谈反渗膜污染的常见问题及控制措施和清洗技术(杨瑞清科协论文)

1、 谈反渗膜污染的常见问题及控制措施和清洗技术单位：发电生产部化学甲班 姓名：杨瑞清 2011 年 12 月 12 日 摘要：反渗透系统在日常的运行中，难免会出现系统的无机物结垢、胶体颗粒物的沉积、微生物的滋生、化学污染以及其它问题，这些因素影响着系统安全稳定的运行，一旦出现问题应如何处理？如果出现问题处理不及时就会严重的影响安全稳定生产。下面主要阐述膜系统在日常中出现的问题及控制方法以及清洗方法。我们从以下几个方面来对反渗的相关情况进行分析：一、反渗透水处理原理；二、反渗透系统工艺；三、 反渗透污染常见问题；四、反渗透膜清洗技术。关键词：反渗透水处理原理；反渗透系统工艺； 反渗透污染常见问题；

2、反渗透膜清洗技术。正文：反渗透是膜处理设备，对前置水处理设备的要求都比较高，它既怕悬浮物，又怕微生物和胶体物质还会有无机盐结垢等问题，由于在产水的过程中，在压力的作用下，淡水反渗浓水侧的水向淡水侧渗透，这部分水大约占75%，25%的浓水留在浓水侧，由浓水管排走，这部分水中的含盐量，示范深入口水的含盐量的4倍，很容易结垢，另外，反渗入口水中的微量的悬浮物、胶体、细菌、有机物等杂质的浓度，也同样增加4倍，容易在反渗膜表面沉积，如果反渗入口水带入的杂质、盐分较多就更容易在反渗膜表面沉积和结垢；这就对我们前置水处理设备提出了更高的要求，特别是向我公司现在使用的水源是发电机机组的循环冷却水，循环水的补水

3、水源是中水，水中的有机物、微生物、细菌、胶体物质、和无机盐类的含量度比较高，给我们的水处理工作带来了很多问题，如解决不好，会给我们的安全生产工作造成很大的影响，一方面会影响向机组正常供水，另一方面也可造成反渗设备因污染而损坏，增加更多的设备成本，从而，降低制水的经济性；我们的反渗产水肩负着两项任务，一项是制备一、二除盐水的前置水源，另一项是向水塔提供低含盐量的水，降低循环水的浓缩倍率；这两项任务度比较任务艰巨，我们公司在未向首钢供汽、供热时期，机组和热网的补水水量相对较少一些，对我们化学运设备的压力不算太大；可随着向北京市供热面积的扩大，特别是从去年向首钢供汽、供热以来，我们的水处理设备几乎全

4、部投入运行，很少有备用容量，这就对我们水处理设备，特别是反渗透装置的运行维护，防反渗膜污染，以及翻身的化学清洗提出了新的更高要求，设备运行周期长，清洗时间要短，效果还要好。下面我就从反渗透的水处理原理和工艺以及防止反渗膜污染和清洗方面谈谈我的认识和想法。一、反渗透水处理原理1 、 当把两种不同浓度的溶液分别置于半透膜的两侧时，在膜的浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，此时浓溶液中的水将流入淡水侧，这种现象叫做反渗透。2 、 反渗透膜主要除去水中溶解盐类、有机物、胶体、大分子物质及预处理未除去的颗粒物等。3 、 反渗透入口水中的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-、Si

5、O2等具有结垢倾向的离子浓度积一般都小于其平衡常数，所以不会有结垢出现，但经浓缩后的浓水的各种离子浓度将成倍增加，各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数，因此会产生严重的结垢。判断不结垢的标准是： 对于碳酸盐垢以朗格利尔指数(LSI)为基准；当LSI<0时不结垢，LSI>0时结垢； 对于硫酸盐垢是以饱和指数来确定的，水中阳、阴离子的浓度积与饱和平衡常数的比值即为饱和指数。当饱和指数小于1时不结垢，反之就会出现结垢。4 反渗透的工作过程是原水在膜的一侧从一端流向另一端，水分子透过膜表面，从原水侧到达另一侧，而无机盐离子就留在原来的一侧。随着原水的流程逐渐增长，水分子不断从原水中渗透

