反滲透膜的化學(xué)清洗

沈琳琳

(河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司,石家莊 050400)

目前,反滲透膜法水處理工藝被公認(rèn)為是最有效的脫鹽技術(shù)之一。反滲透設(shè)備在火力發(fā)電廠水處理中,以其設(shè)備操作簡(jiǎn)單,可靠性強(qiáng),不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)在原水凈化脫鹽中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。然而,在運(yùn)行中,反滲透膜不可避免的受到一些微量的無機(jī)物垢、膠體、微生物、金屬氧化物等的污染或阻塞。這些物質(zhì)沉積在膜表面上,將會(huì)越積越多,從而引起反滲透膜透過量下降和脫鹽率降低。對(duì)反滲透膜進(jìn)行及時(shí)的化學(xué)清洗可有效地恢復(fù)反滲透膜的性能,延長其使用壽命[2]。

河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“西柏坡電廠”)三期工程建設(shè)安裝了2臺(tái)1 950 t/h的超臨界直流鍋爐和2臺(tái)600 MW凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。該工程2臺(tái)機(jī)組均于2006年投產(chǎn)發(fā)電,鍋爐補(bǔ)給水處理除鹽系統(tǒng)采用反滲透、一級(jí)除鹽+混床的處理工藝。反滲透系統(tǒng)采用2運(yùn)1備方案,單臺(tái)反滲透的設(shè)計(jì)出力為60 t/h,設(shè)計(jì)反滲透裝置的系統(tǒng)回收率為75%,脫鹽率為99.5%,總脫鹽率3年內(nèi)保證≥97%。

1 反滲透系統(tǒng)介紹

1.1 反滲透系統(tǒng)的原水特點(diǎn)

根據(jù)水務(wù)管理需要,本著節(jié)約用水和一水多用的原則,西柏坡電廠三期2臺(tái)600 MW機(jī)組鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)原水采用三期5號(hào)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)排放水,其水質(zhì)在黃壁莊水庫蓄水水質(zhì)基礎(chǔ)上濃縮4～5倍,該水含鹽量高,致結(jié)垢及致污染成分增加,特別是鈣鎂硬度含量高,有機(jī)物含量較高,懸浮物含量較低,水中含有水質(zhì)穩(wěn)定劑等復(fù)雜成分。

1.2 反滲透系統(tǒng)工藝流程

5 號(hào)機(jī)組循環(huán)水排水或水庫水(深井水)→生水池→生水泵→機(jī)械攪拌澄清池→無閥濾池→清水箱→清水泵→盤式過濾器→超濾組件→超濾水箱→超濾出水輸送泵→反滲透保安過濾器→高壓泵→反滲透組件→淡水箱→淡水泵→二級(jí)除鹽系統(tǒng)。

1.3 反滲透系統(tǒng)膜元件

該系統(tǒng)膜元件選用適用于苦咸水脫鹽淡化的架橋芳香族聚酰胺TM L 20-370抗污染膜。反滲透裝置采用并列布置,每套反滲透裝置包括保安過濾器、高壓泵和反滲透膜組件;采用一級(jí)兩段排列,第1段有9列膜組件,第2段有4列膜組件,每列膜組件內(nèi)裝有6根長40英寸,直徑8英寸膜元件。

1.4 反滲透系統(tǒng)運(yùn)行情況

自投運(yùn)以來,三期工程反滲透系統(tǒng)基本符合設(shè)計(jì)要求,出水水質(zhì)良好。但由于原水中的有機(jī)物、懸浮物含量較高,設(shè)計(jì)的澄清池停留時(shí)間不夠,盤式過濾裝置不能完全攔截過濾絮凝產(chǎn)物,使得細(xì)小礬花后移,造成長時(shí)間運(yùn)行后的反滲透進(jìn)水SDI值偏高,引起反滲透操作壓力升高、產(chǎn)水量降低。因此,為防止反滲透膜元件出現(xiàn)不可恢復(fù)的損傷,引起不必要的經(jīng)濟(jì)損失,需要及時(shí)地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行徹底有效的化學(xué)清洗以恢復(fù)反滲透裝置的性能。

2 反滲透膜的清洗

2.1 清洗條件

為了保證反滲透系統(tǒng)的正常運(yùn)行,延長反滲透膜元件的壽命,按照反滲透的設(shè)計(jì)要求,在達(dá)到以下條件時(shí)應(yīng)盡早實(shí)施清洗[3]:

a.同一運(yùn)轉(zhuǎn)(流量)條件下,各段的壓差達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)初期壓差的1.5倍;

b.各段的壓差達(dá)到各個(gè)反滲透元件的規(guī)格表記載的允許值;

c.標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)條件(相同壓力、溫度、回收率、濃度)下的產(chǎn)水量減少到初期的90%。

2.2 清洗工藝及工藝流程

根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)和對(duì)水質(zhì)的檢測(cè)分析得知,反滲透污染原因主要為水中的膠體、有機(jī)物,同時(shí)伴有少量的鈣鎂垢。因此,采用堿洗 酸洗相結(jié)合的反滲透化學(xué)清洗工藝。

