反滲透保安過濾器污堵的原因分析及預防措施

張 杰，梅武豐，劉 佳

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

1 簡介

1.1 裝置簡介

某脫鹽裝置生產精制水能力620m3/h，主要以凈水和甲醇裝置回收的工藝及透平冷凝液為原料，通過采用UF、RO雙膜技術+離子交換混床除鹽工藝除去水中的各種陰陽離子，制得合格的精制水，以滿足用戶的用水需求。其中，UF出水控制：濁度≤1NTU；RO進水控制：SDI15≤3，余氯＜0.1mg/L；RO出水控制：電導率≤10μS/cm；混床出水控制：電導率≤0.2μS/cm、SiO2≤0.02mg/L。

1.2 流程簡介

工藝流程見圖1。

圖1 UF、RO雙膜技術+離子交換混床除鹽工藝流程簡圖

1.3 反滲透保安過濾器系統

保安過濾器設置在反滲透單元之前，目的主要是延長反滲透膜的使用壽命，防止水中的大顆粒物雜質進入反滲透單元造成膜絲污堵，進而影響反滲透膜的性能，如產水量下降、脫鹽率降低、跨膜壓差增加等。本裝置反滲透單元共設有四套保安過濾器，為臥式設置，每套保安過濾器安裝有三支大通量濾芯，其控制參數為：單套設計流量185m3/h、過濾精度5μm、設計壓力0.6MPa、運行壓差＜0.2MPa。

1.4 反滲透單元加藥系統

為確保反滲透單元正常運行，防止反滲透運行過程中有結垢傾向，避免反滲透膜被預處理過程中殘余的余氯氧化，反滲透單元運行時需連續投加阻垢劑和還原劑。此外，為了保護反滲透膜防止其受到微生物侵害，需定期向反滲透單元沖擊投加非氧化殺菌劑BIO進行殺菌處理。反滲透單元三種保護藥劑投加地點均為保安過濾器進水端，具體加藥控制如下：

（1）反滲透單元投加的阻垢劑為高效阻垢分散劑PTP-1100，投加質量濃度為3.5mg/L，投加方式為連續投加。原設計為阻垢劑計量泵根據4套反滲透裝置的總產水流量變化自動調節計量泵的頻率，即反滲透裝置總產水流量與阻垢劑計量泵的頻率成正比。

（2）反滲透單元投加的還原劑藥品為亞硫酸氫鈉，投加質量濃度為3mg/L，投加方式為連續投加。原設計為還原劑計量泵根據4套反滲透裝置總進水氧化還原電位（ORP）自動調節計量泵的頻率，即反滲透裝置總進水ORP與還原劑計量泵的頻率成正比。

（3）反滲透單元投加的非氧化殺菌劑為BIO，投加質量濃度為3mg/L，投加方式為沖擊投加。為避免反滲透膜內出現細菌滋生情況，需要定期向反滲透單元沖擊投加非氧化殺菌劑，投加頻率為反滲透裝置每連續運行8h投加2h。

2 保安過濾器運行情況及異常現象

2019年以來，反滲透保安過濾器出現進、出口壓差上漲較快、微生物滋生導致濾芯更換頻繁的問題。據統計，保安過濾器濾芯更換頻率為12～14d。拆檢保安過濾器發現，濾芯表面和過濾器筒體內壁出現帶有土腥味的淡黃色黏狀物，即便更換濾芯時對這些黏狀物進行徹底清洗處理，保安過濾器運行一段時間后，濾芯表面、過濾器筒體內壁又會重新出現此類黏狀物。為此，對濾芯表面、過濾器筒體內壁出現的黏狀物進行了化驗分析，具體數據見表1。污染物中無機成分SEM照片及EPX譜見圖2。