6、到另一侧，留在原水中的含盐量逐步增大，即原水逐步得到浓缩，而最终成为浓水，从装置中排出。5、 反渗透设备是采用膜分离技术来去除水中的离子、有机物及微细悬浮物(细菌胶体微粒)，以达到水的脱盐纯化目的。二、我公司反渗透系统工艺1、 反渗透水处理系统有4套反渗透装置，包括1号3号超滤出水箱、1号4号超滤出水泵、1号4号精密过滤器、1号4号反渗透给水泵、1号4号膜本体、一套化学清洗装置。每套反渗透包括下列单元设备：超滤出水泵、5m精密过滤器、给水泵、反渗透膜装置。反渗透清洗系统、冲洗系统和阻垢剂、盐酸、还原剂等加药系统为4台反渗透公用系统。2、 反渗透系统的流程是：超滤出水箱超滤出水泵 5µ

7、m精密过滤器反渗透给水泵膜本体淡水箱。3、 1号2号反渗透一级二段，各有18个压力容器，以12×6排列，每个压力容器有6个复合卷式反渗透膜，膜元件共108支；3号4号反渗透一级二段，各有32个压力容器，以22×10排列，膜元件共192支。膜型选用美国陶式公司生产的BW30-365FR膜元件。4、 反渗透给水泵入口设置5m精密过滤器，作用是截留原水带来的大于5m的颗粒，以防止其进入反渗透系统。1号、2号反渗透各有两个的精密过滤器并联，每个精密过滤器内装30支滤芯，3号、4号反渗透各一个精密过滤器，每个精密过滤器内装90支滤芯，滤芯长40英寸的均孔、PP喷熔，采用上下定位方式。

8、滤元为可更换卡式滤棒，当过滤器进出口压差大于设定的值时，应当更换，其正常的使用寿命为34个月。精密过滤器采用耐腐蚀的304不锈钢材质外壳。6 、 NaHSO3(亚硫酸氢钠)加药系统的作用是还原水中的游离氯，防止游离氯氧化反渗透膜。根据ORP表还原电位来调整还原剂的加药量。7 、 阻垢剂加药系统的作用是在经过超滤处理后的原水进入反渗透系统之前，加入高效率的专用阻垢剂，以防止反渗透浓水侧产生结垢。它可以提高水中的难溶物质的饱和度。8 、 盐酸加药系统是用来调整给水的pH，由于系统进水的硬度、碱度和pH值较高，在向水中投加适量盐酸，使反渗透进水的pH值降至6.3左右，有效防止反渗透系统的结垢趋势。9

9、 、 反渗透经过长期使用后，反渗透膜表面仍会受到结垢的污染。因此反渗透需要定期清洗，清洗的作用是根据反渗膜运行污染的情况，配制一定浓度的特定清洗溶液，清除反渗透膜中的污染物质，以恢复膜的原有特性。1号2号反渗透共用一台清洗水泵，3号4号反渗透共用一台清洗水泵，1-4号反渗透共用一台5清洗过滤器，1号4号反渗透共用清洗水箱。10 、 反渗透停用进行冲洗，主要作用是用反渗透产水置换反渗透停运后膜中滞留的浓水，防止浓水侧亚稳态的结垢物质出现结垢，以保护反渗透膜。11 、 为了防止反渗透产水侧误操作，在反渗透产水端设置爆破装置，在超高压的情况下自然爆破泄压。12 、 当反渗透投入运行时，为了防止给水泵

10、突然起动升压产生对膜元件的高压冲击，破坏反渗透膜，在给水泵出口至反渗透膜组件之间设置1个慢开电动阀门，由可编程序控制器(PLC)控制缓慢打开阀门，使膜元件逐渐升压至一定的压力。 三、 反渗透污染常见问题（一）、无机物的结垢在水中存在Ca2、Mg2、Ba2、Sr2、CO32、SO42、PO43、SiO2等离子。在一般的情况下是不会造成无机物结垢，但是在反渗透系统中，由于源水一般浓缩4倍，并且pH也有较大的提高，因此比较难溶解的物质就会沉积，在膜表面形成硬垢，导致系统压力升高、产水量下降，严重的还会造成膜表面的损伤，使系统脱盐率降低。在防止无机盐结垢方面，我们在运行中主要通过在反渗透入口侧加入一定

