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反滲透膜污染分析及其清洗研究
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來(lái)源：公司官網(wǎng) 發(fā)布日期：2014-09-10 14:55:02 瀏覽次數：2119
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1 前言
山東淄博嘉周熱電有限公司水處理裝有四套2.5m的一級除鹽系統，93年投運，一直用自來(lái)水作水源進(jìn)行脫鹽處理。因自來(lái)水供應有限，影響了安全生產(chǎn)，98年就新上2×115m3/h 的反滲透水處理工程，使用的水源是兩個(gè)水庫積累的地表雨水。其工藝為
水庫水澄清池混凝沉清→無(wú)閥濾池過(guò)濾→細砂過(guò)濾器過(guò)濾保安過(guò)濾器過(guò)濾→反滲透→原來(lái)的一級除鹽處理系統。
水庫水因隨季節性變化大，污染重，水質(zhì)差。RO前過(guò)濾簡(jiǎn)單，沒(méi)有活性碳等過(guò)濾設備，有時(shí)SDI處理不下來(lái)，RO被迫停運，如99年就停運六次。即使正常運行，反滲透膜污堵塊，清洗頻繁，短之十天，最長(cháng)也就運行一個(gè)月必須清洗一次。反滲透膜清洗是一項技術(shù)要求很高的工作，開(kāi)始按膜廠(chǎng)家的技術(shù)標準指導清池，不久后系統出力隨之下降，恢復不了設計出力。針對這個(gè)劣化趨勢，認真學(xué)習考察了國內外的清洗技術(shù)和經(jīng)驗，結合自己的水處理 工藝特點(diǎn)，根據不同時(shí)期的水質(zhì)變化、污染物特征進(jìn)行現場(chǎng)實(shí)物試驗，尋找有效清洗配方，探索改進(jìn)工藝程序，規范操作監督標準，形成了一套完整的膜清洗技術(shù)，取得了很好的清洗 效果，保證了RO的安全穩定運行。
2 水質(zhì)分析
通過(guò)每月對水源水質(zhì)，每周對RO進(jìn)出水進(jìn)行分析，其水質(zhì)指標見(jiàn)表1。
3 反滲透膜的污染特征和原因分析
反滲透膜投入使用后，就要受到水中雜物的污染，由于各地水源水質(zhì)不同，所采取的預處理 工藝方法也不盡相同，所以反滲透的污染物各不相同，污堵的速度差別很大。即使同一個(gè)系統，每個(gè)周期的污染物也不完全相同，常常不止一種污染物，它們相互影響，加快了污堵速 率和污染的復雜性，增加了清洗難度。常見(jiàn)的污堵情況有以下幾種。
3.1膠體污堵
膠體污堵是一種普遍現象，不管是地下水還是地表水，總含有鐵鋁膠體、硅膠體、有機質(zhì)膠體 ，預處理時(shí)加入的混凝劑，助凝劑，阻垢劑等形成的膠體，這些都可能沉積在膜表面形成膠體污染。使系統質(zhì)差增加，產(chǎn)水量降低，脫鹽率下降。
3.2生物污堵
生物污堵主要發(fā)生在地表水處理系統和頻繁啟停操作的系統。單一的殺菌劑是不能將水中的各種細菌微生物全部殺死，系統設在死角區，或停用時(shí)間過(guò)長(cháng)造成細菌微生物生長(cháng)繁殖，粘附在膜表面形成生物粘膜。使系統運行壓差升高，產(chǎn)水量下降，脫鹽率先是略有上升，然后降低。
