反滲透膜離線清洗設(shè)備研究

劉艷軍 邸久生 于建國(guó)

【摘 要】反滲透膜離線清洗設(shè)備用于清洗受到污染的反滲透膜，延長(zhǎng)膜的使用壽命。隨著反滲透膜分離技術(shù)的廣泛應(yīng)用，反滲透膜離線清洗設(shè)備也得到了很大發(fā)展。從單向單工位、雙向單工位，進(jìn)而發(fā)展到雙向多工位。反滲透膜離線自動(dòng)清洗設(shè)備集自動(dòng)控制自動(dòng)檢測(cè)于一體，提高了工作效率降低了人力成本，對(duì)膜工程的應(yīng)用發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】反滲透膜；離線清洗設(shè)備；自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)： X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）27-0019-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.008

【Abstract】The off-line cleaning equipment of reverse osmosis membrane is used to clean the contaminated reverse osmosis membrane，extending membrane lifetime.With the wide application of reverse osmosis membrane separation technology，the off-line cleaning equipment of reverse osmosis membrane has been greatly developed.A series of equipments such as Single direction with one station，double direction with one station，double direction with more stations gradually emerge.The new-style equipment that has the functions of auto-control and automatic detection is useful for increasing efficiency and reducing labor costs，and it can also boost the development of membrane engineering.

【Key words】Reverse osmosis membrane；Off-line cleaning equipment；Auto control

0 引言

反滲透膜技術(shù)是20世紀(jì)60年代興起的一項(xiàng)新型分離技術(shù)，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過程[1]。國(guó)內(nèi)反滲透技術(shù)的應(yīng)用開始于20世紀(jì)70年代，多半用于半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)，80年代后期發(fā)展到火力發(fā)電行業(yè)，到90年代已經(jīng)廣泛應(yīng)用到飲用水生產(chǎn)領(lǐng)域。目前，反滲透膜已廣泛應(yīng)用于石油化工、鋼鐵、醫(yī)藥、食品飲料、市政及環(huán)保等諸多領(lǐng)域，并在海水淡化、鍋爐給水、飲用純凈水生產(chǎn)及廢水處理中發(fā)揮著不可或缺的作用[2]。

反滲透膜分離過程中，物料中的微小顆粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子等與膜孔間存在著物理化學(xué)或機(jī)械作用，導(dǎo)致各種固體物質(zhì)或溶質(zhì)成分在膜孔內(nèi)吸附、沉積，使得膜孔徑變小或堵塞，膜污染后會(huì)使膜分離阻力增大，產(chǎn)水率下降、脫鹽率下降、壓差增大，導(dǎo)致膜的使用壽命縮短[3]。因此，需及時(shí)對(duì)被污染的膜進(jìn)行清洗，確保反滲透系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命。

目前，反滲透膜的清洗方式有在線清洗和離線清洗兩種方式。在線清洗是在膜剛出現(xiàn)污染而污染程度很低或進(jìn)行維護(hù)性清洗時(shí)采用。在線清洗可以節(jié)約裝卸膜的時(shí)間和相應(yīng)費(fèi)用。但在線清洗存在膜有可能被二次污染的可能、膜清洗流量較低、藥液濃度、溫度等參數(shù)難以保證之類問題。所以一但發(fā)現(xiàn)膜已經(jīng)被污染，通常要進(jìn)行離線清洗。離線清洗就是將受污染的反滲透膜裝入專用的清洗設(shè)備中進(jìn)行清洗。

