005-火电厂膜法水处理系统常见故障分析--王正江

.火电厂膜法水处理系统常见故障分析主讲人：王正江高级工程师西安热工院电站水处理技术部主要内容典型案例分析EDI系统常见故障反渗透系统常见故障超滤系统常见故障超滤系统常见故障超滤原理超滤是在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水、无机盐及小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体、微生物等物质透过，以达到水质净化的目的。膜分离过程筛分架桥压力式超滤过滤形式浸没式超滤过滤形式超滤系统组成产水池过滤器进水池超滤絮凝剂/杀菌剂投加？多少精度的过滤器？容量？（n+1)给水泵?-多少套装置？-多少支膜/套装置？-什么型号的膜元件？-错流，全流设计？（n+1)反洗泵?变频?回收率？杀菌剂投加？CEB？胶体污堵清洁膜丝表面形态清洁膜丝断面形态胶体污堵后表面形态胶体污堵后膜孔堵塞造成超滤膜胶体类污堵的物质包括：水体中含有的粘土、淤泥、硅、铁、锰等胶体。污堵形式：这些物质易被膜截留形成凝胶层，与膜孔径大小相当及小于膜孔径的粒子会渗入膜孔内堵塞流水通道而形成不可逆的污堵。混凝剂污堵某电厂混凝剂（三氯化铁）对浸没式超滤系统的污堵情况流程中加入的铁系、铝系混凝剂残会导致超滤膜产生胶体污染现象，部分没有被混凝沉淀去除的含铁或含铝絮粒会在膜表面和膜孔内积聚造成膜污堵。建议根据水质变化及时对混凝剂加药量进行调整，以降低混凝剂残余量。生物污堵膜丝表面污泥粘附情况在MBR系统中由于含有大量的活性污泥，微生物在代谢过程中会产生大量的有机物，在超滤膜表面吸附和累积，导致膜表面泥饼层及凝胶层的逐渐形成，导致膜通量下降。膜丝表面附着的物质绝大部分为有机物，C、O、N三种元素为有机物的主要组成元素，三种元素合计大于90%。膜丝分析图片机械损伤超滤部分膜丝断裂超滤膜泄露超滤膜的机械损伤主要是指膜丝的断裂问题。断丝后超滤产水水质下降，出水浊度和SDI值增大，不满足后续反渗透系统对进水的要求。反渗透系统常见故障反渗透工艺原理和膜组件微生物污染产生原因：进料水含有大量微生物未得到良好的杀菌消毒处理；絮凝剂过量投加;过量的SBS投加促进硫磺氧化菌滋生；不适宜的阻垢剂投加。对性能的影响：产水量下降、透盐率增加、压差增大、产品水可能受到微生物污染。产生位置：最初首段最易污染，进而全段受微生物污染。产水管上的生物薄膜膜表面上的硫磺氧化菌污染压力容器里的生物污染膜表面上的藻类生物污染有机污染15产生原因：进料水含有大量有机物及油脂未得到合理处理；进水含有的表面活性剂、高分子助凝剂、吸附力强的缓蚀剂。对性能的影响：水通量损失甚至不可逆衰减、透盐率增加、压差增大。产生位置：最初首段最易污染，进而全段受有机物污染。端板上的有机物及胶体浓水格网上的胶体污染膜表面上的油脂污染铁、锰污染产生原因：进料水含有二价铁受到氧气攻击；含铁絮凝剂过量转为胶体；管路腐蚀产物的沉淀；高碱度的地下水源形成FeCO3等。对性能的影响：水通量降低、透盐率增加、压差增大。产生位置：最初首段最易污染，进而全段受铁污染。膜元件端面受到铁污染铁污染后的膜片形态无机结垢产生原因：进料水难溶盐浓度超过溶度积没有投加阻垢剂；阻垢剂投加不适当；过高的回收率；不适宜的操作参数（如：过高pH值控制硅垢发生CaCO3沉淀）。对性能的影响：水通量降低、透盐率增加、压差增大。产生位置：一般最末端膜元件最容易产生结垢。反渗透膜表面碳酸钙结垢反渗透膜表面硫酸钡结垢化学损伤形式：氧化、压密、膜材料降解。膜氧化：进料水含有氧化性物质没有得到良好的处理，导致反渗透膜的分子骨架被氧化侵害后，发生了化学键断裂。造成反渗透膜透水孔径变大、机械强度变弱。膜压密：水锤及超限高压运行导致膜压密膜材料降解：主要是由超限酸碱清洗以及微生物侵蚀等导致的膜材料降解。对性能的影响：氧化及膜材料降解导致透盐率增加、水通量增大、压差不变或减小；水锤导致透盐率减小、压差增大。