反滲透的清洗和維護

一、反滲透膜的清洗

反滲透裝置在長期運行中，膜表面會逐漸積累各種污染物，如膠體、微生物、無機物垢、金屬氧化物等。這些物質沉積在膜表面上，會引起反滲透裝置性能的下降。為了恢復膜的性能，需對膜進行化學清洗和消毒。

1．清洗的判斷標準

反滲透系統(tǒng)運行過程中，必須密切注意系統(tǒng)的脫鹽率、濃水量、透過水量以及膜組件給水側進出口壓差的變化，盡早發(fā)現(xiàn)問題，并根據(jù)原水分析報告預測可能發(fā)生的污染，調整預處理方法和變更操作條件。當出現(xiàn)下列情形之一時需對膜元件進行化學清洗：①標準化后鹽的透過率增加10％～15％；②標準化后透過液流量降低10％～15％；③進水和濃水的壓差△p較基準狀況上升了15％(基準狀況為反滲透設備最初24～48h的操作參數(shù)或上次清洗后的操作參數(shù))，各段壓力差增加15％；④作為日常維護，一般在正常運行3～6個月后；⑤需長期停用，在用保護液進行保護前。

2．膜污染特征和清洗藥劑

(1)膜污染特征

反滲透膜面上常見的污染物有金屬氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、膠體、微生物、有機物等，不同的膜污染物表現(xiàn)出不同的特征，如表4—5所示。

(2)膜清洗劑

不同的膜生產廠商對上述污染物采用的清洗藥劑不完全相同。具體的清洗方式或專用清洗劑參照膜廠商的技術手冊。但一般來說，酸清洗除去無機沉淀物如金屬氧化物、碳酸鹽，pH值調至2～4；堿清洗除去有機物、微生物，一般pH值調至10～12。常用化學清洗試劑如下。

①酸   HCl、H₂S0₄、H₃P0₄、檸檬酸、草酸等。其中檸檬酸較常用，其缺點是與

Fe²⁺形成難溶化合物，需要用氨水調節(jié)pH＝4，使Fe²⁺形成易溶的鐵銨檸檬酸鹽來解決。

②堿   有P0^3-₄、C0^2-₃和OH^-等，對污染物有松弛、乳化和分散作用，與表面活性

劑一起對油、脂、污物和生物物質有去除作用；另外對Si02—也有一定的效果。

③螯合劑   最常用的為EDTA，與Ca²⁺、Mg^2-、Ba²⁺、Fe²⁺等形成易溶的絡合物，故對堿土金屬的硫酸鹽很有效，其他螯合劑有磷羧酸、葡萄糖酸等。

④表面活性劑   可降低膜的表面張力，起濕潤、增溶、分散和去污作用，最常用的為非離子表面活性劑，如TritonX-100，但應注意目前復合膜與TritonX-100不相溶。

⑤酶   主要有蛋白酶等，有利于有機物的分解。

表4—6列舉了一些常用的清洗劑配方。表4—7為建議使用的常見清洗劑。

表4—8列出了常見污染物對膜性能的影響及處理方法。

美國軍隊用反滲透化學藥品見表4—9。

3．清洗裝置

一般的清洗裝置由清洗箱、清洗泵、5～l0μm保安過濾器、管道、閥門和控制儀表(壓力表、流量表、溫度計)等組成。特殊要求時，清洗箱可裝上加熱或冷卻裝置，清洗流程如圖4—8所示。

(1)清洗箱

清洗箱應用耐腐蝕材料，如聚丙烯、玻璃鋼等制作。清洗箱的容積根據(jù)一次清洗的壓力容器的體積、清洗回路的管件和濾器等的容積來確定。

【例4-1】   反滲透裝置有8個￠8”壓力容器，每個壓力容器內裝6個40”長的膜元件，試計算清洗箱的體積。

解：每個壓力容器的體積

8個壓力容器的容積   V₈＝0．194×8＝1．552m³。

假設使用DN80mm管徑30m清洗管道，管道內儲水的體積

總體積   V＝V8+Vp＝1.552+0.151＝1．703m³

考慮到未預見因素，總體積乘以系數(shù)1．2，即總體積V_總＝1.703×1．2＝2．04m³

(2)清洗泵

    清洗泵通常是316不銹鋼離心泵或玻璃鋼泵。清洗泵的揚程應考慮保安過濾器的壓降、管道的阻力損失等，一般選用壓力為0．3—0．5MPa。

    膜廠商對不同規(guī)格的膜組件的清洗流速有一規(guī)定的范圍。如￠8”膜元件的清洗流量為6.8～9．1m³/h，壓力容器并聯(lián)4根，清洗泵流量為(6.8～9.1)×4＝27.2～36.4m³／h。

