反滲透的清洗和維護

一、反滲透膜的清洗

反滲透裝置在長期運行中，膜表面會逐漸積累各種污染物，如膠體、微生物、無機物垢、金屬氧化物等。這些物質(zhì)沉積在膜表面上，會引起反滲透裝置性能的下降。為了恢復膜的性能，需對膜進行化學清洗和消毒。

1．清洗的判斷標準

反滲透系統(tǒng)運行過程中，必須密切注意系統(tǒng)的脫鹽率、濃水量、透過水量以及膜組件給水側進出口壓差的變化，盡早發(fā)現(xiàn)問題，并根據(jù)原水分析報告預測可能發(fā)生的污染，調(diào)整預處理方法和變更操作條件。當出現(xiàn)下列情形之一時需對膜元件進行化學清洗：①標準化后鹽的透過率增加10％～15％；②標準化后透過液流量降低10％～15％；③進水和濃水的壓差△p較基準狀況上升了15％(基準狀況為反滲透設備最初24～48h的操作參數(shù)或上次清洗后的操作參數(shù))，各段壓力差增加15％；④作為日常維護，一般在正常運行3～6個月后；⑤需長期停用，在用保護液進行保護前。

2．膜污染特征和清洗藥劑

(1)膜污染特征

反滲透膜面上常見的污染物有金屬氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、膠體、微生物、有機物等，不同的膜污染物表現(xiàn)出不同的特征，如表4—5所示。

(2)膜清洗劑

不同的膜生產(chǎn)廠商對上述污染物采用的清洗藥劑不完全相同。具體的清洗方式或專用清洗劑參照膜廠商的技術手冊。但一般來說，酸清洗除去無機沉淀物如金屬氧化物、碳酸鹽，pH值調(diào)至2～4；堿清洗除去有機物、微生物，一般pH值調(diào)至10～12。常用化學清洗試劑如下。

①酸   HCl、H₂S0₄、H₃P0₄、檸檬酸、草酸等。其中檸檬酸較常用，其缺點是與

Fe²⁺形成難溶化合物，需要用氨水調(diào)節(jié)pH＝4，使Fe²⁺形成易溶的鐵銨檸檬酸鹽來解決。

②堿   有P0^3-₄、C0^2-₃和OH^-等，對污染物有松弛、乳化和分散作用，與表面活性

劑一起對油、脂、污物和生物物質(zhì)有去除作用；另外對Si02—也有一定的效果。

③螯合劑   最常用的為EDTA，與Ca²⁺、Mg^2-、Ba²⁺、Fe²⁺等形成易溶的絡合物，故對堿土金屬的硫酸鹽很有效，其他螯合劑有磷羧酸、葡萄糖酸等。

④表面活性劑   可降低膜的表面張力，起濕潤、增溶、分散和去污作用，最常用的為非離子表面活性劑，如TritonX-100，但應注意目前復合膜與TritonX-100不相溶。

⑤酶   主要有蛋白酶等，有利于有機物的分解。

表4—6列舉了一些常用的清洗劑配方。表4—7為建議使用的常見清洗劑。

表4—8列出了常見污染物對膜性能的影響及處理方法。

美國軍隊用反滲透化學藥品見表4—9。

3．清洗裝置

一般的清洗裝置由清洗箱、清洗泵、5～l0μm保安過濾器、管道、閥門和控制儀表(壓力表、流量表、溫度計)等組成。特殊要求時，清洗箱可裝上加熱或冷卻裝置，清洗流程如圖4—8所示。

(1)清洗箱

清洗箱應用耐腐蝕材料，如聚丙烯、玻璃鋼等制作。清洗箱的容積根據(jù)一次清洗的壓力容器的體積、清洗回路的管件和濾器等的容積來確定。

【例4-1】   反滲透裝置有8個￠8”壓力容器，每個壓力容器內(nèi)裝6個40”長的膜元件，試計算清洗箱的體積。

解：每個壓力容器的體積

8個壓力容器的容積   V₈＝0．194×8＝1．552m³。

假設使用DN80mm管徑30m清洗管道，管道內(nèi)儲水的體積

總體積   V＝V8+Vp＝1.552+0.151＝1．703m³

考慮到未預見因素，總體積乘以系數(shù)1．2，即總體積V_總＝1.703×1．2＝2．04m³

(2)清洗泵

    清洗泵通常是316不銹鋼離心泵或玻璃鋼泵。清洗泵的揚程應考慮保安過濾器的壓降、管道的阻力損失等，一般選用壓力為0．3—0．5MPa。

    膜廠商對不同規(guī)格的膜組件的清洗流速有一規(guī)定的范圍。如￠8”膜元件的清洗流量為6.8～9．1m³/h，壓力容器并聯(lián)4根，清洗泵流量為(6.8～9.1)×4＝27.2～36.4m³／h。

