反滲透膜的污染預防及清洗方法

黃 艷 謝自彬 李曉峰

（1.太倉港協鑫發電有限公司，江蘇 太倉 215400；2.福建福清核電有限公司，福建 福清 350300）

1 反滲透系統簡介

本文以本電廠除鹽水系統采用反滲透預脫鹽加兩級除鹽系統，反滲透系統設計產品水出力為75m3／h，按一級二段10—5排列，每列共有壓力容器15個，每個壓力容器內裝有6根膜元件。系統設置兩段的目的是為了提高反滲透裝置的系統回收率，反滲透裝置的系統回收率設計值為75%，系統運行時反滲透裝置第一段的濃水進入第二段，進一步利用之后濃水排放，兩段的產品水匯合后送人淡水箱。反滲透作為水處理系統的預脫鹽系統，是一種十分有效的物理脫鹽過程，其良好的脫鹽性能，可極大地降低除鹽系統離子交換器的進水含鹽量，延長除鹽系統運行周期，減少再生次數從而減少再生過程中再生酸、堿廢液的排放量，符合生產與環境保護相協調發展。

該廠水源濁度較高且污染嚴重，海水倒灌的影響使進水水質波動大，反滲透裝置的預處理設備：加入NaClO的原水經澄清池、濾池等設備進行加藥混凝、澄清、過濾、殺菌等處理；多介質過濾器用于去除水中的懸浮物；活性炭過濾器進一步吸附掉有機物、余氯等物質。反滲透阻垢劑加藥系統，通過調整加藥泵的出力，確保以合適的劑量均勻加入到反滲透給水中，從而達到濃水側阻垢的目的；每套反滲透裝置前配備一保安過濾器，以進一步去除砂濾器出水中5μm及以上的顆粒，滿足反滲透的進水水質要求；高壓泵用于提供滿足反滲透系統設計出力所需動力。

2 反滲透污染的形成原因及污染種類

2.1 形成原因

反滲透膜污染形成的原因一般可以分為以下幾類：

（1）對流沉積：反滲透膜過濾是一個“錯流分離”過程，純水穿過膜孔，而含有各種污染粒子的濃水高速流過膜表面，膜對粒子的吸附叫“對流沉積”它是反滲透膜污染的主要原因。

（2）濃差極化：濃差極化會加快膜的污染。因為濃差極化造成鄰近膜表面溶質的濃度快速升高，引起邊界層流體阻力增加(或局部滲透壓增加)，導致傳質推動力下降，產生污垢沉積。

（3）截流物阻擋：截流物加快了膜的污染。例如，螺旋卷式膜及平面板式膜的料液流道間有一層塑料隔網，起支撐膜和增大湍流的作用，但同時也造成截流，污染物受隔網阻擋，迅速沉積下來。

2.2 污染種類

一般情況下，水中污染物有懸浮物、膠體、鐵(氧化鐵和亞鐵)、微生物、不易溶解的沉淀、結垢物(如碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、SiO2)、有機污染物等都易造成反滲透膜表面及內部的污染堵塞。根據污染物的種類現將反滲透膜的污染分為以下幾類：

2.2.1 懸浮固體、膠體和金屬的污染

反滲透膠體污堵是一種普遍現象，不管是地下水還是地表水，總含有鐵鋁膠體、硅膠體、有機質膠體 ，預處理時加入的混凝劑，助凝劑，阻垢劑等形成的膠體，這些都可能沉積在膜表面形成膠體污染。使系統壓差增加，產水量降低，脫鹽率下降,其中水中溶有的二價鐵、錳等還原性物質，還有系統中產生的金屬銹蝕物等遇有空氣或氯可能發生氧化和沉淀，而形成Fe(OH)3、MnO、重金屬氧化物等不溶性膠體和微細沉淀等，導致膜的氧化和堵塞，且很難恢復。

