反滲透膜元件的污染與清洗

1、反滲透膜元件的污染與清洗

　　在正常運行一段時間後，反滲透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澱、硫酸鈣沉澱、金屬(鐵、錳、銅、鎳
、鋁等)氧化物沉澱、矽沉積物
、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、黴菌、真菌)等污染
。

　　污染性質和污染速度取決於各種因素，如給水水質和系統回收率。通常污染是漸進發展的，如不盡早控制，污染将會在相對較短的時間内損壞膜元件
。當膜元件確證已被污染，或是在長期停機之前，或是作爲定期日常維護，建議對膜元件進行清洗。

　　當反滲透系統（或裝置）出現以下症狀時，需要進行化學清洗或物理沖洗：

　　在正常給水壓力下，産水量較正常值下降10～15%；

　　爲維持正常的産水量，經溫度校正後的給水壓力增加10～15%；

　　産水水質降低10～15%，透鹽率增加10～15%；

　　給水壓力增加10～15%；

　　系統各段之間壓差明顯增加。

　　保持穩定的運行參數主要是指産水流量、産水背壓、回收率、溫度及TDS。如果這些運行參數起伏不定，建議檢查是否有污染發生，或者在關鍵運行參數有變化的前提下反滲透的實際運行是否正常。

　　定時監測系統整體性能是確認膜元件是否已發生污染的基本方法。污染對膜元件的影響是漸進的，並且影響的程度取決於污染的性質。表1“反滲透膜污染特征及處理方法”列出瞭常見的污染現象和相應處理方法。

　　已受污染的反滲透膜的清洗周期根據現場實際情況而定。正常的清洗周期是每3-12個月一次。

　　當膜元件僅僅是發生瞭輕度污染時
，重要的是清洗膜元件。重度污染會因阻礙化學藥劑深入滲透至污染層，影響清洗效果。

　　清洗何種污染物以及如何清洗要根據現場污染情況而進行。對於幾種污染同時存在的複雜情況，清洗方法是採用低PH和高PH的清洗液交替清洗（應先低PH後高PH值清洗）。
　　
　　2、污染情況分析

　　碳酸鈣垢：

　　碳酸鈣垢是一種礦物結垢。當阻垢劑/分散劑添加系統出現故障時
，或是加酸pH調節系統出故障而引起給水pH增高時，碳酸鈣垢有可能沉積出來。盡早地檢測碳酸鈣垢，對於防止膜層表面沉積的晶體損傷膜元件是極爲必要的。早期檢測出的碳酸鈣垢可由降低給水的pH值至3~5，運行1~2小時的方法去除。對於沉積時間長的碳酸鈣垢，可用低pH值的檸檬酸溶液清洗去除。

　　硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸锶垢：

　　硫酸鹽垢是比碳酸鈣垢硬很多的礦物質垢，且不易去除。硫酸鹽垢可在阻垢劑/分散劑添加系統出現故障或加硫酸調節pH時沉積出來。盡早地檢測硫酸鹽垢對於防止膜層表面沉積的晶體損傷膜元件是極爲必要的。硫酸鋇和硫酸锶垢較難去除，因爲它們幾乎在所有的清洗溶液中難以溶解，所以
，應加以特别的注意以防止此類結垢的生成。

　　金屬氧化物/氫氧化物污染：

　　典型的金屬氧化物和金屬氫氧化物污染爲鐵、鋅、錳、銅、鋁等。這種垢的形成導因可能是裝置管路、容器(罐/槽)的腐蝕産物，或是空氣中氧化的金屬離子、氯、臭氧、鉀、高錳酸鹽，或是由在預處理過濾系統中使用鐵或鋁助凝劑所緻。

　　聚合矽垢：

　　矽凝膠層垢由溶解性矽的過飽和态及聚合物所緻，且非常難以去除。需要注意的是，這種矽的污染不同於矽膠體物的污染
。矽膠體物污染可能是由與金屬氫氧化物締合或是與有機物締合而造成的。矽垢的去除很艱難，可採用傳統的化學清洗方法。如果傳統的方法不能解決這種垢的去除問題，請與海德能公司技術部門聯系。現有的化學清洗藥劑，如氟化氫铵，已在一些項目上得到瞭成功的使用，但使用時須考慮此方法的操作危害和對設備的損壞，加以防護措施。

　　膠體污染：

　　膠體是懸浮在水中的無機物或是有機與無機混合物的顆粒，它不會由於自身重力而沉澱。膠體物通常含有以下一個或多個主要組份，如：鐵、鋁、矽、硫或有機物。

　　非溶性的天然有機物污染(NOM)：

　　非溶性天然有機物污染(NOM——Natural Organic Matter)通常是由地表水或深井水中的營養物的分解而導緻的

。有機污染的化學機理很複雜，主要的有機組份或是腐植酸，或是灰黃黴酸。非溶性NOM被吸附到膜表面可造成RO膜元件的快速污染，一旦吸收作用産生，漸漸地結成凝膠或塊狀的污染過程就會開始。

