影響海水反滲透膜在線清洗效果的因素分析

劉衛(wèi)兵，鄭小鋼

廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東惠州 516363

0 引言

隨著運行周期加長以及高濃度含鹽海水的沖刷，海水反滲透膜表面會逐漸結垢、污堵，此時膜端壓差升高、產水流量下降、產水含鹽量逐漸升高。為了反滲透系統(tǒng)安全運行和恢復反滲透膜脫鹽性能，需要進行化學清洗。化學在線清洗是指不拆卸反滲透膜，利用系統(tǒng)配套的反滲透設備（清洗水箱、清洗保安過濾器、清洗水泵、壓力表、溫度計、閥門、取樣點及在線PH表等）進行清洗。每一次在線化學清洗的效果直接影響反滲透膜的產水水質及運行周期。

1 系統(tǒng)概況

平海電廠海水淡化系統(tǒng)采用海水反滲透技術，包括海水預處理混凝澄清池、超濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)以及所有必需的輔助系統(tǒng)等。海水經海水提升泵抽水至預處理混凝澄清池，通過加混凝劑（聚合氯化鋁）混凝沉淀及加次氯酸鈉殺菌處理，然后經超濾過濾處理后收集到超濾水池，超濾水池清水經反滲透保安過濾器過濾后經反滲透高壓泵升壓，再經能量回收裝置再次升壓后進入反滲透膜系統(tǒng)進行除鹽淡化處理，達到凈化海水的目的。

2 清洗條件

反滲透系統(tǒng)在正常的運行過程中，標準化的產水流量和系統(tǒng)脫鹽率會因污染出現分別下降或同時惡化。其根本原因為反滲透元件內的膜元件受到污染。污染來源包括：無機鹽垢、微生物、膠體顆粒和不溶性的有機物質。這些污染物因設備運行而沉積在膜表面，導致設備運作環(huán)境下降。當下列情況出現時，需要進行化學清洗膜元件：

1）標準產水量降低10%以上；

2）進水和濃水之間的標準化壓差上升15%以上；

3）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(tǒng)經過最初48小時運行的標準性能。

3 化學清洗方案選擇

平海電廠海水淡化系統(tǒng)至投產以來，系統(tǒng)運行情況良好，但反滲透膜化學清洗一直在摸索和試驗，經過長期的分析試驗以及對反滲透膜清洗方案的多次改進，大大的提高了反滲透膜清洗質量，維持并保證了海水淡化反滲透系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

3.1 確定污染物

對海水淡化原水（海水）水質分析結果以及對反滲透保安過濾器截留雜質進行檢查分析。因原水水質隨季節(jié)、氣候、溫度、漲潮落潮等變化而變化導致反滲透預處理產水水質也不穩(wěn)定，微生物滋生以及鈣鎂垢的沉積是影響反滲透系統(tǒng)性能的主要原因。

3.2 選擇清洗藥劑

通過對污染物性質的確認，對清洗方式和藥劑進行確認。如加檸檬酸或EDTA的酸清洗劑或在高pH下用EDTA等專用清洗劑清洗。經供應商及專家組溝通協(xié)商，選擇反滲透膜專用的化學清洗藥劑及適用于反滲透膜的非氧化性殺菌藥劑。經過多次的清洗及調整試驗，以確定合適的化學藥劑和清洗方案。

3.3 確定清洗方案

3.3.1 清洗程序

酸洗：去除無機鹽垢、金屬氧化物或氫氧化物、無機膠體。

堿洗：清除膜表面的生物污染、有機污染等。

殺菌：殺滅或抑制微生物(藻類、霉菌、真菌)的生長。

3.3.2 復合清洗

通常膜元件的污染一般分為三層：微粒、膠體及生物物質等會粘附在第一層，各種鹽類及鐵鋁等金屬化合物會積沉在第二層，交叉結合的復雜硅酸鹽、絡合性的有機物等則會粘附在最靠近膜的第三層。只有通過復合清洗，將酸洗、堿洗、殺菌等程序統(tǒng)一連接起來清洗，才能達到最終的清潔目的。

3.3.3 動靜交替清洗

動靜交替清洗是指在流動狀態(tài)下同時將溫度、pH值等參數設置完畢，再將膜元件中置于清洗液靜態(tài)浸泡。多次實驗證明，動靜交替的清洗效果突出，遠超于清潔劑以流動狀態(tài)單一動態(tài)清洗的效果。

3.3.4 清洗方案的確定

經多次試驗最終確定清洗程序為：

1）酸洗循環(huán)→浸泡→酸洗循環(huán)→清水沖洗；

2）堿洗循環(huán)→浸泡→堿洗循環(huán)→清水沖洗；

3）殺菌循環(huán)→浸泡→殺菌循環(huán)→清水沖洗；

4）酸洗循環(huán)→浸泡→酸洗循環(huán)→清水沖洗。

4 清洗過程關鍵要素控制

4.1 pH

酸洗的pH控制2～2.5，不允許低于2。堿洗的pH控制11～11.5，不允許高于12。殺菌的pH控制7-8。隨著清洗的進行，膜元件上附著的污染物會消耗掉清洗藥品，引起pH值產生改變，導致清洗效果降低。因此在清洗過程中，設備管理人員應清洗液pH值隨時監(jiān)測，根據實際情況調節(jié)pH值。當測定的pH值偏離目標PH值0.5以上時，對清洗液進行添加相應藥品。

