反渗透膜污染分析及对策探讨

摘要：以大庆中蓝石化有限公司化学水处理3套共计600m3/h反渗透装置的运行情况为实例,分析了反渗透过程中膜污染及主要解决办法，探讨了通过加强运行管理、提高预处理能力、化学药剂等措施,提出了反渗透装置高质量运行的有效办法。

关键词：反渗透；浓差极化；膜污染；清洗

作者简介：夏文前（1979―），男,山东青岛人,工程师，主要从事环境监测工作。

中图分类号：TM621

文献标识码：A

文章编号：16749944(2011)10013502

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1 反渗透膜污染成因分析

反渗透是最精密的膜法液体分离技术。大庆中蓝石化有限公司化学水处理工段反渗透装置,在脱盐工艺中已成功运行12年。笔者总结出反渗了透膜污染的几点原因,并提出几点主要的解决办法。大庆中蓝石化有限公司使用的反渗透膜为卷式复合结构,由3层组成,如图1所示。

1.聚酯材料增强无纺布层,厚约120μm;2.聚砜材料多孔中间支撑层,厚约40μm;3.聚酰胺材料超薄分离层,厚约0.2μm。

1.1 反渗透膜膜性能损坏造成膜污染

根据其性能结构,如渗透膜膜性能损坏有可能有以下几点原因:新反渗透膜的保养不规范;保养符合要求下,贮存时间超出1年;停运状态下,反渗透膜保养不规范;环境温度在5℃以下;系统在高压状态下运行;关机时的操作不当。

1.2 水质变化频繁造成膜污染

原水水质同设计时的水质有变化,使预处理负荷加大,由于进水中含无机物、有机物、微生物、粒状物和胶体等杂质增多,因此膜污染机率增大。

1.3 清洗方法不正确造成膜污染

在使用过程中,反渗透膜除了性能的正常衰减外,清洗不及时与清洗方法不正确也是导致膜污染严重的一个重要因素。

1.4 没有正确投加药剂

复合聚酰胺膜在使用中,因为聚酰胺膜耐余氯性差,在使用中没有正确投加氯等消毒剂,加上用户对微生物的预防重视不够,容易导致微生物的污染。

1.5 膜表面磨损

膜元件被异物堵塞或膜表面受到磨损(如沙粒等),此种情况要用探测法探测系统内元件,找到已经损坏元件,改造预处理,更换膜元件。

2 反渗透膜污染的现象

(1)生物污堵(症状逐渐出现)有机沉积物主要是活的或死的微生物、碳氢化合物衍生物、天然有机聚合体以及所有含碳物质。最初表现为脱盐率上升、压降升高和产水降低。

(2)胶体污堵(症状逐渐出现)膜分离过程中,金属离子的浓缩及溶液pH值的变化,都有可能是金属氢氧化物(主要以Fe(OH)3为代表)沉积,造成污堵。最初表现为脱盐率的轻微降低,并逐步增大,最后压降升高和产水降低。

(3)颗粒物污堵反渗透系统在运行过程中,如果保安过滤器出现问题,会导致颗粒物进入系统,造成膜的颗粒物污堵。最初表现为浓水流速增加,脱盐率在初期变化不大,产水量逐渐降低,系统压降升高很快。最后常见的还有化学结垢(症状很快出现)当给水含有较高的Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO2-3、SO2-4等离子时,会产生CaCO3、CaSO4、MgCO3等垢沉积在膜表面上。其表现为脱盐率下降,特别在最后一段十分明显,以及产水量下降。

膜污染是导致膜渗透流量下降的主要原因。包括膜的孔道和大分子溶质堵塞引起膜过滤阻力增加，溶质在孔内壁吸附，膜面形成凝胶层增加传质阻力。组分在膜孔中沉积,将造成膜孔减小甚至堵塞,实际上减小了膜的有效面积。组分在膜表面沉积形成的污染层所产生的额外阻力可能远大于膜本身的阻力,而使渗透流量与膜本身的渗透性无关[1~3]。这种影响是不可逆的,污染程度同膜材料、保留液中溶剂以及大分子溶质的浓度、性质、溶液的pH值、离子强度、电荷组成、温度和操作压力等有关,污染严重时能使膜通量下降80%以上。

3 反渗透膜污染解决办法

3.1 完善预处理

对于每一套膜装置,人们都希望它最大限度的发挥作用,希望有最高的脱盐率,最大的透水量和尽可能长的寿命,要达到上述3点,供水水质是至关重要的。因此进入膜装置的原水必须有良好的预处理，合理的预处理对反渗透装置长期安全运行十分重要。有了满足反渗透进水水质要求的预处理,就可以确保产水流量维持稳定，脱盐率维持在某一值上的时间长，产品水回收率可以不变，运行费用达到最低，膜使用寿命较长等。具体来说,反渗透预处理是为了做到防止膜表面上污染,即防止悬浮杂质、微生物、胶体物质等附着在膜表面上或污堵膜元件水流通道；防止膜表面上结垢。反渗透装置运行中,由于水的浓缩,有一些难溶盐沉积在膜表面上,因此要防止这些难溶盐的生成；确保膜免受机械和化学损伤,以使膜有良好的性能和足够长的使用时间。