　　微生物沉積：

　　有機沉積物是由細菌粘泥、真菌、黴菌等生成的，這種污染物較難去除，尤其是在給水通路被完全堵塞的情況下。給水通路堵塞會使清潔的進水難以充分均勻的進入膜元件内。爲抑制這種沉積物的進一步生長，重要的是不僅要清潔和維護RO系統，同時還要清潔預處理、管道及端頭等
。對膜元件採用氧化性殺菌時，請與宜興市富華水處理設備有限公司技術支持部門聯系，使用認可的殺菌劑。

　　3、清洗液的選擇和使用

　　選擇适宜的化學清洗藥劑及合理的清洗方案涉及許多因素。首先要與設備制造商、RO膜元件廠商或RO特用化學藥劑及服務人員取得聯系。確定主要的污染物，選擇合适的化學清洗藥劑。有時針對某種特殊的污染物或污染狀況，要使用RO藥劑制造商的專用化學清洗藥劑，並且在應用時，要遵循藥劑供應商提供的産品性能及使用說明。有的時候可針對具體情況，從反滲透裝置取出已發生污染的單支膜元件進行測試和清洗試驗，以確定合适的化學藥劑和清洗方案。

　　爲達到最佳的清洗效果，有時會使用一些不同的化學清洗藥劑進行組合清洗。

　　典型地程序是先在低pH值範圍的情況下進行清洗，去除礦物質垢污染物，然後再進行高pH值清洗，去除有機物。有些清洗溶液中加入瞭洗滌劑以幫助去除嚴重的生物和有機碎片垢物，同時，可用其它藥劑如EDTA螯合物來輔助去除膠體、有機物、微生物及硫酸鹽垢。

　　需要慎重考慮的是如果選擇瞭不适當的化學清洗方法和藥劑，污染情況會更加惡化。

　　4、化學清洗藥劑的選擇及使用準則

　　選用的專用化學藥劑，首先要確保其已由化學供應商認定並符合用於海德能公司膜元件的要求。藥劑供應商的指導/建議不應與海德能公司此技術服務公告中推薦的清洗參數和限定的化學藥劑種類相沖突；

　　如果正在使用指定的化學藥劑，要確認其已在此海德能公司技術服務公告中列出，並符合海德能公司膜元件的要求；

　　採用組合式方法完成清洗工作，包括适宜的清洗pH、溫度及接觸時間等參數，這将會有利於增強清洗效果；

　　在推薦的最佳溫度下進行清洗，以求達到最好的清洗效率和延長膜元件壽命的效果；

　　以最少的化學藥劑接觸次數進行清洗，對延續膜壽命有益；

　　謹慎地由低至高調節pH值範圍，可延長膜元件的使用壽命。pH範圍爲2~12(勿超出)；

　　典型地、最有效的清洗方法是從低pH至高pH溶液進行清洗。對油污染膜元件的清洗不能從低pH值開始，因爲油在低pH時會固化；

　　清洗和沖洗流向應保持相同的方向；

　　當清洗多段反滲透裝置時，最有效的清洗方法分段清洗，這樣可控制最佳清洗流速和清洗液濃度，避免前段的污染物進入下遊膜元件；

　　用較高pH産品水沖洗洗滌劑可減少泡沫的産生；

　　如果系統已發生生物污染，就要考慮在清洗之後，加入一個殺菌劑化學清洗步驟。殺菌劑必須可在清洗後立即進行，也可在運行期間定期進行(如一星期一次)連續加入一定的劑量。必須確認所使用的殺菌劑與膜元件相容，不會帶來任何對人的健康有害的風險，並能有效地控制生物活性，且成本低；

　　爲保證安全，溶解化學藥品時，切記要慢慢地将化學藥劑加入充足的水中並同時進行攪拌；

　　從安全方面考慮，不能将酸與苛性(腐蝕性)物質混合。在要使用下一種溶液之前，從RO系統中徹底沖洗幹淨滞留的前一種化學清洗溶液。

　　5、清洗液的選擇

　　表2-常規清洗液配方提供的清洗溶液是将一定重量(或體積)的化學藥品加入到100加侖(379升)的潔淨水中(RO産品水或不含遊離氯的水)。溶液是按所用化學藥品和水量的比例配制的。溶劑是RO産品水或去離子水，無遊離氯和硬度。清洗液進入膜元件之前，要求徹底混和均勻，並按照目标值調pH值且胺目标溫度值穩定溫度。常規的清洗方法基於化學清洗溶液循環清洗一小時和一種任選的化學藥劑浸泡一小時的操作而設定的。

　　6、常規清洗液介紹

　　[溶液1]

