反滲透裝置有機(jī)物污堵后的離線清洗和處理措施

王緒文

摘 要：華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司水處理預(yù)處理系統(tǒng)采用超濾反滲透凈化工藝，系統(tǒng)運(yùn)行5年，反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)進(jìn)水壓力升高，壓差不變，出水量減少的現(xiàn)象，經(jīng)過多次試驗(yàn)分析，最終找出了反滲透污染的原因，經(jīng)過離線清洗，并制定了保證安全運(yùn)行的措施，徹底解決了困擾反滲透出水的問題。

關(guān)鍵詞：反滲透；進(jìn)水壓力；壓差；出水量；實(shí)驗(yàn)分析；措施

華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司水處理預(yù)處理系統(tǒng)采用超濾反滲透凈化工藝，系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)為：石灰混凝過濾處理后的礦井排水→清水箱→清水泵→精密過濾器（150um）→超濾裝置→凈水箱→凈水泵→活性炭過濾器→保安過濾器（5um）→高壓泵→反滲透→除碳器→淡水箱→淡水泵→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→3000m3除鹽水箱。其中反滲透裝置具體參數(shù)如下：設(shè)計(jì)2套反滲透裝置，膜元件采用美國DOW公司原裝進(jìn)口BW30-400低壓復(fù)合膜，設(shè)計(jì)出力：2×65t/h ，裝置回收率：75%；脫鹽率：≥98%。每套反滲透設(shè)備含12支6芯裝8英寸膜，膜組件排列方式為一級二段8∶4排列，共2×72支膜元件。阻垢劑一直采用廠家推薦美國ARGOMDC220阻垢劑（濃度：50～100%，加藥量：3.43mg/L），運(yùn)行中加酸（31%），配有在線清洗設(shè)備系統(tǒng)，該設(shè)備運(yùn)行5年，每年進(jìn)行一次在線保護(hù)性清洗方式。

2012年3月份，發(fā)現(xiàn)反滲透進(jìn)水所加阻垢劑配置箱內(nèi)有大量沉積不溶物，取樣送檢電科院證實(shí)阻垢劑質(zhì)量較之前有明顯變化，同時發(fā)現(xiàn)反滲透裝置進(jìn)水壓力逐步上升（由之前的1.14Mpa升至1.50Mpa），同時產(chǎn)水量也逐步下降（由之前的65噸/小時降至40噸/小時），截至2012年6月中旬，產(chǎn)水率下降約40%，進(jìn)水壓力上升至1.5Mpa左右，一二段壓差均無明顯增加，而此前運(yùn)行五年均沒有此類情況發(fā)生；如果系統(tǒng)保持目前的情況勉強(qiáng)運(yùn)行，可以預(yù)見系統(tǒng)的進(jìn)水壓力會進(jìn)一步升高，膜元件將會出現(xiàn)損壞以及膜殼結(jié)構(gòu)損害的危險。同時系統(tǒng)出力不足已經(jīng)影響到整個水處理系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

為了消除系統(tǒng)污堵問題，解決制水受限問題，新鄉(xiāng)公司于2012年5月對反滲透系統(tǒng)污堵問題進(jìn)行檢查分析并清洗、制定相關(guān)防范技術(shù)措施。

1 膜元件現(xiàn)場檢查和污染原因分析

1.1 膜元件污堵的現(xiàn)場檢查

一般而言，反滲透在正常運(yùn)行一段時間后，膜元件會受到給水中可能存在的懸浮物或難溶鹽的污染，這些污染中最常見的是碳酸鈣沉淀、硫酸鈣沉淀、金屬（鐵、錳、銅、鎳、鋁等）氧化物沉淀、硅沉積物、無機(jī)或有機(jī)沉積混合物、NOM天然有機(jī)物質(zhì)、合成有機(jī)物（如：阻垢劑/分散劑，陽離子聚合電解質(zhì)）、微生物（藻類、霉菌、真菌）等污染。