2.2.2 微生物污染

微生物污染是膜材料、流動參數（如溶解物，流動速度，壓力等）和微生物間復雜的相互作用的結果。微生物污染基本上是一個生物膜生長的問題。

微生物污染的主要來源是RO的進水。比如采用的具有大量微生物的地表水就必然產生微生物污染問題；另一方面預處理也可能是微生物污染源，如輔助除去懸浮物的絮凝劑過量，也給微生物提供了適宜的生長環境。

2.2.3 碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸錫、二氧化硅、氯化鈣等結垢物質的污染

反滲透膜運行時，鹽類的濃縮是反滲透膜結垢的主要原因，即濃水中它的濃度積超過了該條件下的溶度積，而又沒有采取合適的防垢措施則可能結垢，因此控制合適的進水條件(溫度、pH等)、降低系統的回收率和使用合適的阻垢劑可防止結垢物質的生成。當濃水中的SiO2過飽和則可能聚合形成不溶解的膠體硅或者硅膠而引起結垢，溫度、pH對SiO2溶解度影響較大，硅垢一旦形成非常難于去除，應嚴格控制系統回收率和進水溫度，采取有效的抑制措施防止硅垢的形成。

2.2.4 有機物的污染

反滲透給水中有機物不僅是微生物的營養物質，而且其含量高時可溶解膜材料，使膜性能劣化，造成膜污染。長江水中有機物數量龐大、種類繁多，尤其容易在反滲透膜上形成有機物污染。

3 反滲透膜污染的預防措施

防止反滲透膜污染的關鍵在反滲透進水的預處理控制，包括加酸、加殺菌劑，添加阻垢劑等。針對實際運行中出現的各種反滲透膜污染現象，可采取了多種相應的預防措施，現介紹如下：

3.1 懸浮固體、膠體和金屬的污染預防措施

由于該廠反滲透用水為長江地表水，水中懸浮物、膠體含量較多。這些物質容易在在膜表面及內部形成污染堵塞，使膜性能下降，并造成進水壓力升高、產水量下降。因此，必須采取適當的給水預處理措施，嚴格控制反滲透裝置的進水水質，以減少懸浮物和膠體對膜的污染。

針對原水的這個特性，該廠反滲透裝置設計并安裝的預處理設備為：多介質過濾器、活性炭過濾器。用于除去原水中的懸浮物和膠體，以滿足反滲透系統給水對SDI、濁度的要求；并能有效的去除進入反滲透NaClO，同時起到了保護反滲透膜的作用。再加上每24小時對過濾器的強制性的徹底反洗，完全保證了實際運行中SDI的監測數值均小于4。通過該廠反滲透預處理系統投運四年的實踐證明此套系統運行工況穩定、各項指標正常，完全可以滿足反滲透的進水水質要求，極大的減少了懸浮固體和膠體對膜的污染。

同時，除鐵、錳等的措施，一般采取氧化、曝氣、凝聚、澄清、過濾的方法，以防止膠態鐵、錳對膜的危害

3.2 微生物的污染預防措施

防止微生物污染的方法通常是采取有效的殺菌處理措施，有氯及NaClO、ClO2、KMnO4、H2O2、O3、紫外線照射等，控制重點是選取合適的殺菌劑，足夠長的接觸時間，根據不同的反滲透膜控制合適的殘余氯量,該廠采取的是在RO預處理中加NaClO，基本可以殺滅大部分微生物。再就是嚴格控制給水中的有機物含量(以總有機碳TOC表示不超過1.5mg)，抑制細菌的生長繁殖。最好同時注意監測反滲透系統各環節的水中細菌總數(TBC)以便有效的預防，當發現有微生物污染的癥狀時(壓差升高10%，產水量降低10%)應及時采取清洗措施以免污染加重。對于使用較多的加氯殺菌處理和選用聚酰胺復合膜元件的系統，必須保證進反滲透裝置給水中的殘余氯量在控制范圍內，以免膜受氧化。該廠現在采用加NaHSO3和通過活性炭過濾器進行脫氯。

3.3 碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸錫、二氧化硅、氯化鈣等結垢物質的污染預防措施