　　2.0%(W)檸檬酸(C6H8O7)的低pH(pH值爲3~4)清洗液。以於去除無機鹽垢(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸锶垢等)、金屬氧化物/氫氧化物(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)及無機膠體十分有效。

　　[溶液2]

　　0.5%(W)鹽酸低pH清洗液(pH爲2.5)，主要用於去除無機物垢(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸锶垢等)，金屬氧化物/氫氧化物(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)，及無機膠體。這種清洗液比溶液1要強烈些
，因爲鹽酸(HCl)是強酸。鹽酸的下述濃度值是有效的：(18°波美=27.9%，20°波美=31.4%，22°波美=36.0%)。

　　[溶液3]

　　0.1%(W)氫氧化鈉高pH清洗液(pH爲11.5)。用於去除聚合矽垢。這一洗液是一種較爲強烈的堿性清洗液。

　　7、RO膜元件的清潔和沖洗程序

　　RO膜元件可置於壓力容器中，在高流速的情況下，用循環的清潔水(RO産品水或不含遊離氯的潔淨水)流過膜元件的方式進行清洗。RO的清洗程序完全取決於具體情況，必要時更換用於循環的清潔水
。

　　RO膜元件的常規清洗程序如下：

　　在60psi(4bar)或更低壓力條件下進行低壓沖洗，即從清洗罐中(或相當的水源)向壓力容器中泵入清潔水然後排放掉，運行幾分鍾。沖洗水必須是潔淨的、去除硬度、不含過渡金屬和餘氯的RO産品水或去離子水。

　　在清洗罐中配制特定的清洗溶液。配制用水必須是去除硬度、不含過渡金屬和餘氯的RO産品水或去離子水。溫度和pH應調到所要求的值。

　　啓動清洗泵将清洗液泵入膜組件内，循環清洗約一小時或是要求的時間（咨詢供應商技術人員）。在起始階段，清洗液返回至RO清洗罐之前，将最初的的回流液排放掉，以免系統内滞留的水對清洗溶液造成稀釋。在最初的5分鍾内，慢慢地将流速調節到最大設計流速的1/3。這可以減少由污物的大量沉積而造成的潛在污堵。在第二個5分鍾内，增加流速至最大設計流速的2/3，然後，再增加流速至設計的最大流速值。如果需要，當pH的變化大於1，就要重新調回到原數值。

　　根據需要，可交替採用循環清洗和浸泡程序。浸泡時間建議選擇1至8小時（請咨詢富華公司）。要謹慎地保持合适的溫度和pH。

　　化學清洗結束之後，要用清潔水(去除硬度、不含金屬離子如鐵和氯的RO産品水或去離子水)進行低壓沖洗，從清洗裝置/部件中去除化學藥劑的殘留部分，排放並沖洗清洗罐，然後再用清潔水完全注滿清洗罐以作沖洗之用。從清洗罐中泵入所有的沖洗水沖洗壓力容器至排放。如果需要，可進行第二次清洗。

　　一旦RO系統已用貯水罐中的清潔水完全沖洗後，就可用預處理給水進行最終的低壓沖洗。給水壓力應低於60psi(4bar)，最終沖洗持續進行直至沖洗水幹淨，且不含任何泡沫和清洗劑殘餘物。通常這需要15~60分鍾。操作人員可用幹淨的燒瓶取樣，搖勻，監測排放口處沖洗水中洗滌劑和泡沫的殘留情況。洗液的去除情況可用測試電導的方法進行，如沖洗水至排放出水的電導在給水電導的10~20%以内，可認爲沖洗已接近終點；pH表也可用於測定，來比較沖洗水至排放出水與給水的pH值是否接近。

　　一旦所有級段已清洗幹淨，且化學藥劑也已沖洗掉，RO可重新開始置於運行程序中，但初始的産品水要進行排放並監測，直至RO産水可滿足工藝要求(電導、pH值等)。爲得到穩定的RO産水水質，這一段恢複時間有時需要從幾小時到幾天，尤其是在經過高pH清洗後。

　　8、反滲透膜的化學清洗與水沖洗

　　清洗時将清洗溶液以低壓大流量在膜的高壓側循環，此時膜元件仍裝在壓力容器内而且需要專門的清洗裝置來完成該工作。

　　清洗反滲透膜元件的一般步驟：

　　一、用泵将幹淨、無遊離氯的反滲透産品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中並排放幾分鍾。

　　二、用幹淨的産品水在清洗箱中配制清洗液。

　　三、将清洗液在壓力容器中循環1小時或預先設定的時間。

　　四、清洗完成以後，排淨清洗箱並進行沖洗，然後向清洗箱中充滿幹淨的産品水以備下一步沖洗。

　　五、用泵将幹淨、無遊離氯的産品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中並排放幾分鍾。

　　六、在沖洗反滲透系統後，在産品水排放閥打開狀态下運行反滲透系統，直到産品水清潔、無泡沫或無清洗劑(通常15~30分鍾)。