1 傳統(tǒng)反滲透膜離線清洗設(shè)備

1.1 單方向清洗的反滲透膜清洗設(shè)備

1藥洗箱2藥洗泵3過濾器4反滲透膜5反滲透膜殼6藥液進(jìn)口7藥液出口8回流管9塑料軟管10排污口11中心管12排污管13排污閥14進(jìn)液管

單方向清洗的反滲透膜清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由藥洗箱、藥洗泵、過濾器、反滲透膜、反滲透膜殼、管路及閥門組成[4]。膜殼兩端頂部左側(cè)是藥液出口，右側(cè)是藥液進(jìn)口。膜殼中心有中心管，中心管左出口經(jīng)回流管路連接至藥液箱，中心管右側(cè)出口經(jīng)管路與排污閥相連。其工作原理是在藥液泵的作用下，清洗藥液經(jīng)過濾器從藥液進(jìn)口進(jìn)入膜殼，將反滲透膜浸泡于藥液中，藥液從左側(cè)出口回到藥洗箱形成回路，通過泵的作用力實(shí)現(xiàn)反滲透膜的清洗。清洗過程中從反滲透膜上清洗下來的污染物一部分通過藥液出口進(jìn)入到藥洗箱，一部分通過排污閥排出系統(tǒng)。

這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是藥液完全浸沒反滲透膜，能夠?qū)崿F(xiàn)充分清洗。不足之處在于只有一個(gè)藥洗箱，更換藥液需要先將原有藥液排空，降低了工作效率。另外，此設(shè)備的藥液循環(huán)方向是單向的，沒有反向清洗。

1.2 雙向單工位的反滲透膜清洗設(shè)備

雙向單工位清洗的反滲透膜清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)與單向清洗的類似，由一個(gè)清洗箱、藥洗泵、過濾器、膜殼、膜、管路及閥門組成。區(qū)別在于膜殼兩端增加了反向清洗管路，管路上連接有閥門，通過閥門的切換可以改變膜殼兩端清洗液的流動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)反滲透膜的雙向清洗。

此設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是具備正反向清洗，同等條件下清洗效果要優(yōu)于單向清洗。不足之處依然是藥洗箱只有一個(gè)，更換藥液不便，導(dǎo)致工作效率降低。

1.3 雙向多工位的反滲透膜清洗設(shè)備

前述兩種反滲透膜清洗設(shè)備存在的一個(gè)共同特征就是都只有一個(gè)膜殼，即只有一個(gè)清洗工位，降低了單位時(shí)間內(nèi)的清洗效率。由此，又出現(xiàn)了雙向多工位的反滲透膜清洗設(shè)備，從而提高了清洗效率[5]。如圖2所示，由六個(gè)膜殼組成的清洗系統(tǒng)，每一個(gè)膜殼相當(dāng)于一個(gè)工作工位，同時(shí)可以進(jìn)行六個(gè)反滲透膜的清洗。通過切換閥門實(shí)現(xiàn)清洗液左進(jìn)右出、右進(jìn)左出的雙向清洗。

此設(shè)備增加了膜殼的數(shù)量，膜殼之間采用并聯(lián)形式，由一臺(tái)清洗泵同時(shí)對(duì)多個(gè)并聯(lián)的膜殼進(jìn)行沖洗，提升了清洗效率。但是由于膜殼內(nèi)的每支膜污染程度不盡相同以及膜殼與泵之間管路距離不等，所以采用這種并聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致各膜殼內(nèi)的壓力不同，結(jié)果是每支膜清洗的效果有好有壞。

2 多工位聯(lián)動(dòng)的反滲透膜離線自動(dòng)清洗設(shè)備

根據(jù)前述分析可知，現(xiàn)有的離線清洗設(shè)備存在的突出問題體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）自動(dòng)化程度低，多數(shù)設(shè)備停留在單工位清洗的狀態(tài)，清洗效果與清洗效率相互制約。

（2）清洗工藝有待完善。具備正向清洗和反向清洗的功能，但在酸性藥液、清水、堿性藥液交替清洗的狀態(tài)切換上時(shí)效性不高。

（3）設(shè)備運(yùn)行的可視化程度低，不能直觀快速的了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和清洗效果。