11、量的阻垢剂和调整反渗透浓水排放量以达到防垢的目的，如果仍然有结垢，就要通过清洗的方法来解决。（二）、胶体、颗粒物沉积胶体、颗粒物污染是比较常见的反渗透系统污染。水中大量存在粘泥、胶体硅、金属的氧化物及有机质等颗粒物，在反渗透系统预处理中可以将源水中的这些污染源控制在一定程度，不致使对系统短期运行造成一定的影响。但由于系统长时间的运行预处理效果不理想、预处理反冲洗不彻底、操作人员的日常检修、运行操作不到位等原因，都会造成系统胶体、颗粒物的污染。针对胶体污染，通过污染指数（SDI）来衡量。SDI数值反应了在规定时间内，孔径为0.45µm测试膜片被测试给水中的悬浮物、胶体、黏土、硅胶体、铁

12、的氧化物、腐植质、细菌、有机物等污染物堵塞的比率和污染程度。 测试如下：首先应充分排除过滤池中的空气压力，使给水以30psi 的恒定压力通过直径为 47mm 、孔径为0.45µm的测试滤膜后开始测定：首先测定开始通过滤膜的500毫升水所需要的时间T0；在使水连续通过滤膜15分钟（T）后，再次测得通过滤膜的500毫升水所需要的时间T1；在取得以上3个时间数据之后，由此可以计算出该水源的SDI值：即 SDI=(1-T0 /T1)×100/T在实际中，当T1为T0的四倍时，SDI为5；在SDI为6.7时，水会完全堵塞测试膜，而无法取得时间数据T1，在这种情况下需要对反渗透预处理系

13、统进行调整，使其SDI值降至5.0以下。SDI值不能反应完全反渗透系统的污堵情况，因为SDI仪测试是死端过滤，而反渗透系统是错流过滤。为了防止反渗透系统胶体污染，我们要求进水SDI值小于5（最好是小于3），这样有利于系统长期安全运行。降低反渗透进水胶体、颗粒物污染最有效的方法：合适的预处理（锰砂过滤、多介质过滤、活性炭过滤、超滤、微滤等等）；我公司采用的是澄清池、多介质过滤器、盘式过滤器、超滤。添加胶体分散剂；系统预防性的清洗；（三）、微生物的污染循环水（再生水或中水）一般通过控制余氯来抑制微生物的滋生，但是余氯有较强的氧化性，它能使反渗透膜表面氧化，影响膜的寿命和产水水质，因此反渗透系统运行

14、对余氯要求非常严格（<0.1mg/L），这给微生物的生存繁殖提供了有利的环境。微生物生长及排泄出的酸性粘泥会堵塞膜的微孔，致使压差上升，给系统的安全运行埋下了严重的安全隐患。微生物的污染也是最常见的污染，经过大量的元件解剖及污染物分析实验，大多数污染是由微生物的繁殖引起的。微生物污染过程主要有以下阶段：第一阶段腐殖质、聚糖至于其他微生物代谢产物等大分子在膜面上的吸附，形成具备微生物生存条件的生物膜；第二阶段进水微生物中黏附速度快的细胞形成初期黏附过程（生物膜生长缓慢）；第三阶段后续大量菌种的黏附，特别是EPS（细胞聚合物。它黏附在膜面上的细胞体包裹起来，形成黏度很大的水和凝胶层，进一步增