1）查閱 2012年2月-4月反滲透運(yùn)行參數(shù)報表，可以明顯看出進(jìn)水壓力增加和產(chǎn)水量減少的變化。

2）膜元件拆卸檢查：為了客觀準(zhǔn)確分析判斷膜元件污堵情況，先后兩次對反滲透膜元件進(jìn)行拆卸檢查，拆卸過程中發(fā)現(xiàn)，在反滲透一段進(jìn)口部分膜元件中發(fā)現(xiàn)少量的機(jī)械雜質(zhì)、焊渣、膠皮等雜質(zhì)，見圖1所示。但在后續(xù)部分膜元件中則較少見到這些物質(zhì)，其它部分反滲透膜從外觀上看，相對潔凈，可以判斷上述雜質(zhì)可能屬于基建階段施工所致。但兩次膜元件及保安過濾器的拆卸過程中均能聞到強(qiáng)烈的腥臭味，部分膜元件和反滲透膜殼內(nèi)壁觸摸有較滑。可以判斷反滲透膜存在微生物污染的可能性。

同時在對污染后的系統(tǒng)中膜元件的稱重檢測后發(fā)現(xiàn)，二段出口端膜元件重量達(dá)19公斤左右，較新膜高出4-5公斤左右；同時一段進(jìn)口端膜元件重量則為16公斤左右，可以推斷污染主要發(fā)生在二段，可以判斷膜元件的污染疑與阻垢劑質(zhì)量變化有較大的關(guān)系。

總體評價：以上外部觀察以及反滲透膜元件的產(chǎn)水量檢測反映出反滲透膜元件污染十分嚴(yán)重，屬于典型的重度污染

2 反滲透膜元件離線清洗

針對檢查情況，本次離線清洗范圍是#1、2反滲透裝置所有膜元件。

1）由清洗廠家將反滲透離線清洗設(shè)備、性能檢測設(shè)備發(fā)送至水處理現(xiàn)場，并將需要離線清洗的反滲透膜元件拆離系統(tǒng)。

2）反滲透膜元件性能測試：

a.單支膜元件單獨(dú)測試其各項(xiàng)性能指標(biāo)，包括：脫鹽率、產(chǎn)水量、壓差、重量等，并作好測試前記錄。

b.脫鹽率、產(chǎn)水量和壓差測試條件：2000ppm NaCl，225psi（1.55Mpa），25℃，pH=7.5，20%回收率。根據(jù)清洗前反滲透膜元件性能檢測結(jié)果，在遭受污染后，反滲透膜脫鹽率并沒有太大變化，但其產(chǎn)水量較正常水平下降了40%左右，平均產(chǎn)水量只有約0.85噸/小時（正常水平約1.5噸/小時左右）。但其脫鹽率還維持相對較好的水平。

3）采集運(yùn)行反滲透系統(tǒng)的各參數(shù)指標(biāo)，作好原始記錄。

4）根據(jù)用戶原水全分析報告、性能測試結(jié)果及所了解的系統(tǒng)信息判斷清洗流程。

5）準(zhǔn)備KY-410、KY-420、KY-430反滲透膜專用清洗劑。

6）準(zhǔn)備非氧化殺菌劑BSS881及清洗活性劑。

7）在反滲透專用清洗設(shè)備上用以上清洗劑結(jié)合物理處理清洗手段進(jìn)行試驗(yàn)性清洗，以選擇恰當(dāng)?shù)那逑磁浞胶颓逑闯绦颉?/p>

8）本次清洗選用了對提升產(chǎn)水量有效的多種清洗配方及方案，經(jīng)過第一遍酸性清洗劑、堿性清洗劑的聯(lián)合清洗之后，清洗溶液顏色變化明顯，由無色變化橘黃色，見圖2所示。

