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124第八章反渗透和纳滤系统的清洗8.1膜污染简介反渗透系统运行时，进水中含有的悬浮物质，溶解物质以及微生物繁殖等原因都会造成膜元件污染。反渗透系统的预处理应尽可能的除去这些污染物质，尽量降低膜元件污染的可能性。污染物的种类、发生原因及处理方法请参见表8.1。通常，造成膜污染的原因主要有以下几种：新装置管道中含有油类物质和焊接管道时的残留物，以及灰尘且在装膜前未清洗干净；预处理装置设计不合理；添加化学药品的量发生错误或设备发生故障；人为操作失误；停止运行时未作低压冲洗或冲洗条件控制得不正确；给水水源或水质发生变化。表8.1反渗透膜污染的种类、原因及处理方法污染物种类原因对应方法堆积物胶体和悬浮粒子等膜面上的堆积提高预处理的精度或采用UF/MF结垢由于回收率过高导致无机盐析出调整回收率，加阻垢剂生物污染微生物吸附以及繁殖定期杀菌处理有机物的吸附荷电荷性/疏水性有机物和膜之间的相互作用膜种类的选择需正确污染物的累积情况可以通过日常数据记录中的操作压力、压差上升、脱盐率变化等参数得知。膜元件受到污染时，往往通过清洗来恢复膜元件的性能。清洗的方式一般有两种，物理清洗（冲洗）和化学清洗（药品清洗）。物理清洗（冲洗）是不改变污染物的性质，用力量使污染物排除膜元件，恢复膜元件的性能。化学清洗是使用相应的化学药剂，改变污染物的组成或属性，恢复膜元件的性能。吸附性低的粒子状污染物，可以通过冲洗（物理清洗）的方式达到一定的效果，像生物污染这种对膜的吸附性强的污染物使用冲洗的方法很难达到预期效果。用冲洗的方法很难除去的污染应采用化学清洗。为了提高化学清洗的效果，清洗前，有必要通过对污染状况进行分析，确定污染的种类（请参见第三部分第七章7.5）。在了解了污染物种类时，选择合适的清洗药剂就可以适当的恢复膜元件的性能。1258.2物理清洗（冲洗）8.2.1冲洗的作用冲洗是采用低压大流量的进水冲洗膜元件，冲洗掉附着在膜表面的污染物或堆积物。图8.1冲洗时膜面的状态示意图8.2.2冲洗的要点8.2.2.1冲洗的流速。装置运行时，颗粒污染物逐渐堆积在膜的表面。如果冲洗时的流速和制水时的流速相等或略低，则很难把污染物从膜元件中冲出来。因此，冲洗时要使用比正常运行时更高的流速。通常，单支压力容器内的冲洗流速为：8英寸膜元件：7.2–12m3/h；4英寸膜元件：1.8–2.5m3/h。8.2.2.2冲洗的压力。正常高压运行时，污染物被压向膜表面造成污染。所以在冲洗时，如果采用同样的高压，污染物仍会被压在膜表面上，清洗的效果不会理想。因此在冲洗时，应尽可能的通过低压、高流速的方式，增加水平方向的剪切力，把污染物冲出膜元件。压力通常控制在0.3MPa以下。如果在0.3MPa以下，很难达到一定的流量时，应尽可能控制进水压力，以不出产水或少出产水为标准。一般进水压力不能大于0.4MPa。8.2.2.3冲洗的频度。膜片端面中心管冲洗用水126条件允许的情况下，建议经常对系统进行冲洗。增加冲洗的次数比进行一次化学清洗更有效果。一般冲洗的频度推荐以一天一次为好。根据具体的情况，用户可以自行控制冲洗的频度。表8.2冲洗的条件1膜尺寸流量，m3/h压力，MPa频度，次/日时间，分钟8英寸7.2–120.3110－154英寸1.8–2.50.3110－158.2.3冲洗的步骤①停止反渗透系统的运行。缓慢地降低操作压力并停止装置。如果快速停止装置，压力会急速下降，这可能会对管道、压力容器以及膜元件造成损坏。②调节阀门：全开浓缩水阀门；关闭进水阀门；全开产水阀门（如果运行时产水阀门没有全开的情况）。如果错误的关闭产水阀门，压力容器中的后半部的膜元件可能发生产水背压，造成膜元件破损。③冲洗作业：启动低压冲洗泵；在缓慢打开进水泵的同时，查看浓缩水流量计的流量；调节进水阀门，调节流量和压力达到标准值；10–15分钟后慢慢地关闭进水阀门，停止进水泵。④恢复正常运行。