3.3化學(xué)結垢
化水結垢往往發(fā)生在二段，被濃縮鹽水中過(guò)量的溶解鹽沉淀而結垢。表現為原段壓降升高，脫鹽率下降，出力降低。只要調整好回收率和阻垢劑加量是可以控制的。
3.4顆粒堵塞
顆粒污堵往往發(fā)生在前端。主要原因是新系統投運時(shí)沖洗不徹底，保安過(guò)濾器缺陷致泥上、 細砂等腐蝕碎片通過(guò)?；蚴俏⒚诪V芯采用纏繞型號，絨毛脫落，還有是運行壓差高，使膜邊上的膜片脫落堵在下一個(gè)膜的前端。造成壓降升高、出力減小。這些是機械性污堵，是可以預防的。
膜污堵后的通性就是壓差升高，出力降低，脫鹽率降低。那么污堵到什么時(shí)候需要清洗呢。
4 膜清洗的確定
膜污染后其運行指標與投運相比，在產(chǎn)水量降低15%，校正后的壓差變化達15%或歸一化后的鹽通量達15%時(shí)應進(jìn)行清洗。
這些指標是一種預防性的保守指標，我們試驗過(guò)其指標降低40%時(shí)進(jìn)行清洗也能恢復到投運水平。另外有些單位也采用預防性的清洗，即每月定期清洗一次，來(lái)保持膜的清潔度和安全 穩定運行。
5 污染物分析
5.1根據水質(zhì)監督分析
膜污染后，系統運行的表現是一段壓差升高，出力降低，脫鹽率微降。表明主要是膠體、細菌微生物污染。通過(guò)表1的RO進(jìn)出水水質(zhì)指標，根據物料平衡理論來(lái)計算出的結果表明污染物的主要是有機物、微生物和膠體。
5.2實(shí)物分析
利用小塑料片或鏡片試驗掛在RO裝置的一段壓力容器的入口水端，運行一個(gè)周期或一段時(shí)間后取出試驗掛片，并在其壓力容器壁上刮下污染物用作分析試樣。其污染物是棕黃色粘滑性膠狀物(象黃干油)。玻璃棒粘點(diǎn)進(jìn)行燃燒有蛋白質(zhì)香味，放在鉗鍋內燃燒同樣聞到蛋白質(zhì)香 味，然后碳化。說(shuō)明有機物含量很高。放入8%的鹽酸液中不溶解，只是顏色變成了灰白色。 若要知其化學(xué)成份，最好辦法是進(jìn)行元素分析，但需大型、粘密、昂貴的分析儀器，一般的 應用企業(yè)不具備技術(shù)條件。
6 高效的清洗配方是確保清洗質(zhì)量的關(guān)鍵
目前反滲透膜的清洗配方一般都是膜生產(chǎn)商提供的，按性能一般分為酸洗、堿洗、鹽洗和氧化清洗四大類(lèi)。其配方是有保守性和關(guān)健技術(shù)的保密性，且還有不同地區，不同水質(zhì)的差異性。所以各單位使用后其清洗效果相差很大。所以我們根據理論分析和現場(chǎng)試驗來(lái)選擇了優(yōu)效的配方。
6.1選擇配方的理論依據
污染物的元素分析是選擇組合配方的理論依據。根據上節中的定性分析篩選了國內外的幾十種清洗劑進(jìn)行現場(chǎng)單體和復合配方的清洗試驗來(lái)選擇最佳清洗配方。這是簡(jiǎn)單可靠的實(shí)用方法。
6.2現場(chǎng)試驗確定優(yōu)效配方
將篩選出來(lái)的藥劑根據膜的要求調整配好濃度，PH值分裝在試驗杯中，將試驗的掛片或刮下的污染物等量的放入燒杯中，加熱到清洗溫度觀(guān)察其分散溶解狀況。有的能將污物分散成絲線(xiàn)狀，有的能將其污物完全剝落分散溶解成溶液。根據這種試驗結果，考慮藥劑的兼容性，再分析藥劑對人、對滲透膜和環(huán)境的影響效果來(lái)科學(xué)合理地選用優(yōu)效復合配方來(lái)清洗RO，將 取得優(yōu)異效果。在兩年多的50多次清洗試驗中，我們用了昂貴的進(jìn)口藥劑、低廉的國產(chǎn)藥劑 ，低濃度的氧化劑清洗過(guò)滲透膜。其膜的脫鹽率與剛投運時(shí)的一樣，即97.5%，所以清洗是 有效的、成功的。