15、强了污垢和膜的结合力）的形成，加剧了微生物的繁殖和群聚；第四阶段生物污染的最终形成阶段，生物膜的生长和脱除达到平衡。造成膜的不可逆的堵塞使过滤阻力上升，膜通量下降。抑制反渗透系统微生物繁殖的方法：反渗透进水微生物的控制。通过源水的菌藻控制（一般通过控制余氯），尽量减少预处理的死角，防止微生物繁殖；反渗透系统微生物控制。通过连续式或间歇式加入非氧化性且对膜没有影响的杀菌剂，可以有效地控制和杀死反渗透系统滋生的微生物，再通过浓水将其带出系统。我们公司采用的是向循环水水塔中定期（每周）加入氯锭对循环水水源进行冲击式杀菌和去除有机物，然后在化学预处理及进入澄清池前加入次氯酸钠杀菌。（四）、化学污染化学

16、污染是指进水中某些物质与膜面发生化学反应，从而引起沉积、沉淀以及膜表面的非常规老化，使膜表面发生污染或使膜的性能变差。常见的情况有：预处理时絮凝剂选用不当；运行时阻垢剂的选用不当；清洗时清洗药剂选用不当；预处理控制不严格，致使进水中带入对膜有危害的物质（如：余氯的超标导致膜面活性层的氧化）。化学污染处理主要从系统预处理的完善及操作人员技术水平的提高来进行预防，污染一旦产生很难清洗或者很难使膜的性能恢复除了上述几种常见的问题，我们也会碰到沙砾、活性进入膜系统造成膜的划伤，这些主要是预处理的缺陷或者操作的失误造成，这些也应该引起足够的重视。四、反渗透膜清洗技术无论反渗透前采用何种处理，只是对延长反

17、渗透清洗时间，减少反渗透的污染和损坏情况发生，并不能达到反渗透永不清洗的目的；反渗透系统最终是需要进行清洗的，在我们的RO系统表现出污染的倾向、长时间停运之前、或按计划进行常规保养时，要及时清洗RO系统。当出现下列污染特征（标准化后产水量下降10-15%，标准化后产水水质下降10-15%，或者给水与浓水间的压降增加10-15%）时，表明我们的RO系统需要清洗了。由于RO系统出现污垢而需要清洗的频率随地点的不同而不同。一般习惯上可接受的清洗频率是3至12个月一次。如果每个月我们不得不清洗一次以上，我们就应该改善RO的预处理系统，调整RO系统的运行参数，如果每1-3个月需要清洗一次，则需要在提高当

18、前设备的运行水平上做工作，但是否需要改进预处理系统较难判断。在RO设计中通常会忽视使用RO产品水冲洗系统中的污垢，采用该法可减少RO的清洗次数。在设备停运期间用产品水浸泡RO膜组件有助于溶解垢和松散沉积物，因此降低化学清洗频度。我们过去也采用过12小时用淡水冲洗一次，那时一般在两到三个月清洗一次；我们现在采用的是8小时用淡水冲洗一次，一般清洗时间都在三个月以上。污垢所处的地点不同，所需要清洗掉的污垢物的方法也不同。但往往同一位置存在的污染物不止一种，因此使问题复杂化，常见的污染物种类有：碳酸钙垢硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢铁、锰、铝等的金属氧化物二氧化硅胶状沉积物（无机或无机/有机混合物）自然或合

19、成有机物生物质（生物污泥、霉菌或真菌）有许多因素与选择合适的清洗化学药品和正确的清洗方法有关。在我们新装反渗透或更换膜后初次进行清洗时，应多与设备制造商、RO膜组件制造商、RO系统专用药品供应商联系。一旦辨明污染物种类后，可以采用一种或多种清洗药品。这些药品可能是常规的，也可能是专用清洗液，这种专用清洗液可能更贵一些，但是使用时会更简便，并且这些公司还具有提供技术支持的优点。还有一些公司可能提供更有价值的服务；他们把从我们的系统中取出的膜组件带回进行进行试验，从而选择正确的清洗药品和方法。通常需按特定的次序使用各种不同的清洗药品进行清洗，以获得最佳的清洗效果。比如首先使用低PH值的清洗液除去水