本期工程的反滲透設(shè)備帶有一套清洗系統(tǒng),包括清洗水箱、清洗水泵、反滲透清洗保安過濾器、電加熱器及管路系統(tǒng),其清洗工藝流程見圖1。

圖1 反滲透系統(tǒng)清洗工藝流程

2.3 清洗藥劑及清洗液

2.3.1 清洗藥劑的配置

根據(jù)典型清洗工藝要求,選擇了清洗藥劑,其成分和配方見表1,高清洗溫度可以提高清洗效果,但是不能高于35℃,否則會(huì)加速膜的損壞。

2.3.2 清洗液量的計(jì)算

清洗液配置量可根據(jù)如下方法計(jì)算:

每支8英寸膜元件目標(biāo)清洗液量為80 L(清洗液越多效果越好)。清洗液主要在以下幾部分運(yùn)行:清洗箱、壓力容器和清洗管路系統(tǒng)。

表1 清洗藥劑的配置

2.4 清洗步驟

2.4.1 清洗前的沖洗

用反滲透產(chǎn)水或者除鹽水沖洗反滲透系統(tǒng),打開濃水排放閥及產(chǎn)水排放閥,并充分排氣,流量根據(jù)清洗泵而定,確認(rèn)壓力＜0.3 M Pa,直至濃水排放口電導(dǎo)率低于2倍進(jìn)水電導(dǎo)率。

2.4.2 堿洗

a.按照表1要求配置堿洗清洗液。

b.向系統(tǒng)注入清洗液。啟動(dòng)清洗水泵,流量控制在目標(biāo)值的一半(約25m3/h),壓力＜0.3 MPa,初期濃水出口的水排放,直至排放水pH值在2左右,將管路切換回流到清洗水箱,循環(huán)10 min,如果pH下降超過0.5,則補(bǔ)充NaOH,將pH維持在12左右。

c.低流量循環(huán)。維持上述清洗流量,待pH相對(duì)穩(wěn)定,循環(huán)15min,注意壓力＜0.3 M Pa。

d.高流量循環(huán)。將流量升高到50m3/h,循環(huán)1 h,注意壓力＜0.3 MPa。根據(jù)清洗液顏色的變化,酌情延長清洗時(shí)間。

e.浸泡。停泵關(guān)閉進(jìn)出水閥門,浸泡12 h。

f.循環(huán)沖洗。開啟清洗泵,使流量逐漸上升到50 m3/h,循環(huán)1 h,注意壓力＜0.3 MPa。循環(huán)過程中如果pH低于11.5,須及時(shí)補(bǔ)充NaOH,將pH值維持在12左右。

g.清水沖洗。排放清洗液,然后采用反滲透產(chǎn)水沖洗,壓力＜0.3MPa,至濃水電導(dǎo)率低于2倍進(jìn)水電導(dǎo)率。此時(shí)注意產(chǎn)水閥門要打開,防止背壓過高。

2.4.3 酸洗

a.按照表1要求配置酸洗清洗液。

b.向系統(tǒng)注入清洗液。啟動(dòng)清洗水泵,流量控制在目標(biāo)值的一半(約25 m3/h),注意壓力＜0.3 MPa,初期濃水出口的水排放,直至排放水pH值在4左右,將管路切換回流到清洗水箱,循環(huán)10 m in, pH若上升超過0.5以上,則補(bǔ)充檸檬酸將pH維持在4左右。

c.低流量循環(huán)。維持上述清洗流量,待pH相對(duì)穩(wěn)定,循環(huán)15min,注意壓力＜0.3 MPa。

d.高流量循環(huán)。將流量升高到50 m3/h,循環(huán)1 h,注意壓力＜0.3 MPa。根據(jù)清洗液顏色的變化,酌情延長清洗時(shí)間。

e.浸泡。停泵關(guān)閉進(jìn)出水閥門,浸泡12 h。

f.循環(huán)沖洗。開啟清洗泵,流量逐漸上升到50 m3/h,循環(huán)1 h,注意壓力＜0.3 MPa。循環(huán)過程中如果pH在4.5以上,須及時(shí)補(bǔ)充檸檬酸,將pH值維持在4左右。

g.清水沖洗。排放清洗液,然后采用反滲透產(chǎn)水沖洗,壓力＜0.3MPa,至濃水電導(dǎo)率低于2倍進(jìn)水電導(dǎo)率。此時(shí)注意產(chǎn)水閥門要打開,防止背壓過高。

2.5 清洗效果

清洗前后各組反滲透膜運(yùn)行參數(shù)對(duì)比見表2。經(jīng)過化學(xué)清洗后各組反滲透的進(jìn)水壓力明顯降低,段間壓差減小,產(chǎn)水流量提高25%以上,取得了良好的效果。

表2 反滲透系統(tǒng)清洗前后參數(shù)對(duì)比

續(xù)表2

3 結(jié)束語

反滲透膜的化學(xué)清洗是反滲透裝置運(yùn)行維護(hù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),它直接影響著反滲透膜的使用性能和使用壽命。西柏坡電廠采用堿洗-酸洗的復(fù)合清洗技術(shù),并配合殺菌處理,清洗過程中采用靜態(tài)浸泡與動(dòng)態(tài)循環(huán)交替的分段清洗方式,收到了很好的效果,保證了反滲透系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 阿默加德.反滲透:膜技術(shù)、水化學(xué)和工業(yè)應(yīng)用[M].殷 琦,華耀祖,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999.

[2] 何建軍.反滲透系統(tǒng)的污染及清洗[J].水處理技術(shù),2002,28 (5):299-301.

[3] 錢俊青,陳 銘.膜的氧化清洗再生方法的研究[J].膜科學(xué)與技術(shù),1998,18(3):58-61.