产生位置：首端膜元件最容易发生氧化、膜材料降解、水锤破坏。膜元件物理损伤19形式：背压、望远镜现象、格网冲出、膜面机械划伤、玻璃纤维层破坏等。产生原因：背压超限、压差过大等。对性能的影响：不能正常使用膜元件。产生位置：背压一般末端元件最易发生；压差过大造成的其它物理损伤任何一段俱可发生。膜背压破坏造成PA层鼓泡玻璃纤维层破坏望远镜现象：中心管突出望远镜现象：端面内凹EDI系统常见故障EDI结构组成淡水进水HSiO3-CO3=OH-H+Cl-SO4=NO3-HCO3--阴离子交换膜阳离子交换膜Na+Ca++Mg++Na+阴离子交换膜阳离子交换膜高纯水Ca++Mg++Na+H+浓水Anode阳极(+)Cathode阴极(-)高纯水HSiO3-CO3=OH-Cl-NO3-HCO3-HSiO3-SO4=H+阳极废水阴极废水EDI工作原理第一阶段:强电离性离子迁移阶段树脂呈饱和状态.强电离性离子在树脂表面可控制的扩散.离子通过扩散从水中扩散进树脂中.离子在电场作用下,沿树脂表面运动.离子到达并穿过离子交换膜进入浓水室.第二阶段:弱电离性物质电离阶段树脂呈H+或OH-状态(再生状态)通过电离反应,去除水中弱电离性物质(弱酸,弱碱)CO2+OH----HCO3-HCO3-+OH----CO3=SiO2+OH----HSiO3-H3BO3+OH----B(OH)4-NH3+H+---NH4+EDI产品介绍Omexell，卷式EDI摹仿反渗透的卷式结构；带有浓水循环和加盐系统；可以更换树脂和膜芯。EDI产品介绍E-cell,隶属于GE摹仿电渗析结构，板框式。膜块化设计；带有浓水循环和加盐系统。EDI产品介绍Ionpure，隶属于USFilter，Siemens摹仿电渗析结构，板框式。膜块化设计；浓水室加树脂来替代加盐。树脂氧化EDI模块可能的氧化性物质来源：进水中可能存在的氧化性物质包括Cl2、H2O2,O3清洗失误所携带的氧化性物质浓水室结垢EDI进水硬度、硅等含量超过EDI模块进水限制时，会在导致难溶盐结垢沉积，使得产水量降低，水质恶化。浓水室隔板上的结垢现象浓水室树脂的结垢现象有机污染被污染阴树脂在显微镜下的相貌新的阳树脂新的阴树脂在EDI装置进水中存在适宜微生物生成的条件以及进水中含有的有机物，可能导致膜块内部的树脂和膜发生有机污堵高温损伤EDI膜块的高温损伤有两种情况：在缺水状态下加电，直接导致膜片和树脂发热碳化，清洗无效，无法使用长期在大电流、小流量下运行，积聚的热量得不到散发，造成接近两极的膜片发热变形缺水状态下加电导致的树脂发热碳化缺水状态下加电导致的PVC管道软化颗粒杂质堵塞悬浮物、焊渣、纤维丝和金属氧化物等颗粒性物质进入膜块，会减小膜块通流面积，引起模块之间水流分配不均匀。典型案例分析某化工厂脱盐水处理系统反渗透膜氧化损伤设计出力：超滤：4×140m3/h一级RO：3×145m3/h二级RO：3×130m3/h混合离子交换器3台，2用1备，单台出力200m3/h脱盐系统工艺流程系统概述某化工厂脱盐水处理系统反渗透膜氧化损伤2月11日3月10日4月20日5月30日0.00.20.40.60.81.01.21.41.6进水压力产水流量进水压力（MPa）020406080100120140160产水流量（m3/h）故障现象运行数据分析除盐水处理系统投运半年后，一级反渗透系统脱盐率下降至80%左右，不满足膜性能要求。某化工厂脱盐水处理系统反渗透膜氧化损伤2月11日3月10日4月20日5月30日0102030405060708090产水电导（us/cm）序号产水量（m3/h）进水压力（MPa）产水电导（µs/cm）Na+去除率（%）脱盐率（%）A列1430.8591.368.5%83.4%B列1390.72113.479.9%84.3%C列1350.76102.868.4%82.2%一级反渗透系统运行参数某化工厂脱盐水处理系统反渗透膜氧化损伤除盐水系统有三个加氯点：①原水投加杀菌剂，②超滤运行5个周期后，超滤进水投加杀菌剂，③超滤运行20个周期后，采用次氯酸钠进行化学加强反洗。