海水反滲透新膜的污染分析及防治措施

竺浩煒

（浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江樂清325609）

海水反滲透新膜的污染分析及防治措施

竺浩煒

（浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江樂清325609）

針對樂清電廠1號反滲透新膜在實際運行中出現(xiàn)的問題，進行跟蹤分析和診斷，確認(rèn)微生物污染為主要原因。采用非氧化性殺菌清洗方法對1號反滲透膜進行處理，結(jié)果表明清洗之后膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率和運行壓差明顯下降，高壓泵耗電量下降4.2%。同時，提出了新裝膜預(yù)防生物污染的措施與建議，為生產(chǎn)運行提供參考。

陶氏反滲透膜；微生物；污染；化學(xué)清洗；非氧化性殺菌清洗

自1960年美國加利福尼亞大學(xué)研制出世界上第一張可實用的反滲透膜以來，膜分離技術(shù)作為一種新型的流體分離單元操作技術(shù)，已經(jīng)取得了令人矚目的巨大發(fā)展。隨著水資源的日益緊缺和水質(zhì)的日趨惡化，該技術(shù)也越來越多地運用于各個行業(yè)的水處理工藝中。作為浙江“五大百億工程”之一的浙能樂清電廠工程也大規(guī)模采用了海水、苦咸水兩級反滲透裝置，采用8套設(shè)備制備淡水，滿足電廠生產(chǎn)和生活需要。但反滲透膜在運行過程中不可避免地會產(chǎn)生污堵現(xiàn)象，本文就新投用的海水反滲透膜所出現(xiàn)的問題，進行污染診斷，并根據(jù)膜污染種類提出了清洗和預(yù)防的辦法，為今后的生產(chǎn)運行提供參考。

1 海水反滲透裝置運行狀況診斷

1.1 設(shè)備簡介

樂清電廠工程設(shè)計安裝6套海水反滲透裝置，由海水提升泵、增壓泵、高壓泵、保安過濾器、能量回收裝置、海水反滲透膜組件及輔助加藥系統(tǒng)構(gòu)成。膜組件是其中的核心裝置，由膜元件和壓力容器組成，海水淡化車間于2009年9月底安裝1號、2號海水反滲透裝置，膜元件為聚酰胺復(fù)合膜，1號膜為美國陶氏SW30HRLE-400i，2號膜是海德能公司的SWC5，用于對微濾產(chǎn)水（澄清海水）的第一次脫鹽處理。

反滲透裝置共用1套清洗系統(tǒng)，由清洗溶液箱、清洗水泵、清洗保安過濾器、加藥噴射器、反滲透沖洗水泵和相應(yīng)的管路及閥門組成。系統(tǒng)通過反滲透清洗進水管、進水門、反滲透淡清洗回流門和濃清洗回流門及相應(yīng)管道與反滲透裝置相連，獨立于制水系統(tǒng)，可以離線清洗。

1.2 安裝及運行狀況分析

2號一級反滲透裝置自安裝投運以來，一直運行正常。但1號一級反滲透裝置膜元件安裝完畢后，由于高壓泵故障、出水法蘭拆離管路檢修，停運45天。2009年11月14日開機產(chǎn)水，連續(xù)運行4天后，反滲透膜運行壓差、產(chǎn)水流量、電導(dǎo)率、系統(tǒng)脫鹽率、高壓泵耗電量等出現(xiàn)明顯變化，變化趨勢如圖1-3所示。

圖1 運行壓差和高壓泵耗電量的變化趨勢（2009年11月）

圖2 進水壓力、產(chǎn)水流量和電導(dǎo)率的變化趨勢（2009年11月）

圖3 脫鹽率的變化趨勢（2009年11月）

由圖1可知，11月25日壓差已經(jīng)在0.15 MPa以上，超過了運行規(guī)定值，且高壓泵耗電量隨著壓差增加而變大，要保持相同的產(chǎn)水量，耗能必然增加。由圖2可知，進水壓力保持波動平緩的前提下，產(chǎn)水流量和電導(dǎo)率在11月24日出現(xiàn)下降，但是產(chǎn)水電導(dǎo)率整體偏大。由圖3可知，在相同觀察期內(nèi)，膜脫鹽率變化明顯，脫鹽率一直呈下滑趨勢，在11月22日達到最低值99.13%，脫鹽率基本上分布在99.3%以下，而根據(jù)要求，運行一年內(nèi)的總脫鹽率應(yīng)大于99.3%。

通過以上分析觀察，可以認(rèn)為1號海水反滲透膜已經(jīng)受到污染。

1.3 污染類型確定

反滲透污染的類型有微生物污染、化學(xué)污染、顆粒和膠體污染。采用排除法，并結(jié)合相關(guān)分析手段，確認(rèn)主要是微生物污染造成了1號海水反滲透新膜運行性能的下降。