膜元件的平均產(chǎn)水量僅有15%左右的提高，脫鹽率和單支膜元件的壓差并沒有明顯的變化；結(jié)合清洗過程中對清洗液的分析和部分膜元件的清洗實(shí)踐，最終確定主要由KY430反滲透專用清洗劑為主對膜元件進(jìn)行清洗處理，并采用KY410和KY420配合使用。

經(jīng)過清洗，絕大部分的膜元件的產(chǎn)水量均恢復(fù)到了新膜的水平，脫鹽率水平保持較好。

9）對清洗后的膜元件進(jìn)入測試平臺進(jìn)行測試并作記錄，不符合要求的將重新送入清洗設(shè)備進(jìn)行處理。結(jié)果顯示，在以上測試條件下，單支膜元件出水量達(dá)到1.5噸/小時左右，清洗后部分反滲透膜的脫鹽率較清洗前略有提高，具體數(shù)據(jù)見附件1、2《反滲透膜元件清洗前后記錄》。

總體評價：單支反滲透膜元件的測試結(jié)果，本次清洗結(jié)果良好，單支膜元件的性能參數(shù)已基本達(dá)到新膜的水平。

3 反滲透膜污染原因分析

通過解體檢查和清洗結(jié)果可知，造成反滲透膜污染的原因可能存在以下幾方面的原因：

1）反滲透設(shè)備基建安裝至投運(yùn)過程中，來水或管路中存在的機(jī)械雜質(zhì)、焊渣、膠皮等污染物被帶入到反滲透裝置中，造成反滲透一段進(jìn)口部分膜元件的污染。

2）2012年3月份，發(fā)現(xiàn)反滲透進(jìn)水所加阻垢劑配置箱內(nèi)有大量沉積不溶物，取樣送檢電科院證實(shí)阻垢劑質(zhì)量較之前有明顯變化，同時發(fā)現(xiàn)反滲透裝置進(jìn)水壓力逐步上升（由之前的1.14Mpa升至1.50Mpa），同時產(chǎn)水量也逐步下降（由之前的65噸/小時降至40噸/小時），截至2012年6月中旬，產(chǎn)水率下降約40%，進(jìn)水壓力上升至1.5Mpa左右，一二段壓差均無明顯增加，而此前運(yùn)行五年均沒有此類情況發(fā)生；同時在對污染后的系統(tǒng)中膜元件的稱重檢測后發(fā)現(xiàn)，二段出口端膜元件重量達(dá)19公斤左右，較新膜高出4-5公斤左右；同時一段進(jìn)口端膜元件重量則為16公斤左右，由于污染主要發(fā)生在二段，可以判斷膜元件的污染疑與阻垢劑質(zhì)量變化沉淀物有較大的關(guān)系。

3）先后兩次膜元件及保安過濾器的拆卸過程中均能聞到強(qiáng)烈的腥臭味，部分膜元件和反滲透膜殼內(nèi)壁觸摸有較滑。一二段壓差均無明顯增加，可以判斷反滲透膜存在有機(jī)物微生物污染的可能性。

4）反滲透膜清洗過程中針對有機(jī)物、微生物清洗較為有效的KY430用量較大，且膜元件清洗過程中清洗液顏色有所加深，由此可以判斷反滲透膜存在微生物污染的可能性；同樣在保安過濾器更換濾芯和反滲透膜元件更換過程中發(fā)現(xiàn)，殘存在系統(tǒng)中的水中有刺鼻的腥臭味，同樣能證實(shí)系統(tǒng)確實(shí)存在微生物污染問題。

5）反滲透膜元件清洗過程性能恢復(fù)比較困難，需要花費(fèi)相當(dāng)長的時間來進(jìn)行處理，同時#1反滲透離線清洗前曾進(jìn)行了3天的在線清洗工作，清洗后水量有所恢復(fù)，但膜元件的重量并沒有明顯變化，在線清洗并沒有徹底清除污染物，表明污染物附著在膜表面較為牢固。