表1 保安過濾器內污染物分析數據

圖2 污染物中無機成分SEM照片與EDX 譜圖

3 保安過濾器濾芯污堵的原因分析

3.1 原水水質的影響

（1）脫鹽水原水水源為地表水，其水質不穩定，尤其隨季節變化較大。從保安過濾器內污染物分析情況來看，原水中含有大量的有機物、細菌等有害物質，這說明原水進行預處理時殺菌力度不夠而后續UF系統殺菌劑投加量又不足，以致UF產水中細菌大量繁殖而造成保安過濾器濾芯出現污堵。

（2）通常，為避免反滲透單元受到鋁污染而出現膜絲污堵，反滲透進水的Al3+含量應小于0.05mg/L。但根據保安過濾器內污染物中Al3+含量情況來看，本裝置原水中Al3+含量明顯超標。而原水中的Al3+主要來源為凈水廠進行水質凈化過程中投加的PAC，因此保安過濾器濾芯出現鋁鹽污堵，是因為PAC投加過量或澄清過濾效果差所致。

3.2 反滲透單元加藥情況

按原始設計，阻垢劑、還原劑計量泵的頻率分別根據4套反滲透裝置的總產水流量、總進水ORP的變化而成正比例變化，即連鎖自動調節計量泵的加藥量。但因裝置投產后初期使用的可連鎖控制、自動調整加藥量的電磁泵故障頻發而又維修困難，故將其全部更換成為便于檢修的手動調節沖程泵。但實際生產過程中發現，更換加藥泵的加藥系統存在以下問題：

（1）由于更換后的計量泵最大沖程為原始計量泵的5.6倍，以致加藥時出現低沖程不打量，高沖程加藥過量的情況。據計算，目前反滲透單元保護藥劑的每小時加藥量約為正常需求量的1～2倍。此外，反滲透單元所使用的還原劑為亞硫酸氫鈉，若投加量過大，系統中將會存在大量的硫酸鹽，而硫酸鹽還原菌在無氧或缺氧狀態下會利用硫酸鹽中的氧進行氧化反應而大量生長繁殖形成細菌群。因此，保安過濾器污堵與還原劑投加過量有關。

（2）反滲透單元投加的阻垢劑PTP1100主要成分為含磷小分子有機物，在高溫環境易分解成正磷酸鹽，而磷酸鹽是微生物維持生命活動所需的營養物質，過量的阻垢劑存留在系統內為保安過濾器內微生物的富集滋生創造了有利條件，因此保安過濾器污堵與阻垢劑投加過量有關。

（3）為防止反滲透膜絲被氧化，反滲透進水余氯控制在0.1mg/L以內，這樣就給微生物滋生創造了有利條件，為此需在保安過濾器進水端投加非氧化殺菌劑BIO以抑制微生物滋生，BIO投加控制是否得當將直接影響微生物的滋生情況，進而決定保安過濾器是否會出現污堵情況。

3.3 超濾、保安過濾器等設備情況

（1）從超濾UF系統運行情況來看，雖存在少數膜絲斷裂情況，但均及時進行了修復，且整個運行過程UF產水濁度均嚴格控制在1NTU以內。因此，未出現UF進水進入產水側導致UF水箱水質超標問題。

（2）保安過濾器壓力表選型合適，其進出口壓力均處在壓力表量程的1/3～3/4位置，不存在壓力表選型不當導致壓力指示存在偏差情況。

4 保安過濾器濾芯污堵的預防措施

1）及時與凈水廠進行溝通，要求其提高原水殺菌力度、合理控制PAC投加量以及做好原水的混凝澄清和過濾工作，確保原水水質合格。

2）根據生產需要，為嚴格控制系統余氯量（超濾產水余氯0.2～0.3mg/L、反滲透進水余氯＜0.1mg/L），防止微生物滋生，在原有分析的基礎上增加現場余氯分析，以便現場操作人員能夠根據分析情況及時跟蹤系統余氯量，合理調整系統殺菌劑的投加量。