3.2 对膜进行清洗

3.2.1 清洗的原则

了解当地水质特征,对污染物进行化学分析,通过结果分析,选择最佳的清洗剂和清洗方法,为特定的给水条件下找出最佳方法提供依据。

3.2.2 清洗条件

产品水量比正常时下降5%~10%。为保证产品水量,修正温度后的供水压力增加10%~15%。透过水质电导率(含盐量增加)增加5%~10%。多段RO系统,通过不同段的压降明显增加。

3.2.3 清洗方法

先进行系统反冲，再进行负压清洗。有必要的情况下进行机械清洗，再进行化学清洗，有条件的可以超声清洗。在线电场清洗是一种很好的方法,但价格昂贵。由于化学清洗效果比较好,其余方法有些不容易实现,同时各供应商提供的药剂虽名称及使用方法虽不尽相同,但其原理大致相同，因此化学清洗较为常用。如大庆中蓝石化有限公司现使用膜清洗剂MC2、MA10，清洗步骤如下:清洗单段系统，配置清洗液，低流量输入清洗液，循环，浸泡，高流量水泵循环，冲洗，重启系统。针对特殊污染物清洗应清洗硫酸盐垢、清洗碳酸盐垢、清洗铁锰污染、清洗有机物污染等。

3.3 对膜进行适宜保养

3.3.1 系统短期内停运

停运前,先对系统进行低压(0.2~0.4MPa),大流量(约等于系统的产水量)冲洗,时间为14~16min,保持平常的自然水流,让水流入浓水道。

3.3.2 系统停运一周以上

停运前,先对系统进行低压(0.2~0.4MPa),大流量(约等于系统的产水量)冲洗,时间为14~16min,按照反渗透系统操作说明书中有关系统化学清洗的方法进行化学清洗。化学清洗完毕后,冲洗干净反渗透膜，配制0.5%的福尔马林溶液,低压输入系统内,循环10min，关闭所有系统的阀门,进行封存。如系统停运10d以上,则每10d须更换1次福尔马林溶液。

3.3.3 环境温度在5℃以下

停运前,先对系统进行低压(0.2~0.4MPa),大流量(约等于系统的产水量)冲洗,时间为14~16min，在有条件的地方,可将环境温度升高到5℃以上,然后上述方法，进行系统保养。若无条件对环境温度进行升高,则采用低压(0.1MPa),流量为系统产水量的1/3的水进行长流,以防止反渗透膜被冻坏,并且保证每天使系统运行2h。对反渗透膜进行清洗后,将反渗透膜取出,移至环境温度大于5℃的地方,浸泡在配制好的0.5%的福尔马林溶液中,每2d翻转1次,系统管道中的水应排放干净,以防止因结冰而造成系统的损坏。

3.4 避免膜在高压下运行

系统在启停时有残余气体存留,使系统在高压状态下运行。系统中过滤器前后的压力表用于监视滤芯的压降,初级及终级压力表则用于监视RO膜组件压降。调节进水阀及浓水阀以保证运行压力及回收率。若运行中产水流量或总流量下降,或初级与中级有压差比运行初期的压差增加较大时(以初始运行新反渗透膜组件数据为标准),则需对系统进行冲洗或清洗,以保证膜组件的性能安全全。

(1)设备排空后,重新运行时,气体没有排尽就快速升压运行。应在系统的压力下将余下的空气排尽后,再逐步升压运行。

(2)在预处理设备与高压泵之间的接头密封不好或漏水时(尤其是微米过滤器及其后的管路漏水)当预处理供水不足时,如微米过滤器发生堵塞,在密封不好的地方由于真空会吸进部分空气。应清洗或更换微米过滤器,保证管路不漏。

（3）各运行泵的运转是否正常,流量是否与规定的值相同,并与泵运行曲线比较,以确定运行压力。

3.5 注意关机时的操作

(1)关机时快速降压没有进行彻底冲洗。由于膜浓水侧的无机盐的浓度高于原水,易结垢而污染膜。准备关机时,逐步降压至0.3MPa左右用预处理好的水冲洗14~16min。

(2)在准备关机时,投加化学试剂,会使药剂滞留在膜及膜壳中,引起膜污染,影响膜的使用寿命。应停止投加。

参考文献：

［1］ 靖大为.反渗透系统优化设计［M］.北京：化学工业出版社，2006.

［2］ 窦照英，张 烽.反渗透水处理技术应用问答［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［3］ 金 熙,项成林,齐冬子.工业水处理技术问答［M］.北京：化学工业出版社，2010.