4 反滲透膜運(yùn)行保養(yǎng)建議

為使清洗后系統(tǒng)性能穩(wěn)定，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，新鄉(xiāng)公司從以下幾個方面進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備及運(yùn)行操作改進(jìn)：

1）鑒于美國ARGOMDC220阻垢劑質(zhì)量變化，導(dǎo)致有機(jī)物沉淀污堵膜元件，無法滿足現(xiàn)場使用，在咨詢膜廠家后，決定停用ARGOMDC220阻垢劑，更換使用美國清力阻垢劑PTP-0100，加藥量為4.0ppm，同時立即清洗阻垢劑配藥系統(tǒng)和管道，重新制定加藥方案，及時添加。

2）鑒于反滲透一段進(jìn)口的機(jī)械雜質(zhì)為基建施工階段遺留問題，后期發(fā)生的可能性較小，為了消除可能還存在的雜質(zhì)，對保安過濾器進(jìn)出口管路解體檢查沖洗，更換保安過濾器新濾芯并保證濾芯的安裝、密封到位。

3）因反滲透設(shè)備經(jīng)常停運(yùn)，間斷運(yùn)行，存在滋生有機(jī)物的可能。規(guī)定在設(shè)備停運(yùn)后，反滲透裝置啟動前，將清水箱、超濾水箱的存水排空（上一次停運(yùn)時盡可能保證低水位，以節(jié)約部分用水），并用新鮮水沖洗管路10～20分鐘后，再啟動投運(yùn)反滲透裝置。

4）金屬氧化物、濃鹽水或其它污染物附著在膜表面，長期存在會使其附著能力加強(qiáng)，會增加反滲透膜清洗的難度，為了消除這方面的影響，繼續(xù)執(zhí)行每天10分鐘的反滲透裝置低壓沖洗定期工作，避免長期停運(yùn)而得不到?jīng)_洗（反滲透進(jìn)水沖洗時，不能啟動阻垢劑加藥泵）。

5）微生物的污染在反滲透水處理系統(tǒng)中普遍存在，特別是夏季有機(jī)物含量較多的情況下，微生物污染的速度越快，在夏季投運(yùn)殺菌劑殺菌處理。

6）繼續(xù)執(zhí)行反滲透運(yùn)行加酸，維持反滲透進(jìn)水PH4.5～5.5。

7）當(dāng)5um進(jìn)出水壓差大于0.1Mpa時，及時更換新濾芯。

8）反滲透膜組在長期運(yùn)行后，不可避免會受到長期的微量鹽分結(jié)垢和有機(jī)物的累積，而造成膜組件性能的下降，當(dāng)出現(xiàn)以下任一情況時。必須進(jìn)行化學(xué)清洗，以恢復(fù)其正常的除鹽能力。

a.在正常給水壓力下，產(chǎn)水量較正常值下降10-15%；

b.為維持正常的產(chǎn)水量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加10～15%；

c.產(chǎn)水水質(zhì)降低10-15%，透鹽率增加10～15%；

d.系統(tǒng)各段之間的壓差明顯增加10～15%。

9）保證反滲透進(jìn)水水質(zhì)條件符合規(guī)定要求：

最大操作壓力：1.6MPa；

最高操作溫度：45℃；

余氯耐受性：小于0.1ppm；

pH耐受范圍：連續(xù)運(yùn)行：2～11；短時間清洗：1～12；

最大進(jìn)水濁度：小于1；

最大進(jìn)水SDI：小于5；

單只膜殼最大壓差：0.35MPa；

單只膜芯最高水回收率：小于15%。

5 結(jié)語

華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司反滲透單支膜元件，經(jīng)過詳細(xì)分析論證，通過清洗模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行離線清洗，單支膜元件的性能參數(shù)已基本達(dá)到新膜的水平，系統(tǒng)啟動后運(yùn)行良好，通過更換阻垢劑，制定運(yùn)行維護(hù)防范措施，保證了反滲透預(yù)處理裝置的正常運(yùn)行。