7 清洗工藝對清洗效果的影響試驗研究
清洗配方確定后，清洗工藝和操作是確保清洗質(zhì)量的有效保證。為此，我們在現場(chǎng)這個(gè)大試驗室進(jìn)行了無(wú)數次的試驗對比研究，找出了最優(yōu)的清洗工藝和操作方式。
7.1順流清洗和逆流清洗試驗比較
順流清洗就是清洗劑流向與運行時(shí)水流方向一致的清洗方式。逆流清洗是清洗液與運行時(shí)水流 方向相反的清洗方式。順洗是普遍采用的清洗工藝，對膠體污堵、結垢污堵的清洗效果較好 。理由是這兩種物質(zhì)易化學(xué)溶解，且結垢主要在二段，所以脫落溶解后易隨水流沖出。我們 的膜污堵主要發(fā)生在一段各管中的前兩個(gè)膜，且主要是有機物和膠體的相互交叉污染，藥劑的作用主要是剝離、分散其污物、不能完全溶解。逆洗時(shí)其分散溶解的污物隨水流流出的距離比順洗時(shí)短得多，沖出的速度就快點(diǎn)，所以逆洗效果相對比順洗效果好一點(diǎn)。
7.2分段清洗與混合清洗效果比較試驗
膜生產(chǎn)廠(chǎng)家對膜的清洗要求是分段清洗，且各段應配制新藥劑。目的是預防交叉污染。在此基礎上進(jìn)行了混合清洗試驗，即用同一箱藥對一二段進(jìn)行動(dòng)靜交替，串聯(lián)清洗。多次清洗試驗證明清洗效果相當，且省時(shí)、省力、省錢(qián)。我們現在一直是混合清洗方式。
7.3單一清洗與復合清洗試驗比較
對RO的清洗進(jìn)行了單一的酸洗、堿洗及復合清洗試驗。復合清洗一是藥劑進(jìn)行復合配方，二是酸洗、堿洗、氧化、絡(luò )合，殺菌分步進(jìn)行，試驗證明復合清洗比單一清洗效果好，見(jiàn)表2。這是因為膜的污染是復雜的，最上一層通常是粘附著(zhù)的微粒，膠體及生物物質(zhì)等，第二層是積沉的鹽類(lèi)及鐵鋁等金屬化合物，最靠近膜的第三層通常是為交叉結合的復雜硅酸鹽，絡(luò )合性的有機物等。只有將酸洗、堿洗、絡(luò )合清洗等程序連接起來(lái)復合清洗才能達到目的。
7.4動(dòng)態(tài)清洗與動(dòng)靜交替情況的比較
動(dòng)態(tài)清洗就是一直以流動(dòng)狀態(tài)清洗到結束。動(dòng)靜交替清洗就是流動(dòng)狀態(tài)時(shí)將溫度、PH值等調好后 再靜態(tài)浸泡一段時(shí)間的清洗方式。試驗說(shuō)明，動(dòng)靜交替清洗效果比單一動(dòng)態(tài)清洗效果好。這是因為單一動(dòng)態(tài)清洗沖刷，剝落下的污物被沖壓到格柵的邊角處成為死角，分散 、溶解的時(shí)間增長(cháng)。至靜動(dòng)浸泡時(shí)，壓實(shí)的污物又還散到藥液中，反應溶解加快。動(dòng)靜交替 清洗與混合清洗相配合，省時(shí)、省力、省錢(qián)、效果好。
7.5單管清洗與整體清洗比較