20、垢一类的物质，然后使用一种高PH值的清洗液除去有机物。但是有时也会首先使用高PH值的清洗液除去油类污垢，然后再使用一种低PH值的清洗液。有一些清洗液中还添加有洗涤剂，这将有助于清除污染严重的生物和有机杂质。其它的清洗液添加有象EDTA之类的螯合剂，这些螯合剂有助于清除胶体、有机物、生物杂质和硫酸盐垢。必须注意的是选用不正确的清洗药品或清洗步骤不正确时，可能会使污堵更严重。在选择清洗药品和使用复合聚酰胺膜时有一些注意事项：1.遵守制造商建议的药品选择清单、剂量、PH值、温度和接触时间。2.使用侵蚀性最小的药品完成清洗工作。这样做会延长膜的使用寿命。3.在调节PH值时，一定要审慎以延长膜的使用寿命

21、。药品侵蚀性较小的PH值范围是4至10，允许的最大PH值范围是2至12。4.酸和碱不要混合。在加入下一种溶液之前，彻底冲洗系统以排尽上一次的清洗液。5.用高PH值的产水冲洗出洗涤剂。6.确认遵守正确的清洗液处理要求。如果系统发生了微生物污染，应该在清洗成功之后再加入杀菌剂。杀菌剂可在清洗后立即加入，或定期地（比如一星期一次）或在运行期间连续地加入系统中，但是我们必须确保杀菌剂和膜是相容的、不会影响健康、能有效地控制生物活性，并且费用不会太高。只有设计了好的清洗系统才能保证清洗的成功，通常并不是使用固定管路来与反渗透本体连接，而是使用临时软管做为连接管路。在清洗多段RO时建议每次只清洗一段以提高

22、横向清洗流速。用于配制清洗液和冲洗系统的水源应是RO产品水、去离子水或者至少是软水，系统中的所有部件应该是耐腐蚀的。清洗系统的主要部件有：RO清洗箱：清洗箱的大小要求能容纳从软管、管道和压力容器中排出的水；该清洗箱应设计成能100%排空；容易添加和混合清洗药品；在RO清洗泵出口设计有再循环管，有透气孔，溢流管和一根位于底部附近的回流管，从而可保证在使用表面活性剂时不易生成泡沫。RO清洗泵：在设计清洗泵时应考虑可提供适当的横向流速以利于将膜清洗干净。RO清洗用保安过滤器：通常采用孔径为5至10微米的过滤器以除去清洗出来的污垢。RO清洗箱加热器或冷却器：清洗的最佳温度是35至45。应注意在再循环期

23、间RO清洗泵会产生热量。我们公司清洗温度28-32，一般控制在30。RO清洗箱混合器：尽管一些设计者设计时考虑仅仅通过使用RO清洗泵循环回流并缓慢加入药品的方法来配制药液，但我还是认为使用混合器以使药液配制更加均匀。仪器仪表：清洗系统仪器仪表应包括流量表、温度表、压力表和清洗箱液位表。取样点：应在RO清洗泵出口和浓水侧循环回流管上加装取样阀从而可测得PH值和TDS值。产水侧回流管：在清洗过程中，可能会有少量的清洗液透过膜元件，因此在产水侧安装一根回流管。RO清洗步骤可能会根据情况的不同而变化。每段清洗所需的时间为1至8小时，基本的清洗步骤是：1.用给水或产品水进行低压冲洗，以除去设备运行时的浓

24、水和污染物。2.按制造商的说明配制清洗液。3.将清洗液加入到第一段中并保持60分钟，此时你可能需要调节流量以使流量缓慢增加，防止清除出来的污染物将给水通道堵塞。在将清洗液回流到RO清洗箱之前应排放掉从系统中顶出的水和刚开始的20%的清洗液。当PH值变化超过0.5单位时，重新调到目标值。4.可选择浸泡和再循环步骤。浸泡时间为1小时至一夜，视制造商的建议而定。但是应该注意保持正确的温度和PH值，而且这也会增加膜与清洗药品的接触时间。5.用产品水进行低压冲洗，以除去在清洗系统和反渗透系统中的所有残存药品。6.一旦某套设备的所有各段均清洗完成后，该RO装置可以重新投入运行。通常RO的产水水质要用数小时甚至几天的时间才能稳定下来，尤其是在经过高