(3)保安過濾器

該過濾器用以除去清洗下來的沉淀物。大小由清洗流量而定。

4．一般清洗步驟

    ①用反滲透產水配置清洗液，檢查溶液的pH值，在清洗之前，要確定所有的藥劑都溶解并攪拌均勻。

    ②溶液混合完畢后，以合適的流量和壓力開始清洗，清洗液在最初的幾分鐘排入地溝，然后再循環(huán)。    ，

    ③清洗過程中要注意清洗液的升溫情況，觀察清洗液顏色的變化，如清洗液變色或變得較渾濁，則需重新配置清洗液。在酸清洗時要注意pH值，如pH值升高o．5個單位，則必須再加酸。

    ④停泵，使元件浸泡在溶液中1h左右。

    ⑤再循環(huán)，時間為30～40min。

    ⑥清洗完畢后，以反滲透產水或預處理出水沖洗出殘余的清洗液。

⑦沖洗結束，按規(guī)定的運行方式運行，最初產水排放至少10min。

5．反滲透設備的清洗范例

參考下述的清洗條件、清洗順序、清洗藥劑量及藥液濃度后進行實施。

(1)清洗條件

①酸洗

a.檸檬酸洗凈   2％水溶液；pH值2～4(用氨水溶液調整pH值)；低壓，希望2kg/cm²以下；水溫常溫；時間1h／段，希望浸泡1夜。

b．草酸洗凈   2％水溶液；pH值2～4(用氨水溶液調整pH值)；低壓，希望2kg/cm²

以下；水溫常溫；時間1h／段，希望浸泡1夜。

②洗滌劑洗凈   JS-200洗滌劑洗凈。5％水溶液(原液為100％)；pH值7～10(用氨水溶液調整pH值)；低壓，希望2kg/cm²以下；水溫常溫，希望為30～40℃；時間，1h/段，希望浸泡1夜。

(2)清洗順序

①第1日

a.酸洗   酸洗液為檸檬酸2％水溶液，pH值2—4(用氨水溶液調整pH值)；草酸0.2％水溶液，pH值2～4(用氨水溶液調整)。清洗順序為循環(huán)60min，浸泡30—60min，再循環(huán)30～60min，最后水洗。    ．

b．洗滌劑洗凈   JS-200洗滌劑洗凈，5％水溶液，pH值7—10。清洗順序為循環(huán)60min，浸泡30—60min，再循環(huán)30～60min，浸泡1夜。

②第2日   繼續(xù)用JS-200洗滌劑清洗，循環(huán)水洗60min。

注：可能的話希望能在清洗前進行事前浸泡。酸洗時也希望1夜浸泡。

(3)清洗液量計算(以8”膜元件18支為例)

每支膜元件酸洗液用量為40L，18支用量為720L。其中假定管道內液量80L；每支膜元件壓力容器液量(包含膜元件內的水量)為12L，18支為220L；洗凈水槽內液量為420L。

注：關于管道內液量要考慮實際設備的管線以及支管分布情況后實測計算。   

(4)藥液使用量(以8”膜元件18支為例)

   ①檸檬酸用量＝720×2％＝14．4kg，25kg/袋，需1袋。

   草酸用量＝720×0．2％＝1．44kg，25kg/袋，需1袋。

   ②氨水溶液，用于酸洗凈時調整pH值，25％水溶液，20kg/罐。

   ③了S-200''洗滌劑用量＝720X5％＝36L(將原液稀釋20倍)。

   ④NaOH水溶液，用于洗滌劑洗凈時調整pH值25％水溶液，20kg/罐。

   ⑤浸泡用藥液量5—10L/支(4”)，20—40L/支(8”)。

注：酸洗凈所使用的氨液量可按0．1kg氨／lkg酸(以100％濃度換算)進行估算。

(5)冬季停機時的措施(包括防凍結措施)

   ①停機時將甘油10％水溶液及福爾馬林1％水溶液進行置換后再停機。

   ②對于野外露天裝置要將壓力容器用薄膜油布蓋住。

   ③藥液使用量   假定水槽容積為500L、管道容積為80L、壓力容器(含膜元件)容積為220L。

   甘油需要量＝800X10％＝80kg，如果每罐22kg，需要4罐。

   福爾馬林800X1％／0．37＝21．6kg。如水溶液濃度為37％，每罐20kg，需要1罐。

6．清洗效果

成功的清洗應能使膜組件進出口壓差明顯減小(接近初期水平或上次清洗后的水平)，脫鹽率、透水量均有所恢復。如果清洗后沒有達到預期的效果，應及時與膜生產商和有關清洗公司聯(lián)系，對膜元件進行取樣分析，重新確定清洗方案。應該注意的是，反復進行沒有效果的清洗是有害的。