反滲透膜化學清洗的應用

陳士凱 雷占友

摘 要：介紹了反滲透膜污染的產生、特征及化學清洗的方法;通過320m3污水深度處理及回用裝置生產實例闡明在反滲透脫鹽系統中，膜的污染已成為反滲透系統長期穩定運行的最大障礙，需要有效實用的化學清洗技術以實現反滲透系統的長期穩定運行。防治膜污染是確保反滲透膜系統穩定運行的關鍵之一。

關鍵詞：反滲透;膜污染;化學清洗;膜分離

以高分子分離膜為代表的膜分離技術作為一種新型的流體分離的單元操作技術，三十年來取得了令人矚目的巨大發展，已廣泛應用于化工、食品、醫藥、電子等行業。但是膜在使用過程中會受到污染，使膜的性能下降，更嚴重時會使膜分離失去實際應用價值而不得不更換膜元件。相對于最初的投資成本來說，經常更換RO膜元件（并計入增加相關儀器、取樣閥門和清洗設備）則顯得昂貴得多，同時也是一種不必要的浪費。原水預處理質量的好壞，只能解決膜被污染速度的快慢問題，而無法從根本上解決膜污染的問題。然而膜的化學清洗技術不僅可以徹底解決膜的污染問題，而且可以延長膜的使用壽命，保證反滲透系統穩定正常的運行。

1 膜污染的產生

對于分離膜技術，盡管選擇了較合適的膜和適宜的操作條件，但是在運行過程中仍然會出現膜的透水量隨運行時間增長而下降的現象，即膜污染問題必然產生。膜污染是指料液中的某組分在膜表面或膜孔中沉積導致通量下降。對于膜來說，一旦料液與膜接觸，膜污染即開始。具體地說，膜污染就是指膜裝置在運行過程中，水中污染物質沒有從膜表面傳質回到進水中，在膜表面或膜孔中吸附、富集，使水透過膜的阻力增加，妨礙了膜表面上的溶解擴散，膜表面會被它截留的各種雜質所覆蓋，從而導致膜的產水量和水質下降;同時由于沉積物占據了鹽水通道空間，膜孔也會被更細小的雜質堵塞變小，限制了組件中的水流流動，增加了水頭損失，從而使其分離性能下降。最終結果是縮短了膜的使用壽命，增加了系統運行成本。一般認為，膜的污染是造成膜組件運行失常的主要影響因素之一。因此必須采取有效的清洗方法，去除膜表面上或膜孔內的污染物。

2 清洗方案

膜的清洗方法一般包括化學清洗和物理清洗兩種。物理清洗方法包括水力清洗和機械清洗，而通常應用較多的是化學清洗?；瘜W清洗實質上是污染物與清洗劑之間的一種多相反應。

2.1 常見的污染物和化學清洗劑

在一般水處理過程中，反滲透膜元件經常會受到給水中存在的懸浮物質或難溶物質、顆粒、膠體、微生物等的污染。這些污染物中最常見的有無機沉積物，如碳酸鹽垢、硫酸鹽垢、金屬氧化物垢、硅沉積物及有機沉積物或生物沉積物等。

化學清洗劑包括酸、堿、螯合劑、表面活性劑、酶、消毒劑和專用清洗劑。常用的有檸檬酸、鹽酸、氫氧化鈉、三聚磷酸鈉、十二烷基笨磺酸鈉、EDTA等。由于膜污染的復雜性，有時清洗劑不只使用一種，可以混合使用，也可以分開使用。

2.2 膜污染的確定

不同的沉積物會對膜元件性能造成不同程度的損害。反滲透膜污染是以顆粒物質、膠體、有機物或微生物為主體的復合污染，不同類型污染的相互作用與相互促進使膜污染變得非常復雜。其中膠體和有機物是加速促進膜污染的重要因素。首先，根據反滲透系統水質分析報表、運行操作記錄和當前反滲透裝置的運行狀況，初步判定膜污染物的種類。

在不能采用化學分析的情況下，可以根據SDI的測定情況，測試膜片上殘留物的顏色、密度，然后對污垢進行分類。比如，呈褐色的殘留物引導我們判斷是否為鐵污垢;白色殘留物則可能是硅、砂質粘土、鈣垢等;晶狀體外形是無機膠體、鈣垢的一個特征;生物污垢或者有機污垢，除了從氣味上分析判斷外，通常還可以看出這類污染物呈現粘稠狀。

2.3 清洗程序選擇

確定了膜表面的污染物，那么就必須選擇正確的清洗程序。如果認為污垢為金屬氫氧化鈉，比如：含鐵的氫氧化物、或者鈣垢，那么可采用檸檬酸清洗;如果確定主要污垢為有機物或者微生物，那么建議使用堿性清洗方法。另外在選擇清洗方法是還應該參考發生污堵的部位，如一段堵塞先堿洗，二段堵塞先酸洗，因為實際生產中結垢主要是在二段，而一段的主要是細菌、微生物等污染，如果在不確定的情況下，可打開膜殼端蓋分析污染物再進行確定。本文實例選擇先酸洗再堿洗浸泡的方法，酸洗以清除膜表面的無機垢污染為主，時間較短，可以去除鈣鹽等無機物垢類，之后堿洗對膜的有機物污染、生物污染效果較好（見表1）。

3 化學清洗的應用

3.1 化學清洗實例

320m3污水深度處理回用裝置于2007年投用，設計要求以上游300m3污水處理廠合格出水為原料，產水指標達到動力鍋爐給水系統的補水水質要求。主體工藝為：曝氣生物濾池+纖維過濾+微濾+反滲透的組合工藝。其中反滲透單元回收率75%，總脫鹽率達97%以上。

3.2 清洗步驟

①停機需要清洗的反滲透系統，清洗水箱;②配制清洗溶液：采用清洗液1，藥液量5加侖（等于22173L），配制時用不含游離氯的反滲透產品水并混合均勻，溫度32℃～36℃，pH控制在酸洗2～3左右，堿洗11.5左右;③循環--浸泡：循環壓力015MPa左右，排放最初回流洗液，每次60～120min，電導率：4000～6000μs/cm，停泵浸泡2h。重復以上循環—浸泡操作;④排放：清洗完成后，將清洗液排放;⑤沖洗：開啟沖洗泵將反滲透內洗液全部置換完。

4 清洗效果評價

效果評價包括對產水量和水質兩部分。從實際生產可以看出：洗膜后的過濾阻力明顯下降，過濾膜前后壓降從洗膜前的827～1103kPa降到洗膜后的379～621kPa;水通量明顯提高，產水量和水質都有不同程度的提高，可恢復性比較明顯，產水量增加30%～70%，電導率降低019～218μs/cm。這說明此項清洗工藝是合理可行的，能夠達到預期的目的，延長了膜的使用壽命。

5 結束語

由于膜的更換費用是膜運行費用中最大的一項，為了恢復良好的透水和除鹽性能，維護膜表面的潔凈，延長膜的使用壽命，周期性清洗膜以除去污染物是非常必要的。它不僅有利于確認污染原因，消除污染源，確定適宜的化學清洗配方進行化學清洗，同時也可以對前期處理系統提出運行評價與改進方案。