3）恢復裝置原有設計，將目前使用的手動調節計量泵全部更換為可通過連鎖控制自動調整加藥量的電磁泵，確保阻垢劑、還原劑投加量正常。

4）加強本裝置預處理系統的優化，定期檢查多介質過濾器、超濾UF運行效果，出現偏差時及時調整，避免預處理系統運行不當導致后續產水水質下降。

5）改變以往殺菌劑單一投加調整的操作方式，在有效氯含量達標的情況下，通過沖擊式投加非氧化殺菌劑BIO來抑制微生物滋生，避免通過單一調整殺菌劑投加量，導致整個系統各藥劑投加量的平衡遭到破壞。

5 措施實施后效果

1）原水水質大幅好轉，經裝置預處理系統后，后續反滲透進水電導率變化明顯，下降幅度約40%，反滲透運行環境轉好，反滲透運行壓差上升緩慢、產水量穩定、在線化學清洗周期性正常。

2）合理控制殺菌劑、阻垢劑、還原劑投加量后，系統殺菌效果明顯，拆檢保安過濾器發現，濾芯表面和過濾器筒體內壁帶有土腥味的淡黃色黏狀物基本消除；反滲透進水ORP趨于穩定，基本維持在210～250mV波動，藥量投加趨于規律。

3）保安過濾器濾芯壓差及更換情況。措施實施后濾芯壓差上升緩慢，運行25d左右壓差仍可保持在0.1MPa以內（圖3）；保安過濾器濾芯平均更換周期大幅延長，由措施實施前12-14d左右的平均更換周期提升至措施實施后的25～27d，保安過濾器運行周期大幅延長（表2）。

圖3 保安過濾器壓差變化趨勢

表2 實施措施后保安過濾器更換周期

4）系統維護費用方面。一年以330d計，粗略估算措施實施前濾芯消耗量為：（330/14）支，措施實施后濾芯消耗量為：（330/25）支，按市場價濾芯價格1 500元/支計，每年可以節省濾芯支出費用約20萬元左右。

經過綜合判斷和分析，及時采取得當的應對措施，經過調整優化，反滲透保安過濾器壓差上升幅度整體下降明顯，更換周期大幅延長，濾芯消耗明顯降低，系統運行趨于穩定。

6 鞏固措施

從措施實施后取得的效果來看，已達到了降低反滲透保安過濾器濾芯更換頻次、縮減濾芯支出費用的目標，但為了確保裝置后續能長久穩定運行，還需做好以下鞏固措施：

1）殺菌劑NaClO有效氯為10%，但極其不穩定，見光易分解，因此其實際有效氯含量會降低，故后續將考慮定期抽查NaClO有效氯含量，并根據分析結果計算加藥量進行調整。避免有效氯降低后，加藥量不足，導致系統殺菌力度不夠。

2）目前現場使用的余氯分析試劑為自配的標準液，易出現變質情況，后續考慮定期對試劑進行更換，避免因過期或變質造成藥劑失效，影響余氯分析結果。

3）保安過濾器濾芯雖整體更換周期明顯延長，但還是存在不穩定情況，這主要是因為各操作人員存在的操作差異及相關指令執行不到位情況。后續將在重點關注加藥量調整是否及時的同時，把控好保安過濾器濾芯更換時機，避免保安過濾器壓差出現假性降低（如啟動不同增壓泵時，保安過濾器壓差會存在0.04MPa以內的偏差），而出現提前更換情況造成的浪費。

4）由于阻垢劑、還原劑計量泵原始設計的連鎖已被摘除，新更換的電磁泵安裝后恢復連鎖需進行調試，目前不具備調試條件，后續利用裝置大修時加以解決。

7 結束語

在裝置的日常運行維護中，當保安過濾器濾芯污堵問題出現后，可通過對污染物分析，對系統超濾的余氯、反滲透進水的SDI15、濁度及凈水廠鋁離子含量等相關數據進行綜合分析和判斷；采取得當的應對措施，完全可以降低保安過濾器濾芯更換頻次、大幅度降低運行費用，確保裝置的“安、穩、長、滿、優”運行。