按日常启动程序启动系统。8.2.4注意事项①进水水泵需要满足正常运行时的进水流量（进水流量=产水流量+浓缩水流量），同时必须考虑满足冲洗流量的要求。②浓缩水管路和阀门的选择也要考虑冲洗时的大流量。制水时，因为回收率高，浓缩水流量相对很小。冲洗作业时，要求低压高流量，几乎所有的进水都从浓水管路排除，所以设计浓水管路和阀门时不仅要考虑造水时的流量也要考虑符合冲洗时的流量需要。如果仅仅1冲洗所采用的水昀好是反渗透系统的产品水，这是由于反渗透的产水对污染物的溶解性更好。若系统由于设计原因无法采用反渗透的产水进行冲洗时，请采用反渗透系统的给水（经过预处理系统后的给水）进行系统冲洗。127考虑造水时的流量来设计管路和阀门，则在冲洗时浓水管路以及浓水阀门处的压降升高，有可能达不到要求的流量或超过冲洗要求压力。当然，也可以考虑另外设置冲洗专用管路。③选定流量计时要考虑到可以读取冲洗时的昀大流量。④对于多段反渗透系统，如图8.2所示，为了能够更有效的冲洗膜元件，系统的设计有必要按可以分段冲洗进行设计。这样的系统具有以下优点：如果进行全段冲洗，前段的冲洗水和污染物会一起流入后一段中，容易造成后段的堵塞。段数的增加同时也意味着冲洗水流经的膜元件数量增加。为了能够达到流量要求，需要加大进水压力。由可能会超过冲洗压力的允许值，导致膜表面的压力升高，降低冲洗的效果。进行第一段冲洗时，全开第一段冲洗浓水排水管路的阀门，关闭第一段浓水和第二段进水间阀门、第二段和第三段的进水冲洗阀门。进行第二段冲洗时，全开第二段冲洗浓水排水管路的阀门，关闭第一段，第三段的进水冲洗阀门，关闭第一段浓水和第二段进水间阀门，关闭第二段浓水和第三段进水间阀门。进行第三段冲洗时，全开第三段冲洗浓水排水管路的阀门，关闭第一段，第三段的进水冲洗阀门，关闭第二段浓水和第三段进水间阀门。图8.2可分段冲洗系统第一段浓水第一段冲洗排水第二段冲洗排水产水管路第二段冲洗水进水第三段冲洗水进水第一段冲洗水进水1288.3化学清洗8.3.1化学清洗的目的发生以下情况时，冲洗已经不能使反渗透膜的性能恢复，这时就需要进行化学清洗。①标准化条件下的产水量下降10–15%；②进水和浓水之间的系统压差升高到初始值的1.5倍；③产水水质明显下降。8.3.2化学清洗的频度化学清洗的时机可以参考以上的标准。即使在没有发生异常时，为了能够更好的保证系统正常运行，一般可以考虑每6个月进行1次化学清洗。8.3.3清洗药剂的选择可以使用的常规化学清洗试剂请参见表8.4。选用哪个试剂进行化学清洗，可以按以下方法判断。按反渗透进水水质判断；进行全系统膜元件清洗之前，可以从系统中取出一、两支膜元件，通过进行清洗试验，选择昀佳的清洗药品。8.3.4污染物的种类及其影响一般无机物结垢的污染，用酸清洗；有机物及微生物的污染，用碱清洗。污染物的种类以及发生污染时系统运行的变化列在表8.3中。表8.3污染的种类和系统显示现象污染物质可能发生的位置系统压降进水压力透盐率金属氧化物污染第一段，昀前端膜迅速增加迅速增加迅速增加胶体污染第一段，昀前端膜逐渐增加逐渐增加轻微增加无机物结垢后段，昀末段膜逐步增加轻微增加显著增加二氧化硅后段，昀末段膜通常增加増加通常增加生物污染任意位置，通常前段明显增加明显增加通常增加有机物污染（溶解性天然有机物）所有段逐渐增加增加降低阻垢剂污染前、后段均可能通常增加増加通常增加膜氧化第一段昀严重通常降低降低降低膜水解（超出pH使用范围）所有段通常降低降低增加膜面磨损（活性炭粉和沙粒等）第一段昀严重通常降低降低增加O型圈泄漏（内连接管或适配器）无规则通常降低通常降低增加膜元件泄漏（产水背压）昀末段膜元件降低降低增加1298.3.5美国海德能公司推荐的常规清洗化学试剂表中：HCl——盐酸；STPP——三聚磷酸钠；Na-EDTA——乙二胺四乙酸钠；NaOH——氢氧化钠；SDS——十二烷基磺酸钠；Na-DDBS——十二烷基苯磺酸钠。