反滲透膜清洗方法對比分析

馮超群，馬家潔

（中國石油長慶石化公司運行三部，陜西咸陽 712000）

RO系統運行的經濟可行性，很大程度上取決于其所能達到的最高產水量和膜的使用壽命。而RO系統運行過程中遇到的最大問題便是膜污染問題。RO系統均設計有專門的預處理單元，用于去除導致膜污染的物質，但是即便系統有著較完善的預處理單元也不能完全避免膜在使用過程中受到污染。污染后的膜會導致系統產水量下降和運行壓力升高等問題。膜受污染后，若不及時進行清洗，污染物的累積，最終形成不可逆污染，只能對膜元件進行更換。因此，定期進行適宜的清洗是維護RO系統正常運轉的必要環節。

1 裝置概述

1.1 裝置簡介

長慶石化公司2×100 m3/h污水RO系統于2008年11月建成投運，2010年4月擴建至4×100 m3/h。RO系統主要作為MBR裝置出水進一步的深度處理，所產的淡水作為公司蒸發空冷補水和循環水場調質水使用。系統預處理段均采用活性炭過濾技術，以進一步去除原水中的懸浮物、機械雜質、膠體等污染物，使系統進水SDI≤5。

1.2 RO系統工藝流程

圖1 RO系統工藝流程圖

1.3 主要設計工藝指標

表1 RO系統主要設計工藝指標

2 反滲透系統的清洗

2.1 膜清洗的判斷標準[1]

在正常操作過程中，RO膜元件的主要污染物為無機鹽垢、微生物、膠體顆粒和不溶性的有機物質。操作過程中這些污染物沉積在膜表面，導致標準化的產水量和系統脫鹽率分別下降或同時惡化。出現下列情況時，需要清洗膜元件：

標準化產水量降低10%以上；

進水和濃水之間的標準化壓差上升了15%；

標準化透鹽率增加5%以上；

以上的標準（基準）比較條件取自系統經過最初48小時運行時的操作性能。

需要注意的是，如果進水溫度降低，系統產水量也會下降，這是正常現象并非膜的污染所致。預處理的失效、壓力控制失常或回收率的提高都將會導致產水量的下降或透鹽率的增加。當系統出現問題時膜元件可能并不需要清洗，清洗前應該首先考慮這類原因。

2.2 膜元件的清洗方法

對RO膜元件的清洗一般分為物理清洗和化學清洗兩種。長慶石化公司污水RO系統所設置的自動沖洗即為物理清洗過程，主要利用瞬時較大水量對膜表面的沖洗以達到去除膜表面附著的一些污染物的目的。

化學清洗根據膜污染程度和設備配套情況，可選擇在線清洗或離線清洗。一般RO系統都附有在線清洗設備，在污染程度較輕的情況下，可選用在線化學清洗方法。化學清洗大致分為酸性清洗及堿性清洗兩類，酸性清洗主要是除去膜表面的氧化鐵、Ca、Mg垢類，堿性清洗則主要用于膜表面有機物、微生物污染的清洗。

2.3 膜元件化學清洗工藝[3]

RO膜化學清洗工藝包括沖洗、浸泡、循環三個過程。

2.3.1 沖洗過程 RO系統的化學清洗過程中，要進行兩次沖洗：化學清洗開始時的沖洗能有效地帶走膜表面部分污染物；化學清洗完成后的沖洗能有效地置換化學清洗液，為產品水的質量提供了必要保證。

2.3.2 浸泡過程 浸泡是RO系統清洗的關鍵。在此過程中化學液與污染物發生化學反應，使得污染物從膜的表面脫落，溶于化學液中從而達到清洗的目的。

2.3.3 循環過程 循環是RO系統清洗的主要過程。該過程中化學液與膜內部分子發生物理的動力接觸，進一步發生滲透、磨擦、剪切等反應，從而達到化學清洗的目的。

3 公司污水RO系統化學清洗

長慶石化公司污水RO系統在運行過程中出現過進水水質較差，原水中污染物含量超標等情況，在RO系統運行指標下降時，多次組織進行化學清洗，現將其中兩家公司的清洗方案做一介紹。