1.3.1 排除化學(xué)污染、膠體和顆粒污染

（1）化學(xué)污染往往由碳酸鈣大量沉淀引起。通過對碳酸鈣和硫酸鈣在反滲透膜中的結(jié)垢趨勢進行分析，判斷沒有產(chǎn)生碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的可能性。

（2）經(jīng)過跟蹤分析，海水反滲透進水水質(zhì)合格，電導(dǎo)率為41.1～42 ms/cm，SDI＜2，濁度＜0.02 NTU，余氯含量約0.1 mg/L，鐵離子含量＜10 μg/L。

（3）還原劑和阻垢劑加藥量正常，分別為1～1.3 mg/L和2.6～3.0 mg/L。其余海水反滲透裝置運行正常。

1.3.2 停機檢查

停機后對進水側(cè)膜表面進行取樣，發(fā)現(xiàn)有淡黃色污垢，并有很濃的腥臭味。將樣品自然風(fēng)干后，燃燒產(chǎn)生的氣味同焚燒頭發(fā)氣味。淡黃色污垢不溶于酸（30%濃度）和堿（40%濃度）。

1.3.3 微生物附著的可能

反滲透進水的Ba2+含量為0.43 mg/L，濃水有出現(xiàn)BaSO4沉淀的可能。雖然因阻垢劑的影響，不會在短時間內(nèi)造成壓差驟升、降低產(chǎn)水量和脫鹽率，但卻可以為微生物在光滑的膜表面附著創(chuàng)造條件。

2 海水反滲透膜微生物污染的原因分析

膜污染是一個復(fù)雜的過程，物理、化學(xué)、生物污染互相關(guān)聯(lián)，一旦形成某一污染，必然加速另外幾種污染的形成，加劇污染。

2.1 檢修停運造成微生物滋生

膜在倉庫貯存了2年，包裝袋內(nèi)1%亞硫酸氫鈉溶液的效果受到影響。在停運檢修階段，也未能進水沖洗和充1%亞硫酸氫鈉溶液進行保護，造成微生物滋生。通常情況下，亞硫酸氫鈉濃度要達到50 mg/L才能有效控制生物污染。在設(shè)備停運檢修過程中，壓力容器內(nèi)的環(huán)境基本上屬于氧氣充足的氛圍，利于好氧菌的生長，而進海水之后，pH呈弱堿性，而且由于“鹽析效應(yīng)”，海水中的溶解氧比淡水低，形成缺氧的氛圍，導(dǎo)致好氧菌死亡，為厭氧菌提供碳源，厭氧型微生物會利用進水中氨、氮進行亞硝化和硝化反應(yīng)，氧化性比較強，在合適的進水條件下大量繁殖。微生物粒徑比膜的孔徑大的多，分別是膜的孔徑的100～1 000倍，會堵住膜孔，造成壓差升高。微生物污染剛開始時，產(chǎn)水電導(dǎo)率正常甚至較低，當(dāng)大量污垢出現(xiàn)時，產(chǎn)水電導(dǎo)率就會迅速增加，并導(dǎo)致產(chǎn)水量降低。

2.2 高進水壓力

新膜投運階段，產(chǎn)水負(fù)荷升幅較快，起初雖然有電導(dǎo)率下降的情況，但是，壓力過大后，回收率提高，加大了濃差極化，膜的壓密程度增加，使得微生物繁殖變快，脫鹽率下降。

2.3 高進水溫度

冬季反滲透裝置用水來自機組排水，因此水溫能穩(wěn)定在20℃以上。11月23-25日，進水溫度驟升，達27℃以上，為吸附在膜內(nèi)的微生物大規(guī)模繁殖創(chuàng)造了有利條件。水溫上升會使有機膜變軟，而進水壓力增大則更易使其壓實。隨著進水溫度升高，產(chǎn)水通量也呈線性增加，進水溫度每增加1℃，產(chǎn)水通量就增加2%～3%。由于透過反滲透膜的水分子粘度下降，擴散性能增強，鹽分透過反滲透膜的擴散速度也會隨著溫度的上升而加快。進水溫度升高導(dǎo)致透鹽率增加和脫鹽率下降，表現(xiàn)為反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率隨著進水溫度的升高而升高。

3 治理和預(yù)防措施

3.1 治理措施

根據(jù)膜的污染種類和聚酰胺復(fù)合膜的特性，經(jīng)過試驗分析，決定采用非氧化性殺菌清洗，清洗方案為先用2%的檸檬酸洗，再用0.08%的NaOH堿洗，最后用20%DBNPA（二溴氮基丙酰胺）的非氧化性殺菌劑殺菌。清洗過程中發(fā)現(xiàn)，酸洗排放液比較干凈，可見鹽垢、膠體污染并不嚴(yán)重，而堿洗排放液泡沫上的浮垢較多，散發(fā)出濃烈氣味，說明微生物污染十分嚴(yán)重。