（4）不具備在線檢測(cè)功能，無法準(zhǔn)確判斷清洗效果。

因此，開發(fā)一種反滲透膜離線自動(dòng)清洗設(shè)備尤為重要。使其能夠進(jìn)行正向清洗、反向清洗與浸泡；儲(chǔ)液箱中的酸性藥液、堿性藥液、清水通過閥門自動(dòng)切換能夠?qū)Ψ礉B透膜進(jìn)行疊加清洗；多組膜殼并聯(lián)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)提高清洗效率；裝卸方便，單人操作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)成本；清洗條件（時(shí)間、流量、溫度、藥液PH值）自動(dòng)控制，自動(dòng)加藥攪拌，自動(dòng)加溫，自動(dòng)補(bǔ)液，自動(dòng)檢測(cè)清洗效果。

2.1 設(shè)備的機(jī)械系統(tǒng)

反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備的機(jī)械系統(tǒng)由圓筒形膜殼、膜殼輸送系統(tǒng)、膜殼夾緊密封系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)四部分組成。膜殼通過支撐座與輸送機(jī)構(gòu)連接，在輸送電機(jī)的拖動(dòng)下實(shí)現(xiàn)膜殼由一個(gè)工位傳送到下一個(gè)工位。夾緊密封系統(tǒng)是將膜殼兩端可靠密封。密封后清洗系統(tǒng)方可啟動(dòng)運(yùn)行，對(duì)工位上的反滲透膜進(jìn)行清洗。如圖3所示新型反滲透膜清洗設(shè)備工藝流程圖。此設(shè)備共設(shè)置五個(gè)工位，前四個(gè)工位為清洗工位，其中一工位和三工位既有藥洗也有清水沖洗，二工位和四工位為藥洗工位。藥洗和清水沖洗都包括正向洗、浸泡、反向洗三個(gè)階段，每個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間通過HMI自由設(shè)定。藥洗的藥液有酸性和堿性兩種，根據(jù)膜的污染情況進(jìn)行清洗工藝設(shè)定。第五工位是檢測(cè)工位，通過單位時(shí)間的產(chǎn)水量判定膜的清洗效果。在實(shí)際工作過程中可以依據(jù)膜的污染程度逐一進(jìn)行清洗效果檢測(cè)也可抽檢。

圖4是工藝線路圖，通過閥門改變流向?qū)崿F(xiàn)不同方向的清洗。一工位的反滲透膜首先通過閥門控制進(jìn)行清水沖洗，去除膜表面的雜質(zhì)、污垢等污染物，清水洗結(jié)束后切換閥門，對(duì)反滲透膜進(jìn)行藥液清洗。藥液洗完成后此工位的清洗過程結(jié)束，將膜殼輸送到二工位，以此類推完成前四個(gè)工位的清洗過程。

2.2 設(shè)備的控制系統(tǒng)

反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備以PLC+HMI作為主控系統(tǒng)。依據(jù)工藝要求PLC控制輸送電機(jī)、加緊放松電機(jī)、泵、閥等對(duì)象的動(dòng)作。HMI作為人機(jī)交互界面既可以監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，也可以通過屏幕按鈕操作設(shè)備的動(dòng)作。圖5是一工位操作界面，在此界面可以手動(dòng)操作閥門的開啟關(guān)閉，泵的開啟關(guān)閉及輸送、夾緊放松的運(yùn)行。同時(shí)，也可顯示各控制對(duì)象的狀態(tài)。

3 總結(jié)

隨著反滲透技術(shù)的推廣，反滲透膜污染問題也越來越受到人們的重視[6]。為了延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，反滲透膜離線清洗設(shè)備的研究越來越受到人們的重視。反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備通過閥門切換水洗和藥洗，通過輸送與密封系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了同一個(gè)膜的多工位清洗，提升了清洗效率與清洗效果。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]王騫.反滲透膜藥物清洗裝置[P].中國(guó)專利：ZL201120540670.4，2012-08-15.

[5]李毅平，黃海平，崔鐘，余志榮.一種反滲透膜離線清洗裝置[P].中國(guó)專利：ZL201120069081.2，2011-10-19.

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