單管清洗就是將某段(級)中的一根壓力容器解裂出來(lái)清洗該管中的膜。這種清洗效果比整體清洗效果好。道理就是藥劑濃度、流量等參數控制可靠。這種方式不影響生產(chǎn)，只是系統出力減小一點(diǎn)。但清洗時(shí)間長(cháng)了。另外我們針對RO一段各管前的第一個(gè)膜有機物污染嚴重，壓降大等問(wèn)題搞了一套單膜清洗工藝，一次性將一段各管的第一個(gè)膜取出，清洗檢驗其膜的性能指標后從末端裝入，效果好。
8 清洗技術(shù)參數控制對清洗質(zhì)量影響試驗
8.1清洗溫度、PH值對清洗效果的試驗探索
清洗溫度和PH值直接影響膜的化學(xué)穩定性和清洗效果。溫度升高，有利于化學(xué)反應加快，提高清洗質(zhì)量，但也增加了膜的溶解性。溫度低、效果差。溫度控制在什么參數為好，DOW膜 控制在35～40℃內，對膜無(wú)影響，效果大有提高。PH值高有利于有機物、微生物的清洗，PH 值低有利于垢和金屬氧化物的清洗。DOW公司技術(shù)人員到清洗現場(chǎng)指導工作時(shí)對我們在他們 規定的PH值指標上放寬0.5-1.0單位提出個(gè)看法，試驗說(shuō)明酸堿性增加，清洗質(zhì)量提高。兩年多的運行、幾十次的清洗，膜的脫鹽率一直保持在投運時(shí)的97.5%指標上，說(shuō)明清洗參數還是控制得合適安全的。
8.2清洗流量、壓差與清洗效果的關(guān)系探索
清洗的原則應是低壓差，大通量的清洗方式，單個(gè)膜的平均壓降應控制在0.06MPa內。清洗流量小就偏流，有死角，流量大易損壞膜。試驗證明清洗流量是運行流量的1.0-1.2倍最合適。在藥劑的作用下，這個(gè)流速就能保證在正常運行時(shí)粘附在膜表面、網(wǎng)絡(luò )中的污染物充分接觸藥劑反應溶解分散后沖刷出去，沒(méi)有死角和偏流現象，清洗效果好。
9 清洗監督和效果評估
清洗過(guò)程中必須認真監督系統壓降，清洗流量、溫度，分析監測藥液濃度、PH值及清洗液顏色變化情況，應嚴格控制在規定的范圍內。當藥劑濃度或PH值連續兩次測定值穩定不變時(shí)， 清洗結束。然后用甲醛或異塞唑啉酮等殺菌劑對全系統殺菌。
投運后對其清洗效果進(jìn)行評估，其各段壓力、流量、脫鹽率等指標與上周期投時(shí)的指標換算成標準狀態(tài)進(jìn)行比較，脫鹽率應無(wú)變化，出力相差2%內效果理想、大于3%時(shí)下次清洗應調整 配方，嚴格控制清洗參數。
10 結束語(yǔ)
反滲透膜清洗采用復合清洗、并配合殺菌處理，效果好，確保運行周期。
反滲透處理地表水，應重在做好預處理，減少清洗頻率，延長(cháng)膜的使用壽命。我們正在尋找新效藥劑，強化混凝殺菌處理，無(wú)閥濾池也改為了無(wú)煙煤石英砂雙濾料過(guò)濾。并準備上活性碳過(guò)濾器過(guò)濾處理，以達到上述目的。
科學(xué)選擇滲透膜，減少清洗次數，確保安全生產(chǎn)。BW-30-400膜應用在我們這種地表水處理上不太合適，調查研究了國內外膜用戶(hù)，地表水應使用通道大一點(diǎn)，光潔度高，電中性和親水性的膜，減緩污堵速率，延長(cháng)運行周期和使用壽命。
膜的清洗是項新技術(shù)，膜的污染又有很強的地域水源性，在理論和實(shí)踐中需要不斷探索、完善，形成一套規范的清洗技術(shù)，以確保膜的安全穩定運行
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