某鍋爐補給水一級反滲透壓差頻繁升高的原因分析

謝峰

(江蘇利港電力有限公司，江蘇 江陰 214444)

某電廠的采用全膜法[1]為工藝制取鍋爐補給水，該電廠的水源為長江水，水處理工藝流程為地表水→平流斜板沉淀池→超濾→一級反滲透→二級反滲透→電除鹽系統，該系統運行良好，出水水質一直很穩定。但一級反滲透系統卻發生一系列問題，進入2010年以來，一級反滲透一段壓差頻繁升高，雖然嘗試了通過更換多家清洗劑、增加清洗溫度，延長清洗浸泡時間，提高清洗液pH的最高最低控制值等多種清洗方法，清洗效果較差。

1 一級反滲透壓差升高的原因分析

1.1 一級反滲透壓差升高情況

以該電廠32號一級反滲透為例，從2010年6月到2010年12月31日短短半年時間，總共進行了6次清洗，更為嚴重的是每次清洗效果都不佳，一段壓差僅輕微下降，而且清洗后迅速反彈。2010年11月16日一級反滲透清洗前后運行主要參數變化如表1所示。

表1 一級反滲透清洗前后運行主要參數變化

1.2 保安過濾器檢查情況

該電廠的保安過濾器的運行周期也較短，季節不同，更換周期有所不同，一般在1～3個月之內。在濾芯更換期間，安排對保安過濾器濾芯和連接部件進行檢查。污染的保安過濾器濾芯表面多次檢查，且顏色不盡相同，主要為淺黃、暗黑色，表面手摸略有滑膩感覺，塑料接頭和保安過濾器內壁從進水處約1/3內表面處有明顯滑膩的污染物，如圖1所示。燃燒后有明顯燒焦頭發的味道，且判斷主要污染物為微生物。

圖1 保安過濾器濾芯和器壁檢查

1.3 反滲透本體檢查情況

一級反滲透壓差升高主要原因為結垢和污堵[2，3]，該電廠的主要表現是一段壓差升高，而末段無任何結垢跡象，所以基本可以排除結垢的原因，針對可能造成反滲透污堵的原因進行如下分析檢查。

（1）針對淤泥和黏土堵塞的檢查。查看運行報表，4套超濾出水污染指數（SDI）都小于3（正常出水SDI平均小于2），發生過一次一個超濾系統出水SDI大的情況，檢查為超濾膜元件接頭壞，更換后恢復。通過設備異動在保安過濾器之前增加了SDI測點，測量SDI為1.5左右。這個數據說明淤泥和黏土污堵不是反滲透一段壓差升高的主要原因。

（2）膠體硅污堵。從保安過濾器進口SDI的測量值和本廠進水硅含量（只有4000～8000 μg/L）看膠體硅污染的可能性應該比較小。用電感耦合等離子體發射光譜法ICP (Indμctively Coμpled Plasma Emission Spectroscopy)對膜面污染物體進行分析，如表2所示。表明污染物中硅含量并不高，這進一步說明膠體硅不是反滲透一段壓差升高的主要原因。

（3）金屬膠體污染。從表2可以看出膜面受到一定程度的鐵膠體污染，這和膜元件進水曾被高鐵含量的水污染有關，正常檢測一級反滲透的進水鐵小于3 μg/L，遠小于膜元件要求的進水鐵的控制值。曾有報道[3]鋁鹽和阻垢劑不兼容會發生反應生并沉積污染膜元件。ICP對膜元件污染物分析中鋁離子含量也很小。反滲透進水檢測鋁離子含量一般只有2 μg/L左右。所以基本可以排除鋁離子與阻垢劑反應造成污染的可能。

表2 膜表面污染ICP分析結果 %

（4）細小砂粒污染。該電廠反滲透預處理為超濾再加5 μm的保安過濾器，結合SDI的測量值，這種污染不會存在。通過檢修對膜元件的的端面和對一段第一根膜元件進行解剖沒有發現砂粒存在。

（5）其他異物堵塞。在更換膜的過程中，對膜端面進行檢查，發現一段第一根膜端面有黑色碎片的物質，如圖1所示。解剖更換下來的膜元件，肉眼觀察膜頁完整無損，如圖2所示。為了進一步分析污染物的來源，對保安過濾器濾芯連接件進行詳細檢查，沒有發現問題。由于沖洗保安過濾器較長時間沒有更換，檢查發現濾芯內部顆粒物體比較多，對沖洗/清洗保安過濾器濾芯進行更換。檢查沖洗管道，沒有發現襯塑脫落情況。黑色物質可能為清洗水箱中的雜質穿透沖洗保安過濾器濾芯帶入或濾芯接頭沒有壓緊泄漏帶入，更換了沖洗保安過濾器濾芯后再沒有發現類似黑色物質。對黑色物質清理后，一段壓差沒有明顯回升，這說明端蓋上黑色物質的污堵并不是一級反滲透一段壓差升高的主要原因。

圖2 反滲透膜元件端面污染物檢查

（6）微生物污堵。解剖一段第一根膜元件，膜面進水端1/3處存在污染物，如圖3所示。污染物已經布滿濃水網格，這是一段壓差增高的主要原因。污染物水分含量大，有黏性，燃燒后有明顯的燒焦羽毛的味道，初步判斷主要成分為微生物。

圖3 一段第一根膜元件有明顯的污染物

（7）超濾水箱檢查。發現水箱內壁有明顯附著物，顏色為棕色至暗紅色，如圖4所示，有明顯微生物污染的跡象，該污染物附著在內壁，很難去除。取污染物水樣分析，鐵和鋁含量不高，化學耗氧量（COD）含量不高。對超濾水箱進行清理后，保安過濾器的更換周期明顯延長，更換周期從原來1個月左右增加到3個月左右更換1次濾芯。