3.1 清洗方案1

3.1.1 清洗步驟

3.1.1.1 堿洗

（1）清洗水箱注水，用蒸汽加熱，啟動清洗泵，緩慢加入藥劑，攪拌15 min，待藥劑完全溶解，pH控制到10～11；

（2）二段打循環40 min，浸泡60 min，沖洗40 min；

（3）一段打循環60 min，浸泡 60 min，沖洗60 min；

（4）循環期間隨時觀測pH值的變化情況，使pH值始終保持在10～11之間，如清洗液水質混濁或pH值降至中性，排放清洗液，重新配備。

3.1.1.2 酸洗

（1）清洗水箱注水，用蒸汽加熱，啟動清洗泵，緩慢加入藥劑，攪拌15 min，待藥劑完全溶解，pH控制在2～3；

（2）一段打循環60 min，浸泡 60 min，沖洗40 min；

（3）二段打循環60 min，浸泡60 min，沖洗60 min；

（4）循環期間隨時觀測pH值的變化情況，使pH值始終保持在2～3之間，如清洗液水質混濁或pH值升至中性，排放清洗液，重新配備。

注：先堿洗，后酸洗，一段堿洗時間較長，二段酸洗時間較長，堿洗浸泡最長時間約為15 h。

3.1.2 清洗所用藥劑

表2 方案1清洗所用藥劑

3.1.3 清洗效果 此次對2#、3#RO單元進行清洗，清洗自3月7日持續至3月12日，共耗時120 h，清洗過程發現，酸洗效果不是很明顯，堿洗效果較為明顯。從表中可分析出，此次清洗效果持續時間較短。

3.2 清洗方案2

3.2.1 清洗步驟

3.2.1.1 準備工作

（1）打開檢查膜元件，稱重，分析查看膜污染原因。準備相應的清洗藥劑，并記錄清洗前運行數據；

（2）檢查清洗水箱，管路和保安過濾器是否完好，將水箱內積存的塵土清理干凈；

表3 方案1清洗前后數據對比

（3）將RO產水注入清洗水箱，以每支膜組件30～40 L來配制清洗液，然后緩慢加入藥液，用清洗泵循環清洗液，測量pH；

（4）啟動低壓沖洗泵用產水沖洗RO系統；

（5）啟動低壓沖洗泵用產水沖洗RO系統。

3.2.1.2 堿性清洗 采用專用堿性清洗液，按一定比例稀釋，采用NaOH調節至pH值為10～12，循環清洗，直到pH不再變化。目的是清除膠體、微生物污染，循環時間約為30 min，浸泡時間由2～16 h不等。浸泡結束后沖洗對系統內的清洗藥液進行置換。

3.2.1.3 酸性清洗 將反滲透產水注入清洗水箱，體積計算以每支膜組件30～40 L來配制清洗液。加入專用的酸性清洗劑，采用鹽酸，按一定比例稀釋后，調節pH2～3，清洗。目的是清除系統中的碳酸鹽、硫酸鹽、金屬氫氧化物、金屬氧化物和二氧化硅等。循環時間約為30 min，浸泡時間由0.5～1.5 h不等。浸泡結束后沖洗對系統內的清洗藥液進行置換。

3.2.2 清洗所用藥劑

表4 方案2清洗所用藥劑

3.2.3 清洗效果

表5 方案2清洗前后數據對比

此次對1#、2#RO單元進行化學清洗，清洗自4月18日持續至4月25日，共耗時100 h，清洗過程發現堿洗效果較為明顯，說明膜元件有機物污染較為嚴重。

3.3 清洗方案對比分析

3.3.1 清洗方法對比

（1）清洗前對污染原因及污染物進行分析

方案2在清洗前對系統污染原因進行分析，并采用相對應的專用清洗藥劑進行清洗，這對于RO系統的清洗非常重要。陶氏膜元件能承受較寬的pH和溫度條件，只要措施得力及時，就可以很有效地進行系統清洗，最大限度地恢復膜系統的性能。但若拖延太久才進行清洗，則很難完全將污染物從膜面上清洗掉，針對特定的污染，只有采取相應的清洗方法，才能達到好的效果，若錯誤地選擇清洗化學藥品和方法，有時會使膜系統污染加劇。因此在清洗之前需先確定膜表面的污垢種類[1]。

