反滲透裝置有機物污堵后的離線清洗和處理措施

王緒文

摘 要：華電新鄉發電有限公司水處理預處理系統采用超濾反滲透凈化工藝，系統運行5年，反滲透系統出現進水壓力升高，壓差不變，出水量減少的現象，經過多次試驗分析，最終找出了反滲透污染的原因，經過離線清洗，并制定了保證安全運行的措施，徹底解決了困擾反滲透出水的問題。

關鍵詞：反滲透；進水壓力；壓差；出水量；實驗分析；措施

華電新鄉發電有限公司水處理預處理系統采用超濾反滲透凈化工藝，系統工藝設計為：石灰混凝過濾處理后的礦井排水→清水箱→清水泵→精密過濾器（150um）→超濾裝置→凈水箱→凈水泵→活性炭過濾器→保安過濾器（5um）→高壓泵→反滲透→除碳器→淡水箱→淡水泵→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→3000m3除鹽水箱。其中反滲透裝置具體參數如下：設計2套反滲透裝置，膜元件采用美國DOW公司原裝進口BW30-400低壓復合膜，設計出力：2×65t/h ，裝置回收率：75%；脫鹽率：≥98%。每套反滲透設備含12支6芯裝8英寸膜，膜組件排列方式為一級二段8∶4排列，共2×72支膜元件。阻垢劑一直采用廠家推薦美國ARGOMDC220阻垢劑（濃度：50～100%，加藥量：3.43mg/L），運行中加酸（31%），配有在線清洗設備系統，該設備運行5年，每年進行一次在線保護性清洗方式。

2012年3月份，發現反滲透進水所加阻垢劑配置箱內有大量沉積不溶物，取樣送檢電科院證實阻垢劑質量較之前有明顯變化，同時發現反滲透裝置進水壓力逐步上升（由之前的1.14Mpa升至1.50Mpa），同時產水量也逐步下降（由之前的65噸/小時降至40噸/小時），截至2012年6月中旬，產水率下降約40%，進水壓力上升至1.5Mpa左右，一二段壓差均無明顯增加，而此前運行五年均沒有此類情況發生；如果系統保持目前的情況勉強運行，可以預見系統的進水壓力會進一步升高，膜元件將會出現損壞以及膜殼結構損害的危險。同時系統出力不足已經影響到整個水處理系統的安全運行。

為了消除系統污堵問題，解決制水受限問題，新鄉公司于2012年5月對反滲透系統污堵問題進行檢查分析并清洗、制定相關防范技術措施。

1 膜元件現場檢查和污染原因分析

1.1 膜元件污堵的現場檢查

一般而言，反滲透在正常運行一段時間后，膜元件會受到給水中可能存在的懸浮物或難溶鹽的污染，這些污染中最常見的是碳酸鈣沉淀、硫酸鈣沉淀、金屬（鐵、錳、銅、鎳、鋁等）氧化物沉淀、硅沉積物、無機或有機沉積混合物、NOM天然有機物質、合成有機物（如：阻垢劑/分散劑，陽離子聚合電解質）、微生物（藻類、霉菌、真菌）等污染。

1）查閱 2012年2月-4月反滲透運行參數報表，可以明顯看出進水壓力增加和產水量減少的變化。

2）膜元件拆卸檢查：為了客觀準確分析判斷膜元件污堵情況，先后兩次對反滲透膜元件進行拆卸檢查，拆卸過程中發現，在反滲透一段進口部分膜元件中發現少量的機械雜質、焊渣、膠皮等雜質，見圖1所示。但在后續部分膜元件中則較少見到這些物質，其它部分反滲透膜從外觀上看，相對潔凈，可以判斷上述雜質可能屬于基建階段施工所致。但兩次膜元件及保安過濾器的拆卸過程中均能聞到強烈的腥臭味，部分膜元件和反滲透膜殼內壁觸摸有較滑?？梢耘袛喾礉B透膜存在微生物污染的可能性。

同時在對污染后的系統中膜元件的稱重檢測后發現，二段出口端膜元件重量達19公斤左右，較新膜高出4-5公斤左右；同時一段進口端膜元件重量則為16公斤左右，可以推斷污染主要發生在二段，可以判斷膜元件的污染疑與阻垢劑質量變化有較大的關系。

