实践中需要不断探索、完善，形成一套规范的清洗技术，以确保膜的安全稳定运行。&nbsp;<br/></font>

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<font size="4">表2?清洗剂如何配制? 谢谢!!</font>

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