（2）采用分段循環浸泡方法清洗

方案1在清洗時，對1段、2段進行了清洗藥劑的分別循環、浸泡，而方案2未進行分段循環浸泡。在多段系統的沖洗和浸泡步驟中，可以對整個系統的所有段同時進行，但是對于高流量的循環必須分段進行[1]，清洗流量和壓力的控制很重要,一定要保證低壓大通量的清洗方式[4]，因此方案1進行分段清洗是正確的。

（3）控制清洗液溫度

方案1對清洗液進行加溫，這可以有效提高膜元件的清洗效果，但應該控制在合理的控制范圍內。在清洗液循環期間，pH值為2～10時溫度不應超過50℃，pH值為1～11時溫度不應超過35℃，pH值1～12時溫度不應超過30℃[1]。清洗溫度和pH值直接影響膜的化學穩定性和清洗效果。溫度升高，有利于化學反應加快，提高清洗效果，但也增加了膜的溶解性[5]。

（4）清洗前低壓沖洗

方案2對RO系統進行清洗前的低壓沖洗，有利于沖洗帶走膜表面的污染物。

（5）清洗過程中注重清洗液pH值的變化

兩套方案均隨時檢查清洗液pH值變化，并向清洗箱水內補充酸或堿，但是酸性清洗液的總循環時間不應超過20分鐘，超過這一時間后，清洗液可能會被清洗下來的無機鹽所飽和，而污染物就會再次沉積在膜表面[1]。兩套清洗方案中均超過此限定值，應及時排掉清洗液，用系統產水對膜系統進行沖洗，重新配置清洗液進行第二遍酸性清洗操作。

3.3.2 清洗效果對比 從表3數據可以看出，第一次清洗基本無效果，再從表5中數據對比可看出，第二次清洗有一定的效果，但是仍未達到設計指標，一方面說明膜元件發生污堵較為嚴重，另一方面說明兩種清洗方法已經達不到恢復膜性能的要求，需進行離線清洗或更為專業的指導清洗。

從表3和表5中數據對比可看出2#RO清洗效果不佳，且在運行幾天后出現進水量、產水量急劇下降，運行壓力明顯增加，在后期運行過程中，運行工況越來越差，說明2#RO清洗不徹底，清洗只是把膜表面的污染物松動，但并沒有將污染物帶出系統，在運行過程中，經大流量沖刷，一些污染物被沖走，但由于濃水通道十分狹窄，被濃水格網擋住，對來水形成較大的阻力；由此造成膜元件污堵越加嚴重。

4 結論

通過對兩套清洗方案的對比及清洗效果的分析，兩套方案均存在優劣，對其方案進行篩選，提出一些在今后污水RO系統化學清洗過程中的建議。

（1）清洗前應根據RO系統實際運行情況分析污染原因，對污染物特性進行深入了解，最終確定優效配方。根據污染物不同，選擇不同的清洗劑，可有效提高清洗效果。若污染嚴重，應當考慮進行離線清洗。

（2）清洗過程中應進行分段清洗，并對清洗液進行加溫，以保證更好的清洗效果。

（3）清洗方案不同，最終清洗的效果也會有所不同，RO系統的清洗，應當聘請專業的清洗公司進行清洗，并評定系統運行效果和清洗效果，可有效提高系統運行效率和膜元件的使用壽命。

（4）由于污染物多種多樣，所以膜的清洗也是一個復雜的過程。應當嚴格地遵循膜制造商和清洗化學品提供商提供的說明書指導清洗，尤其需注意清洗過程中溫度、pH值、流量、壓力等關鍵參數的控制，可有效避免膜元件在清洗過程中造成不可逆污染或損壞。

[1］Dow filmtec manual[M］.Dow Chemical，2006:209-223.

[2]RO系統操作規程[M］.陜西高圣電子科技有限公司，2010，4.

[3]吳斌.反滲透膜的污染與清洗[J］.清洗世界，2008，24（6）：32-34.

[4]呂慧，王偉，何麗麗.反滲透膜污染監測及控制方法[J］.化學工業與工程，2010，27（6）：525-529.

[5]山東淄博嘉周熱電有限公司.反滲透膜污染分析及其清洗研究[J］.中國電力，2005，（3）：11-17.