表8.4污染物质和清洗药品污染物常规化学清洗增强化学清洗碳酸钙结垢2.0wt%柠檬酸pH4.0（用氨水体调节pH值）HCl，pH2.5硫酸钙，硫酸钡，硫酸锶结垢2.0wt%STPP和0.8wt%Na-EDTA（pH10）HCl，pH2.5金属氧化物金属氢氧化物2.0wt%柠檬酸，pH4.0（用氨水调节pH值）1.0wt%的亚硫酸氢钠，pH11.5（Fe、Mn采用0.2wt%的草酸，pH2）无机胶体污染2.0wt%的柠檬酸，pH4.0（用氨水体调节pH值）HCl，pH2.5无机有机混合胶体污染2.0wt%STPP和0.8wt%Na-EDTA，pH100.1wt%NaOH和0.03wt%SDS，pH11.5硅无0.1wt%NaOH，pH11.5生物污染2.0wt%STPP和0.8wt%Na-EDTA，pH10.02.0wt%STPP和0.25wt%Na-DDBS，pH10或0.1wt%NaOH和0.03wt%SDS，pH11.5溶解有机污染物2.0wt%STPP和0.8wt%Na-EDTA，pH10.02.0wt%STPP和0.25wt%Na-DDBS，pH10或0.1wt%NaOH和0.03wt%SDS，pH11.5药品清洗时pH值的范围受到清洗液水温的限制。表8.5给出了在不同温度下清洗不同膜元件时的pH值的限定范围。超出这一范围膜元件可能会造成不可恢复的损坏。130表8.5清洗液pH值和水温的关系1清洗液pH值膜型号30℃30–35℃35–40℃CPA1–122–11.52–10ESPA1–122–11.52–10PROC101–121–121–12LFC2–122–11.52–10SWC2–122–112–10ESNA2–122–11.53–10在清洗过程中，污染物会消耗清洗药品，pH值会因此发生变化，药品的清洗能力会降低。因此要随时监测pH值的变化，及时调节pH值。一般测定pH值偏离于设定pH值0.5以上时，需要添加药品。8.3.6在线化学清洗8.3.6.1化学清洗设备在线清洗是膜元件保留在压力容器中进行，如图8.3所示。清洗设备一般包含清洗水槽，过滤器、循环泵、压力表、温度计、压力表、阀门、取样点以及管线。清洗水槽的容积要保证满足连接软管、管路和反渗透压力容器内置换用水水量的要求。图8.3化学清洗装置示意图图8.3化学清洗装置示意图1从表中的数据可以发现昀高清洗pH值是12，但是这并非是由于反渗透膜分离皮层不能承受更高的pH值。例如：PROC10的平膜在pH=13的碱溶液中加温到35℃进行清洗也不会影响性能，但是其支撑材料——无纺织布却不能长时间耐受。1318.3.6.2化学清洗系统规格和注意事项表8.6化学清洗系统规格和注意事项1设备及工具规格及注意事项清洗用水槽①FRP或聚乙烯；②药剂容易添加的高度，保证添加口的宽度，容易混合；③药品液的出口尽可能的设计在清洗槽的底部；④设有液位计；⑤清洗液体积刻度。循环清洗泵①离心泵；②SUS316以上材质；③循环泵的出口处设有排气口，兼用为取样口；④循环泵的压力为0.5MPa。保安过滤器除去化学清洗中产生的5微米以上的粒子。流量计测定清洗流量。压力表①测定RO进水压力；②范围0－0.6MPa。温度计测定水的温度。阀门①调节冲洗流量；②球阀。取样设置在供给水和浓水管路，测定pH值、TDS或电导率。配管①软管；②聚氯乙稀（PVC）提携式计量器①pH计；②TDS计（或电导仪）秤称量药品（粉末状）。量筒称量药品体积（液体药品）。取样瓶取样用。8.3.6.3清洗系统用水体积计算反渗透膜元件、保安过滤器以及管路的体积，估算所需清洗液的体积，保证清洗液量。反渗透膜元件清洗时所需清洗液的体积的计算法表示在表8.7中。表8.7反渗透膜元件所需清洗液的体积膜元件反渗透膜元件膜清洗液计算方法8英寸34－68升×膜元件数量4英寸9.5－19升×膜元件数量8.3.6.4清洗用水的水质清洗用水是用于溶解化学试剂，因此要求使用反渗透的产水。如果没有反渗透的产水，所使用的水必须没有硬度、游离氯和铁。8.3.6.5清洗前的注意事项和准备工作①使用药品前，仔细阅读从药品