對于較易形成的碳酸鈣垢，早期的阻垢措施主要是采取加酸處理和加無機阻垢劑六偏磷酸鈉防垢，但六偏磷酸鈉對SiO2幾乎無阻垢作用，且在溶解箱中存在水解問題，不但影響其阻垢效果，轉化的正磷酸鹽不但是微生物的營養源，還可能生成磷酸鈣垢。且加六偏磷酸鈉系統易堵，加酸裝置的維護量大，操作環境差。采用有機復合阻垢劑一般比無機阻垢劑效果更好，使用也更簡便，該廠一期采用的進口有機復合阻垢劑，既可以減少加酸設備投資又可以降低運行成本、改善操作環境。在使用前針對進水水質進行了阻垢模擬試驗，在掌握了一定的試驗數據與合適的加入量的基礎上，并注意監測了濃水水質情況和反滲透裝置的運行情況。因為有些阻垢劑有時會與陽離子聚電解質或鋁鐵等陽離子反應生成粘膠狀沉淀，很難從膜元件中除去。若經濟性比較可行，對碳酸鹽硬度較高的水也可采用弱酸離子交換器加噴淋式脫碳器的處理方式作為反滲透的預處理，可有效預防碳酸鈣垢的形成。

3.4 有機物污染的預防措施

目前通常采用加入氧化劑(Cl2、NaClO、H2O2、KMnO4、O3)促使有機物氧化，并通過絮凝、澄清、沉淀、過濾除去，或用活性炭吸附有機物，從而保持水中總有機碳(TOC)不超過1.5mg／L。另外，通過試驗表明采用生物活性處理也可以有效去除有機物含量。

4 反滲透膜污染的清洗

4.1 清洗的必要性

即使反滲透進水水質符合要求，運行控制正常，反滲透膜也會逐漸被濃水中的無機物、微生物、金屬氫氧化物、膠體和不溶性有機物等所污染，當膜表面污染物累積到一定程度后，壓差逐漸升高，產水量和脫鹽率即會下降。

4.2 反滲透膜各類污染的清洗方法

反滲透膜清洗是一項技術要求很高的工作，首先，針對不同種類的膜污染，對污染物進行分析，然后再制定合適的化學清洗方案進行清洗。反滲透膜受到污染后，將會在各項運行參數上表現出來，可以根據運行參數的變化來判斷膜元件受到何類污染并采用何種處理方法。

清洗過程中應注意的事項:

通常須按特定的次序使用各種不同的清洗藥品進行清洗，以獲得最佳的清洗效果。比如首先使用低pH值的清洗液除去水垢一類的物質，然后使用一種高pH值的清洗液除去水垢一類的物質，然后使用一種高pH值的清洗液除去有機物。但有時也會首先使用高pH值的清洗液除去油類污垢，然后再使用一種低pH值的清洗液。有一些清洗液中還添加有洗滌劑，這將有助于清洗污染嚴重的生物和有機雜質。其他的清洗液添加有象EDTA之類的整合劑，這些整合劑有助于清除膠體、有機物、微生物雜質和硫酸鹽垢。必須記住的是選用不正確的清洗藥品或清洗步驟不正確可能會使污堵更嚴重。

在清洗復合膜時還有一些注意事項：

應首先了解所用清洗藥劑的物理、化學性質，掌握藥品的安全、使用及排放的知識。

在任何情況下都不讓帶有游離氯的水與復合膜元件接觸，如果發生這種接觸，將會造成膜元件性能下降，而且再也無法恢復。

1）清洗液流動方向必須和正常運行水流方向相同;

2）清洗液溫度保持在30一35℃，不允許超過40℃；

3）對于多段RO裝置，最好能夠分段清洗；

4）使用兩種以上清洗液時，必須徹底沖洗系統排盡第一次清洗液，方可再加入第二種清洗液。

5 結論

綜上所述，反滲透裝置是電廠除鹽水系統的重要裝置，要保證其良好的運行狀態，保證反滲透與預處理系統的正常而有效，就必須根據實際進水水質情況，進行全面水質分析,采用適當的預防措施防止反滲透膜的污染，并及時進行有效的化學清洗，有效得延長反滲透運行年限。