在超滤进水加次氯酸钠后，测得RO进水余氯＞0.3mg/L，超过反渗透膜安全运行标准（余氯＜0.1mg/L）。余氯监测某化工厂脱盐水处理系统反渗透膜氧化损伤产水量随进水压力的下降而增大产水电导逐渐升高脱盐率由98%下降到80%压差恒定在0.15~0.20MPa反渗透膜被氧化分析结果某化工厂脱盐水处理系统反渗透膜氧化损伤一级RO产水电导现场检测结果（单位：µs/cm）A-1A-2A-3A-4A-5A-6A-7A-8A-9A-1088.189.491.387.480.885.685.693.686.976.2A-11A-12A-13A-14A-15A-16A-17A-18A-19A-2072.179.574.872.870.379.771.578.474.772.7一级反渗透产水电导在70~90µs/cm，高于正常运行时产水电导（10~20µs/cm）单个压力容器出水电导相比，无明显个别压力容器出水电导率偏高的现象，说明每个膜组件的损坏情况基本一致，膜被均匀氧化氧化程度分析某化工厂脱盐水处理系统反渗透膜氧化损伤1234在未投加中水时，建议停止在超滤前加杀菌剂重新确定还原剂剂量，确保RO进水余氯被充分消耗掉加强运行中监测分析，特别是对几个加氯点后的余氯监测设置残余氯高报警。一旦系统发出报警信号，需立即停运改善措施超滤膜铁、锰污堵反渗透装置超滤装置某化水车间采用超滤+二级反渗透+混床处理工艺超滤膜铁、锰污堵2012年6月超滤系统在运行中出现的异常现象：膜通量短期内快速衰减：三天时间膜产水量由140m3/h降到80m3/h；超滤系统跨膜压差快速增长：由0.14MPa增长至0.25MPa运行状况超滤膜铁、锰污堵从四列超滤膜组件6月16日~6月19日进水压力和产水流量变化曲线可以看出：四列膜组件运行压力呈直线上升，产水量呈直线衰减。采用碱洗或者酸洗后进水压力和产水量均无法恢复。超滤膜铁、锰污堵自清洗过滤器粘附物分析元素质量百分比元素质量百分比S0.243%C2.41%Na0.245%Si3.79%K0.445%Ca4.10%P0.473%Fe9.56%Ba0.649%Mn26.7%Mg0.913%O47.1%自清洗过滤器粘附物XRD分析结果提取物为黑色粘稠物，自然风干后呈黑色片状颗粒物。在试验室采用碱液和酸溶液分别溶解提取物。结果表明：碱液对其没有效果；酸可将其缓慢溶解，大颗粒物逐渐变成细小粉末。XRD分析结果：含有大量锰和铁，并含少量钙和硅。超滤膜铁、锰污堵超滤膜元件解体检查1.膜丝基本完好，无断丝，但膜丝易拉断，强度下降；2.膜丝表面、进水端、出水端均没有附着大的颗粒物；3.膜丝整体呈黑褐色；4.膜丝用自来水冲洗，冲洗液呈红色，冲洗后膜表面呈红褐色。冲洗前冲洗后超滤膜铁、锰污堵膜丝分析结果：白色颗粒物主要为碳酸钙，占17.26%；黑色污染物：主要为锰28.64%和铁20.39%。膜表面污染物以铁和锰所形成胶体物质以及无机钙垢为主超滤膜污堵物质分析结果超滤膜铁、锰污堵药剂A清洗液浸泡4h后的效果清洗液浸泡24h后的效果膜丝实验室清洗效果药剂B药剂C药剂D药剂A药剂B药剂C药剂D超滤膜铁、锰污堵清洗后膜丝表面残留物质浸泡4h后膜表面各元素所占质量百分比元素除盐水药剂A药剂B药剂C药剂DC18.21%29.48%22.13%24.6%38.17%O29.58%14.01%17.35%16.48%3.98%F11.56%32.41%33.09%39.41%57.85%Al0.80%——1.13%—Si1.31%0.16%—1.02%—Ca9.16%——1.21%—Mn15.59%13.68%14.82%8.33%—Fe13.19%10.26%12.61%7.82%—超滤膜铁、锰污堵现场清洗效果清洗药剂：实验室筛选出的清洗剂D清洗效果：产水量由70m3/h恢复到135m3/h，恢复率达90%以上，清洗效果理想。现场清洗效