總體評價：以上外部觀察以及反滲透膜元件的產水量檢測反映出反滲透膜元件污染十分嚴重，屬于典型的重度污染

2 反滲透膜元件離線清洗

針對檢查情況，本次離線清洗范圍是#1、2反滲透裝置所有膜元件。

1）由清洗廠家將反滲透離線清洗設備、性能檢測設備發送至水處理現場，并將需要離線清洗的反滲透膜元件拆離系統。

2）反滲透膜元件性能測試：

a.單支膜元件單獨測試其各項性能指標，包括：脫鹽率、產水量、壓差、重量等，并作好測試前記錄。

b.脫鹽率、產水量和壓差測試條件：2000ppm NaCl，225psi（1.55Mpa），25℃，pH=7.5，20%回收率。根據清洗前反滲透膜元件性能檢測結果，在遭受污染后，反滲透膜脫鹽率并沒有太大變化，但其產水量較正常水平下降了40%左右，平均產水量只有約0.85噸/小時（正常水平約1.5噸/小時左右）。但其脫鹽率還維持相對較好的水平。

3）采集運行反滲透系統的各參數指標，作好原始記錄。

4）根據用戶原水全分析報告、性能測試結果及所了解的系統信息判斷清洗流程。

5）準備KY-410、KY-420、KY-430反滲透膜專用清洗劑。

6）準備非氧化殺菌劑BSS881及清洗活性劑。

7）在反滲透專用清洗設備上用以上清洗劑結合物理處理清洗手段進行試驗性清洗，以選擇恰當的清洗配方和清洗程序。

8）本次清洗選用了對提升產水量有效的多種清洗配方及方案，經過第一遍酸性清洗劑、堿性清洗劑的聯合清洗之后，清洗溶液顏色變化明顯，由無色變化橘黃色，見圖2所示。

膜元件的平均產水量僅有15%左右的提高，脫鹽率和單支膜元件的壓差并沒有明顯的變化；結合清洗過程中對清洗液的分析和部分膜元件的清洗實踐，最終確定主要由KY430反滲透專用清洗劑為主對膜元件進行清洗處理，并采用KY410和KY420配合使用。

經過清洗，絕大部分的膜元件的產水量均恢復到了新膜的水平，脫鹽率水平保持較好。

9）對清洗后的膜元件進入測試平臺進行測試并作記錄，不符合要求的將重新送入清洗設備進行處理。結果顯示，在以上測試條件下，單支膜元件出水量達到1.5噸/小時左右，清洗后部分反滲透膜的脫鹽率較清洗前略有提高，具體數據見附件1、2《反滲透膜元件清洗前后記錄》。

總體評價：單支反滲透膜元件的測試結果，本次清洗結果良好，單支膜元件的性能參數已基本達到新膜的水平。

3 反滲透膜污染原因分析

通過解體檢查和清洗結果可知，造成反滲透膜污染的原因可能存在以下幾方面的原因：

1）反滲透設備基建安裝至投運過程中，來水或管路中存在的機械雜質、焊渣、膠皮等污染物被帶入到反滲透裝置中，造成反滲透一段進口部分膜元件的污染。

2）2012年3月份，發現反滲透進水所加阻垢劑配置箱內有大量沉積不溶物，取樣送檢電科院證實阻垢劑質量較之前有明顯變化，同時發現反滲透裝置進水壓力逐步上升（由之前的1.14Mpa升至1.50Mpa），同時產水量也逐步下降（由之前的65噸/小時降至40噸/小時），截至2012年6月中旬，產水率下降約40%，進水壓力上升至1.5Mpa左右，一二段壓差均無明顯增加，而此前運行五年均沒有此類情況發生；同時在對污染后的系統中膜元件的稱重檢測后發現，二段出口端膜元件重量達19公斤左右，較新膜高出4-5公斤左右；同時一段進口端膜元件重量則為16公斤左右，由于污染主要發生在二段，可以判斷膜元件的污染疑與阻垢劑質量變化沉淀物有較大的關系。

