某鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)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(bǔ)給水，該電廠的水源為長(zhǎng)江水，水處理工藝流程為地表水→平流斜板沉淀池→超濾→一級(jí)反滲透→二級(jí)反滲透→電除鹽系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，出水水質(zhì)一直很穩(wěn)定。但一級(jí)反滲透系統(tǒng)卻發(fā)生一系列問題，進(jìn)入2010年以來，一級(jí)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(zhǎng)清洗浸泡時(shí)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(jí)反滲透壓差升高的原因分析

1.1 一級(jí)反滲透壓差升高情況

以該電廠32號(hào)一級(jí)反滲透為例，從2010年6月到2010年12月31日短短半年時(shí)間，總共進(jìn)行了6次清洗，更為嚴(yán)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(jí)反滲透清洗前后運(yùn)行主要參數(shù)變化如表1所示。

表1 一級(jí)反滲透清洗前后運(yùn)行主要參數(shù)變化

1.2 保安過濾器檢查情況

該電廠的保安過濾器的運(yùn)行周期也較短，季節(jié)不同，更換周期有所不同，一般在1～3個(gè)月之內(nèi)。在濾芯更換期間，安排對(duì)保安過濾器濾芯和連接部件進(jìn)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(nèi)壁從進(jìn)水處約1/3內(nèi)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(fā)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(jí)反滲透壓差升高主要原因?yàn)榻Y(jié)垢和污堵[2，3]，該電廠的主要表現(xiàn)是一段壓差升高，而末段無任何結(jié)垢跡象，所以基本可以排除結(jié)垢的原因，針對(duì)可能造成反滲透污堵的原因進(jìn)行如下分析檢查。

（1）針對(duì)淤泥和黏土堵塞的檢查。查看運(yùn)行報(bào)表，4套超濾出水污染指數(shù)（SDI）都小于3（正常出水SDI平均小于2），發(fā)生過一次一個(gè)超濾系統(tǒng)出水SDI大的情況，檢查為超濾膜元件接頭壞，更換后恢復(fù)。通過設(shè)備異動(dòng)在保安過濾器之前增加了SDI測(cè)點(diǎn)，測(cè)量SDI為1.5左右。這個(gè)數(shù)據(jù)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(jìn)口SDI的測(cè)量值和本廠進(jìn)水硅含量（只有4000～8000 μg/L）看膠體硅污染的可能性應(yīng)該比較小。用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法ICP (Indμctively Coμpled Plasma Emission Spectroscopy)對(duì)膜面污染物體進(jìn)行分析，如表2所示。表明污染物中硅含量并不高，這進(jìn)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(jìn)水曾被高鐵含量的水污染有關(guān)，正常檢測(cè)一級(jí)反滲透的進(jìn)水鐵小于3 μg/L，遠(yuǎn)小于膜元件要求的進(jìn)水鐵的控制值。曾有報(bào)道[3]鋁鹽和阻垢劑不兼容會(huì)發(fā)生反應(yīng)生并沉積污染膜元件。ICP對(duì)膜元件污染物分析中鋁離子含量也很小。反滲透進(jìn)水檢測(cè)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(yīng)造成污染的可能。

表2 膜表面污染ICP分析結(jié)果 %

（4）細(xì)小砂粒污染。該電廠反滲透預(yù)處理為超濾再加5 μm的保安過濾器，結(jié)合SDI的測(cè)量值，這種污染不會(huì)存在。通過檢修對(duì)膜元件的的端面和對(duì)一段第一根膜元件進(jìn)行解剖沒有發(fā)現(xiàn)砂粒存在。

（5）其他異物堵塞。在更換膜的過程中，對(duì)膜端面進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)一段第一根膜端面有黑色碎片的物質(zhì)，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(jìn)一步分析污染物的來源，對(duì)保安過濾器濾芯連接件進(jìn)行詳細(xì)檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題。由于沖洗保安過濾器較長(zhǎng)時(shí)間沒有更換，檢查發(fā)現(xiàn)濾芯內(nèi)部顆粒物體比較多，對(duì)沖洗/清洗保安過濾器濾芯進(jìn)行更換。檢查沖洗管道，沒有發(fā)現(xiàn)襯塑脫落情況。黑色物質(zhì)可能為清洗水箱中的雜質(zhì)穿透沖洗保安過濾器濾芯帶入或?yàn)V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?zèng)]有發(fā)現(xiàn)類似黑色物質(zhì)。對(duì)黑色物質(zhì)清理后，一段壓差沒有明顯回升，這說明端蓋上黑色物質(zhì)的污堵并不是一級(jí)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(jìn)水端1/3處存在污染物，如圖3所示。污染物已經(jīng)布滿濃水網(wǎng)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(fā)現(xiàn)水箱內(nèi)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(nèi)壁，很難去除。取污染物水樣分析，鐵和鋁含量不高，化學(xué)耗氧量（COD）含量不高。對(duì)超濾水箱進(jìn)行清理后，保安過濾器的更換周期明顯延長(zhǎng)，更換周期從原來1個(gè)月左右增加到3個(gè)月左右更換1次濾芯。