(3)保安過濾器

該過濾器用以除去清洗下來的沉淀物。大小由清洗流量而定。

4．一般清洗步驟

    ①用反滲透產(chǎn)水配置清洗液，檢查溶液的pH值，在清洗之前，要確定所有的藥劑都溶解并攪拌均勻。

    ②溶液混合完畢后，以合適的流量和壓力開始清洗，清洗液在最初的幾分鐘排入地溝，然后再循環(huán)。    ，

    ③清洗過程中要注意清洗液的升溫情況，觀察清洗液顏色的變化，如清洗液變色或變得較渾濁，則需重新配置清洗液。在酸清洗時要注意pH值，如pH值升高o．5個單位，則必須再加酸。

    ④停泵，使元件浸泡在溶液中1h左右。

    ⑤再循環(huán)，時間為30～40min。

    ⑥清洗完畢后，以反滲透產(chǎn)水或預處理出水沖洗出殘余的清洗液。

⑦沖洗結束，按規(guī)定的運行方式運行，最初產(chǎn)水排放至少10min。

5．反滲透設備的清洗范例

參考下述的清洗條件、清洗順序、清洗藥劑量及藥液濃度后進行實施。

(1)清洗條件

①酸洗

a.檸檬酸洗凈   2％水溶液；pH值2～4(用氨水溶液調(diào)整pH值)；低壓，希望2kg/cm²以下；水溫常溫；時間1h／段，希望浸泡1夜。

b．草酸洗凈   2％水溶液；pH值2～4(用氨水溶液調(diào)整pH值)；低壓，希望2kg/cm²

以下；水溫常溫；時間1h／段，希望浸泡1夜。

②洗滌劑洗凈   JS-200洗滌劑洗凈。5％水溶液(原液為100％)；pH值7～10(用氨水溶液調(diào)整pH值)；低壓，希望2kg/cm²以下；水溫常溫，希望為30～40℃；時間，1h/段，希望浸泡1夜。

(2)清洗順序

①第1日

a.酸洗   酸洗液為檸檬酸2％水溶液，pH值2—4(用氨水溶液調(diào)整pH值)；草酸0.2％水溶液，pH值2～4(用氨水溶液調(diào)整)。清洗順序為循環(huán)60min，浸泡30—60min，再循環(huán)30～60min，最后水洗。    ．

b．洗滌劑洗凈   JS-200洗滌劑洗凈，5％水溶液，pH值7—10。清洗順序為循環(huán)60min，浸泡30—60min，再循環(huán)30～60min，浸泡1夜。

②第2日   繼續(xù)用JS-200洗滌劑清洗，循環(huán)水洗60min。

注：可能的話希望能在清洗前進行事前浸泡。酸洗時也希望1夜浸泡。

(3)清洗液量計算(以8”膜元件18支為例)

每支膜元件酸洗液用量為40L，18支用量為720L。其中假定管道內(nèi)液量80L；每支膜元件壓力容器液量(包含膜元件內(nèi)的水量)為12L，18支為220L；洗凈水槽內(nèi)液量為420L。

注：關于管道內(nèi)液量要考慮實際設備的管線以及支管分布情況后實測計算。   

(4)藥液使用量(以8”膜元件18支為例)

   ①檸檬酸用量＝720×2％＝14．4kg，25kg/袋，需1袋。

   草酸用量＝720×0．2％＝1．44kg，25kg/袋，需1袋。

   ②氨水溶液，用于酸洗凈時調(diào)整pH值，25％水溶液，20kg/罐。

   ③了S-200''洗滌劑用量＝720X5％＝36L(將原液稀釋20倍)。

   ④NaOH水溶液，用于洗滌劑洗凈時調(diào)整pH值25％水溶液，20kg/罐。

   ⑤浸泡用藥液量5—10L/支(4”)，20—40L/支(8”)。

注：酸洗凈所使用的氨液量可按0．1kg氨／lkg酸(以100％濃度換算)進行估算。

(5)冬季停機時的措施(包括防凍結措施)

   ①停機時將甘油10％水溶液及福爾馬林1％水溶液進行置換后再停機。

   ②對于野外露天裝置要將壓力容器用薄膜油布蓋住。

   ③藥液使用量   假定水槽容積為500L、管道容積為80L、壓力容器(含膜元件)容積為220L。

   甘油需要量＝800X10％＝80kg，如果每罐22kg，需要4罐。

   福爾馬林800X1％／0．37＝21．6kg。如水溶液濃度為37％，每罐20kg，需要1罐。

6．清洗效果

成功的清洗應能使膜組件進出口壓差明顯減小(接近初期水平或上次清洗后的水平)，脫鹽率、透水量均有所恢復。如果清洗后沒有達到預期的效果，應及時與膜生產(chǎn)商和有關清洗公司聯(lián)系，對膜元件進行取樣分析，重新確定清洗方案。應該注意的是，反復進行沒有效果的清洗是有害的。