圖4 產(chǎn)水電導(dǎo)率和壓差走勢

從圖4可以看到，清洗后壓差和產(chǎn)水電導(dǎo)率明顯下降，而且日趨穩(wěn)定，達到了正常運行的要求，產(chǎn)水水質(zhì)變好。

清洗前高壓泵平均耗電量1.65 kW/t；清洗后平均耗電量為1.58 kW/t，下降了4.2%。

3.2 預(yù)防措施與建議

（1）膜產(chǎn)品在購買后貯存時間過長，會導(dǎo)致保護液效果變差，安裝初期應(yīng)充液保護或者加強沖洗。

（2）海水反滲透裝置正常的沖洗流程是：啟動海水提升泵、增壓泵、加還原劑進行海水沖洗，或者啟動反滲透沖洗水泵、增壓泵進行淡水沖洗，這兩種方式下水流都要通過高壓泵及其出水管路，若此管路不通，應(yīng)及時切換閥門，隔離故障管段，用反滲透裝置的化學(xué)清洗系統(tǒng)對膜元件進行日常淡水沖洗或者注入1%亞硫酸氫鈉進行保護，以降低膜污染的發(fā)生概率。

（3）新膜投運初期，進水壓力要逐步提高，出力升幅不能太快，防止出現(xiàn)壓密現(xiàn)象。

（4）調(diào)節(jié)好進水溫度。由于海水淡化系統(tǒng)在冬季是從機組虹吸井取水，規(guī)程要求微濾進水溫度≤28℃，但是從這次污染狀況來看，水溫應(yīng)控制在25℃以下。

（5）增加試驗分析手段，使用高倍率的相位差顯微鏡可以更準(zhǔn)確、快速地判斷反滲透膜的污染類型。

4 結(jié)論

（1）海水反滲透新膜在安裝和投運初期要勤于觀察和分析，加強監(jiān)視，控制好進水溫度，防止出現(xiàn)壓密現(xiàn)象。通過有效的化驗和分析，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題并做出判斷。

（2）針對反滲透裝置的微生物污染問題，應(yīng)采取預(yù)防和治理相結(jié)合的方法，首先采取預(yù)防措施，其次是治理，這樣才能降低維護成本。反滲透裝置出現(xiàn)突發(fā)性故障且不能在短時間內(nèi)恢復(fù)時，要通過其他途徑采取相應(yīng)措施，如考慮使用反滲透裝置的化學(xué)清洗系統(tǒng)對停運的膜元件進行充液保護，重點做好檢修過程中的保養(yǎng)措施。

（3）樂清發(fā)電廠海水反滲透膜為聚酰胺復(fù)合膜，極易被氧化物質(zhì)破壞，不能接受含有氧化劑的給水。當(dāng)膜受到微生物污染時，日常的沖洗方法已經(jīng)沒有效果，只能選擇非氧化性殺菌清洗。殺菌后要及時做好裝置沖洗和膜的保養(yǎng)工作，防止細菌的再次污染。

（4）解決海水反滲透裝置在投運初期出現(xiàn)的微生物污染問題，提高了脫鹽率和水通量；降低了壓差、產(chǎn)水電導(dǎo)率和水泵耗電量；減輕了鹽垢對膜的影響，改善了運行工況，延長了反滲透膜的壽命和制水周期，提高了新膜運行性能。

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（本文編輯：徐晗）

Analysis and Precautions of Contamination of Reverse Osmosis Membrane for Seawater

ZHU Hao-wei
（Zhejiang Energy Yueqing Power Generation Co.，Ltd，Yueqing Zhejiang 325609，China）

Through the tracking analysis and diagnosis to deal with the problems of No.1 reverse osmosis membrane in Yueqing Power Plant，this paper identifies the microbial contamination as the major cause. Treatment of No.1 reverse osmosis membrane is performed by means of non-oxidative sterilization cleaning. The result indicates that it substantially reduces the conductivity of the product water as well as the operating differential pressure after cleaning，and the power consumption of high pressure pump is lowered by 4.2%. This paper also presents the measures and proposals to prevent microbial contamination of this kind of membrane and can serve as a reference for production and operation.

dow reverse osmosis membrane；microorganism；contamination；chemical cleaning；non-oxidative sterilization cleaning

TQ085+.47

：B

：1007-1881（2012）02-0049-04

2011-09-14

竺浩煒（1982-），男，浙江寧波人，助理工程師，從事環(huán)保技術(shù)監(jiān)督工作。