圖4 超濾水箱內(nèi)壁的污染物照片

（8）有機(jī)物污染。取樣對(duì)反滲透進(jìn)水測(cè)量總有機(jī)碳（TOC）為2.13 mg/L，在膜元件進(jìn)水要求范圍內(nèi)[2]，不需要對(duì)原水進(jìn)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(nèi)，有機(jī)物污染并不能排除。

為了進(jìn)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(hào)一級(jí)反滲透一段首位膜元件位置進(jìn)行更換，一段壓差從0.32 MPa下降到0.2 MPa，說明污堵主要發(fā)生在第一根膜元件。對(duì)一段第一只膜元件進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該膜元件產(chǎn)水量高，在標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量情況下測(cè)試壓差，其壓降在0.5 MPa以上，遠(yuǎn)高于新膜元件大概0.1 MPa的壓降，如表3所示。對(duì)單只污染膜元件進(jìn)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(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果如表4所示。

清洗后，單只膜元件的產(chǎn)水量下降4.36%，脫鹽率上升0.38%，壓差基本不變。清洗試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，無論堿洗還是酸洗，對(duì)降低產(chǎn)水量和提高脫鹽率都沒有明顯效果。 用強(qiáng)酸對(duì)污染物進(jìn)行浸泡，該污染物不與強(qiáng)酸發(fā)生反應(yīng)。 用強(qiáng)堿對(duì)污染物進(jìn)行浸泡，發(fā)現(xiàn)隨時(shí)間增加，堿液中細(xì)微絮狀物質(zhì)有逐漸增多的趨勢(shì)。

表3 性能測(cè)試

表4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果

1.4 污染原因分析

綜上分析認(rèn)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(jìn)水加還原劑前的殺菌劑殘余量控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于可能發(fā)生微生物/有機(jī)物污染的反滲透系統(tǒng)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(yīng)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(fā)生微生物滋生，所以應(yīng)控制RO進(jìn)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(xiàn)象后，RO進(jìn)水余氯控制值控制降低，不能有效殺死殘存微生物，相關(guān)記錄表明，該電廠在從2008到2011年長(zhǎng)達(dá)近3年的時(shí)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(jí)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(shè)計(jì)回收率的情況下運(yùn)行，一段第一根膜元件的透水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)的透水量，回收率更大。甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單只膜設(shè)計(jì)要求。同時(shí)整個(gè)反滲透的產(chǎn)水流速、濃水流速在各個(gè)膜元件上分配不均的情況趨于嚴(yán)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(jié)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(shí)間，在膜壓差升高后沒有嚴(yán)格按照膜生產(chǎn)廠家要求的條件進(jìn)行清洗，而是在一段壓差升高到0.3 MPa左右才進(jìn)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(duì)微生物污染，采取如下措施：

（1）2011年1月對(duì)31號(hào)一級(jí)反滲透的一段膜元件進(jìn)行更換。更換后的膜元件在5月份因壓差由更換時(shí)的0.20 MPa上升到0.25 MPa后進(jìn)行清洗，清洗后壓差基本恢復(fù)，清洗周期延長(zhǎng)到3個(gè)多月。

（2）對(duì)進(jìn)口余氯控制過低的問題，準(zhǔn)備在超濾進(jìn)口用計(jì)量泵單獨(dú)增加殺菌劑劑量，把余氯控制在合格范圍內(nèi)。

（3）定期安排對(duì)超濾水箱檢查清理。水箱清理后，保安過濾器運(yùn)行周期從清洗前1個(gè)月左右延長(zhǎng)到3個(gè)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(zhǎng)到3個(gè)月左右。最近一年，進(jìn)口壓力和運(yùn)行壓差基本維持不變。

3 結(jié)束語

（1）該廠一級(jí)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(jìn)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(duì)于受的氧化的反滲透系統(tǒng)應(yīng)通過降低出力，降低回收率，適當(dāng)增加濃水流量，適當(dāng)增加阻垢劑的方法來保證設(shè)備正常運(yùn)行。

（3）由于膜受到氧化傷害，表現(xiàn)出來的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)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(tǒng)壓差升高后，一定要嚴(yán)格按照膜生產(chǎn)廠家要求條件進(jìn)行清洗，否則長(zhǎng)期的微生物/有機(jī)物污染，造成生物膜污染后一般不能通過清洗恢復(fù)。如反復(fù)清洗壓差無法恢復(fù)只能更換膜元件。

[1]謝 峰.利港電廠反滲透運(yùn)行中發(fā)生的問題及處理[J].電力科學(xué)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(duì)策[J].水處理技術(shù)，2004，30（6）：182-184.

[3]阿默加德Z.反滲透-膜技術(shù)水化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[4]謝 峰.超濾在線清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電力科學(xué)與工程，2011，27（7）：76-78.