4.2 溫度

在溫度升高的環(huán)境中，清潔液的化學反應加快，對清洗的效果有所提高，但同時也會使膜元件本身的溶解性增大。而清洗液溫度較低時將會導致清洗效果變差。為達到最佳的清洗效果，在最終的清洗方案中，控制清洗液溫度35℃左右。堿對膜傷害更大，pH≤10，溫度可到40℃；pH≤11，溫度可到35℃；pH≤12，溫度可到30℃；不能同時提高pH值和溫度。

4.3 清洗時間

酸洗循環(huán)清洗30-60分鐘后浸泡，浸泡時間2小時或更長（視污染程度），浸泡過程中，每30分鐘，循環(huán)1次約5min。浸泡結束后再循環(huán)清洗30min～60min或更長（視污染程度）。對于高壓差狀況，建議隔夜浸泡8-12小時，每1小時，循環(huán)1次約10min～15min，保證系統(tǒng)內的清洗液濃度不降低，因為酸對反滲透膜的傷害小，建議長時間浸泡滲透(堿洗需要適當縮短時間)，每次循環(huán)需要測量溶液的pH，如果pH值上升至3以上，需要添加新的酸液。

堿洗和殺菌過程，循環(huán)清洗30min～60min后浸泡，堿洗時浸泡時間2h或更長（視污染程度），殺菌時視情況定是否需要浸泡。浸泡過程中，每30min，循環(huán)1次約5min。浸泡結束后再循環(huán)清洗30-60分鐘或更長（視污染程度）。

4.4 清洗流量

通過總結我廠多次清洗經驗，低壓力、高流速可以防止清洗循環(huán)的浸泡階段脫落的污染物重新沉降到膜表面。最合適清洗的流量是現行基準的1.0～1.2倍。化學清洗的過程中，此流速可保證清洗藥劑與粘附在膜表面和網絡中的污染物進行充分接觸，污染物充分溶解和分散后被沖刷出去，避免出現死角和偏流現象，取得良好的清洗效果。我廠現今循環(huán)清洗液流量維持在450至520m3/h，即單支膜的清洗進口流量6.9m3/h ～8m3/h。

4.5 清水沖洗

酸洗、堿洗、殺菌后需沖洗至產水清潔、無異味、無泡沫、無清洗劑，電導正常，否則不能開啟系統(tǒng)。

5 清洗注意事項

1）當準備清洗液時，應確保在進入膜元件之前，所有的清洗化學品充分溶解和混合。須使用反滲透產水，或經過濾的低硬度水配置清洗液；

2）設備在化學清洗后需恢復到正常操作壓力和流量，但此前應采用反滲透產水對膜元件進行沖洗（最低溫度＞20℃），并且必須注意需要使用低流量和壓力下沖洗殘留化學藥劑；在清洗過程中清洗液也會進入到反滲透的產水側，因此，產水必須經不合格產水排放閥排放10分鐘以上；

3） 在清洗液循環(huán)期間，清洗液溫度不應超過35℃。一般測定pH值偏離設定pH值0.5以上時，就要添加清洗藥劑；

4）清洗液流動方向與正常運行時介質的流動方向必須相同，以防止元件出現“望遠鏡”現象，因為反滲透膜殼內的止推環(huán)僅安裝在反滲透膜殼的濃水端。

6 清洗過程中的運行監(jiān)督和效果評估

系統(tǒng)壓降是清洗全程中重點監(jiān)督項目，確保各項清洗液各項指標（流量、溫度、濃度、 pH值及清洗液顏色變化等參數）都在規(guī)定的范圍內。清洗過程中，當以下條件（藥劑濃度或pH 值）連續(xù)兩次測定值穩(wěn)定不變，且兩次測定的時間間隔在半個小時以上視為達到要求，清洗結束。

清洗結束后，將閥門回復正常運行狀態(tài)。啟動系統(tǒng)，記錄產水電導率、產水量和各段壓力等。按公式計算壓降、脫鹽率及回收率等，并與上次清洗的效果比較，若效果不明顯則需要重復清洗至膜的性能接近初始值。脫鹽率有三種情況（無變化，相差2%內、大于3%）分別對應為無變化，效果理想和需要調整配方，實現對清洗工藝的嚴格控制。

7 結論

清洗的最終目的是恢復膜元件的性能，并不能單純以物理與化學手段硬性劃分清潔手段，將兩種方法有機結合更可以有效提升清潔效果。如膜元件出現嚴重堵塞，則需要通過物理手段強化，達到最佳的清洗效果。

反滲透膜的化學清洗是反滲透系統(tǒng)運行維護中的一個重要環(huán)節(jié)，其清洗效果直接影響反滲透膜的使用性能及使用壽命。科學優(yōu)化清洗手段，監(jiān)督調整反滲透預處理，可有效實現膜系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定及經濟運行。

[1]周柏青.全膜水處理技術.中國電力出版社，2006，4.

[2]馮敏.現代水處理技術.化學工業(yè)出版社，2006，5.