圖4 超濾水箱內壁的污染物照片

（8）有機物污染。取樣對反滲透進水測量總有機碳（TOC）為2.13 mg/L，在膜元件進水要求范圍內[2]，不需要對原水進行專門處理。需要說明的是即使TOC在膜廠家要求的控制范圍內，有機物污染并不能排除。

為了進一步了解微生物污染原因，解剖一段第二根膜元件觀察，膜面干凈，無明顯污染物，把一段的第一根膜元件與末端元件更換位置或更換成新膜元件，一段壓差明顯下降。2010年2月把31號一級反滲透一段首位膜元件位置進行更換，一段壓差從0.32 MPa下降到0.2 MPa，說明污堵主要發生在第一根膜元件。對一段第一只膜元件進行性能測試，測試結果表明該膜元件產水量高，在標準化產水量情況下測試壓差，其壓降在0.5 MPa以上，遠高于新膜元件大概0.1 MPa的壓降，如表3所示。對單只污染膜元件進行清洗[4]，清洗方法選用pH為12.5的NaOH堿洗，以及pH為2的HCl酸洗。具體試驗數據和結果如表4所示。

清洗后，單只膜元件的產水量下降4.36%，脫鹽率上升0.38%，壓差基本不變。清洗試驗數據表明，無論堿洗還是酸洗，對降低產水量和提高脫鹽率都沒有明顯效果。 用強酸對污染物進行浸泡，該污染物不與強酸發生反應。 用強堿對污染物進行浸泡，發現隨時間增加，堿液中細微絮狀物質有逐漸增多的趨勢。

表3 性能測試

表4 試驗數據和結果

1.4 污染原因分析

綜上分析認為該電廠膜元件主要受到微生物污染。該電廠一直沒有制定反滲透（RO）進水加還原劑前的殺菌劑殘余量控制標準，對于可能發生微生物/有機物污染的反滲透系統前，反滲透還原劑前余氯控制值最好控制在1.0 mg/L左右，最低不應低于0.5 mg/L，該廠超濾后的超濾水箱因與大氣連通，容易發生微生物滋生，所以應控制RO進水加還原劑前的殺菌劑余氯量大于0.5 mg/L。

該電廠膜元件2008年查出一段膜元件存在氧化現象后，RO進水余氯控制值控制降低，不能有效殺死殘存微生物，相關記錄表明，該電廠在從2008到2011年長達近3年的時間里，反滲透還原劑前余氯值一直控制0.05 mg/L左右。

由于該電廠的一級反滲透膜元件曾受到過氧化傷害，透水量增加（見表3、表4），在設計回收率的情況下運行，一段第一根膜元件的透水量遠遠大于設計的透水量，回收率更大。甚至遠遠超過單只膜設計要求。同時整個反滲透的產水流速、濃水流速在各個膜元件上分配不均的情況趨于嚴重。前端元件流速高，后端元件流速低。

與新膜相比，前端元件污染幾率更大，后端元件的結垢幾率更大。這是污染主要集中在一段第一根膜元件的原因。有段時間，在膜壓差升高后沒有嚴格按照膜生產廠家要求的條件進行清洗，而是在一段壓差升高到0.3 MPa左右才進行清洗。這也是造成污染后清洗效果差的原因之一。

2 采取措施

針對微生物污染，采取如下措施：

（1）2011年1月對31號一級反滲透的一段膜元件進行更換。更換后的膜元件在5月份因壓差由更換時的0.20 MPa上升到0.25 MPa后進行清洗，清洗后壓差基本恢復，清洗周期延長到3個多月。

（2）對進口余氯控制過低的問題，準備在超濾進口用計量泵單獨增加殺菌劑劑量，把余氯控制在合格范圍內。

（3）定期安排對超濾水箱檢查清理。水箱清理后，保安過濾器運行周期從清洗前1個月左右延長到3個月左右。

（4）增加非氧化殺菌劑的頻率和用量。

采用以上措施后，該電廠反滲透膜的清洗周期有效延長到3個月左右。最近一年，進口壓力和運行壓差基本維持不變。

3 結束語

（1）該廠一級反滲透壓差升高原因主要是受到微生物污染。而微生物污染的主要原因是反滲透進水加還原劑前殺菌劑余量控制過低。

（2）膜元件曾受到氧化使得一段第一根膜元件相比新膜更容易污堵，這使得清洗后壓差迅速反彈。對于受的氧化的反滲透系統應通過降低出力，降低回收率，適當增加濃水流量，適當增加阻垢劑的方法來保證設備正常運行。

（3）由于膜受到氧化傷害，表現出來的標準化進水壓力并不上升，這給微生物污染的判斷增加了難度。

（4）反滲透系統壓差升高后，一定要嚴格按照膜生產廠家要求條件進行清洗，否則長期的微生物/有機物污染，造成生物膜污染后一般不能通過清洗恢復。如反復清洗壓差無法恢復只能更換膜元件。

[1]謝 峰.利港電廠反滲透運行中發生的問題及處理[J].電力科學與工程，2011，27（5）：67-70.

[2]聶艷秋，曹海峰.反滲透制水的低溫影響及對策[J].水處理技術，2004，30（6）：182-184.

[3]阿默加德Z.反滲透-膜技術水化學[M].北京：化學工業出版社，1999.

[4]謝 峰.超濾在線清洗系統的設計與應用[J].電力科學與工程，2011，27（7）：76-78.