3）先后兩次膜元件及保安過濾器的拆卸過程中均能聞到強烈的腥臭味，部分膜元件和反滲透膜殼內壁觸摸有較滑。一二段壓差均無明顯增加，可以判斷反滲透膜存在有機物微生物污染的可能性。

4）反滲透膜清洗過程中針對有機物、微生物清洗較為有效的KY430用量較大，且膜元件清洗過程中清洗液顏色有所加深，由此可以判斷反滲透膜存在微生物污染的可能性；同樣在保安過濾器更換濾芯和反滲透膜元件更換過程中發現，殘存在系統中的水中有刺鼻的腥臭味，同樣能證實系統確實存在微生物污染問題。

5）反滲透膜元件清洗過程性能恢復比較困難，需要花費相當長的時間來進行處理，同時#1反滲透離線清洗前曾進行了3天的在線清洗工作，清洗后水量有所恢復，但膜元件的重量并沒有明顯變化，在線清洗并沒有徹底清除污染物，表明污染物附著在膜表面較為牢固。

4 反滲透膜運行保養建議

為使清洗后系統性能穩定，保證系統安全運行，新鄉公司從以下幾個方面進行系統設備及運行操作改進：

1）鑒于美國ARGOMDC220阻垢劑質量變化，導致有機物沉淀污堵膜元件，無法滿足現場使用，在咨詢膜廠家后，決定停用ARGOMDC220阻垢劑，更換使用美國清力阻垢劑PTP-0100，加藥量為4.0ppm，同時立即清洗阻垢劑配藥系統和管道，重新制定加藥方案，及時添加。

2）鑒于反滲透一段進口的機械雜質為基建施工階段遺留問題，后期發生的可能性較小，為了消除可能還存在的雜質，對保安過濾器進出口管路解體檢查沖洗，更換保安過濾器新濾芯并保證濾芯的安裝、密封到位。

3）因反滲透設備經常停運，間斷運行，存在滋生有機物的可能。規定在設備停運后，反滲透裝置啟動前，將清水箱、超濾水箱的存水排空（上一次停運時盡可能保證低水位，以節約部分用水），并用新鮮水沖洗管路10～20分鐘后，再啟動投運反滲透裝置。

4）金屬氧化物、濃鹽水或其它污染物附著在膜表面，長期存在會使其附著能力加強，會增加反滲透膜清洗的難度，為了消除這方面的影響，繼續執行每天10分鐘的反滲透裝置低壓沖洗定期工作，避免長期停運而得不到沖洗（反滲透進水沖洗時，不能啟動阻垢劑加藥泵）。

5）微生物的污染在反滲透水處理系統中普遍存在，特別是夏季有機物含量較多的情況下，微生物污染的速度越快，在夏季投運殺菌劑殺菌處理。

6）繼續執行反滲透運行加酸，維持反滲透進水PH4.5～5.5。

7）當5um進出水壓差大于0.1Mpa時，及時更換新濾芯。

8）反滲透膜組在長期運行后，不可避免會受到長期的微量鹽分結垢和有機物的累積，而造成膜組件性能的下降，當出現以下任一情況時。必須進行化學清洗，以恢復其正常的除鹽能力。

a.在正常給水壓力下，產水量較正常值下降10-15%；

b.為維持正常的產水量，經溫度校正后的給水壓力增加10～15%；

c.產水水質降低10-15%，透鹽率增加10～15%；

d.系統各段之間的壓差明顯增加10～15%。

9）保證反滲透進水水質條件符合規定要求：

最大操作壓力：1.6MPa；

最高操作溫度：45℃；

余氯耐受性：小于0.1ppm；

pH耐受范圍：連續運行：2～11；短時間清洗：1～12；

最大進水濁度：小于1；

最大進水SDI：小于5；

單只膜殼最大壓差：0.35MPa；

單只膜芯最高水回收率：小于15%。

5 結語

華電新鄉發電有限公司反滲透單支膜元件，經過詳細分析論證，通過清洗模擬實驗，進行離線清洗，單支膜元件的性能參數已基本達到新膜的水平，系統啟動后運行良好，通過更換阻垢劑，制定運行維護防范措施，保證了反滲透預處理裝置的正常運行。