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清洗与消毒1序言水处理系统进水中存在各种形式可导致反渗透和纳滤膜表面污染的物质，如水合金属氧化物、含钙沉淀物、有机物及生物。污垢（fouling）就是指覆盖在膜表面上的各种沉积物，包括水中的结垢物。膜系统预处理的目的在于尽量减少膜表面的上述污染，通过安装合适的预处理系统，选择恰当的操作条件，如产水流量，运行压力与产水回收率等，就能达到这一目标。下列因素有可能引起膜系统污垢：▬预处理系统不完善▬预处理运行不正常▬系统选材不合适（泵和管线等）▬预处理投药系统失灵▬系统停机后冲洗不及时或不充分▬操作控制不当▬膜面长时间累积沉淀物（钡和硅垢等）▬进水组份或其它条件改变▬进水受生物污染发生膜表面的污垢将加速系统性能的下降，如减少产水流量，降低脱盐率。污垢的另一个负面现象是进水和浓水间的压差增加。由于陶氏FILMTEC™膜及膜元件具有全球膜工业界能承受最宽的pH和温度条件，只要措施得力及时，就可以很有效地进行系统清洗，最大限度地恢复膜系统的性能。但若拖延太久才进行清洗，则很难完全将污染物从膜面上清洗掉，针对特定的污染，只有采取相应的清洗方法，才能达到好的效果，若错误地选择清洗化学药品和方法，有时会使膜系统污染加剧。因此在清洗之前需先决定膜表面的污垢种类，有以下几种分析方法：▬分析系统性能数据，请参阅故障排除一节的详细介绍▬分析进水组成，发生污垢的可能性或许经过分析原水水质报告，就能显而易见的发现▬检查前几次的清洗效果▬分析测定SDI值的微孔滤膜膜面上所截留的污物▬分析保安滤器滤芯上的沉积物▬检查进水管内表面及FILMTECTM膜元件的进出水端面，如为红棕色，则表示可能已发生铁的污染；泥状或胶状沉积物通常为微生物或有机物污染。2清洗条件在正常操作过程中，反渗透元件内的膜片会受到无机盐垢、微生物、胶体颗粒和不溶性的有机物质的污染。操作过程中这些污染物沉积在膜表面，导致标准化的产水流量和系统脱盐率分别下降或同时恶化。当下列情况出现时，需要清洗膜元件：▬标准化产水量降低10%以上▬进水和浓水之间的标准化压差上升了15%▬标准化透盐率增加5%以上TM陶氏化学公司或其附属公司的商标-207-以上的标准（基准）比较条件取自系统经过最初48小时运行时的操作性能。日常操作时必须测量和记录每一段压力容器间的压差（ΔP），随着元件内进水通道被堵塞，ΔP将增加。需要注意的是，如果进水温度降低，元件产水量也会下降，这是正常现象并非膜的污染所致。预处理、压力控制失常或回收率的增加将会导致产水量的下降或透盐量的增加。当观察到系统出现问题时，此时元件可能并不需要清洗，但应该首先考虑这类原因。为了对选用FILMTECTM膜元件的系统性能数据进行标准化，陶氏水处理事业部公司开发了一个计算机标准化软件FTNORM，这个软件程序可以帮助您决定何时应该清洗系统，它可从陶氏液体分离部的网站（）上下载。3清洗安全注意事项1.在下列各章节中，当使用任何清洗化学品时，必须遵循获得认可的安全操作规程。关于化学品安全性、使用方法和排放处置方面的细节请咨询该化学品制造商。2.当准备清洗液时，应确保在进入元件循环之前，所有的清洗化学品得到很好的溶解和混合。3.在清洗化学药品与膜元件循环之后，应采用高品质的不含余氯等氧化剂的水对膜元件进行冲洗（最低温度20ºC），推荐用膜系统的产水，如果对管道没有腐蚀问题时，可用经脱氯的饮用水和经预处理的给水。在恢复到正常操作压力和流量前，必须注意开始要在低流量和压力下冲洗大量的清洗液。此外，在清洗过程中清洗液也会进入产水侧，因此，产水必须排放10分钟以上或直至系统正常启动运行后产水清澈为止。典典反渗透清洗系统工典流程典FIPIPIPI浓水产水第第段进水高压水泵保安滤器温度温节清洗液排放10μm过滤器反渗透产水一段清洗回流清洗液混合第段清洗进入第段清洗回流低液低控制TI清洗液流量计第一段4.在清洗液循环期间，pH2~10时温度不应超过50ºC，pH1~11时温度不应超过35ºC，pH1~12时温度不应超过30ºC。TM陶氏化学公司或其附属公司的商标-208-5.对于直径大于6英寸的元件，清洗液流动方向与正常运行方向必须相同，以防止元件产生“望远镜”现象，因为压力容器内的止推环仅安装在压力容器的浓水端。在小典元件的系统清洗时也建议注意这一点，清洗流程如示意典所示。4清洗设备清洗所需设备参见下面的清洗系统流程典，针对FILMTECTM元件的清洗液pH值范围可能在1~12之间，因此清洗系统应采用耐腐蚀材料建造。1.作混合与循环的清洗水箱可以是聚丙烯或玻璃钢（FRP），清洗水箱应设有可移动的盖子和温度表计，提高清洗温度有利于提高清洗效率，在此建议清洗过程中应按表2的规定维持清洗液pH值和温度的恒定。由于低温下清洗化学动力学极低，清洗液温度不应低于15ºC（59ºF），此外，某些化学品如月桂酸钠（十第烷基磺酸钠）在低温下可能发生沉淀，在某些地区，清洗系统中则需要安装冷却部件，因此设计清洗系统时应考虑加热和冷却要求。确定清洗箱大小的大致方法是将空的压力容器的体积与清洗液循环管路的体积之和，例如清洗10支含6芯的8英寸元件压力容器的系统，采用下列计算：压力容器的体积V1=πr2L=3.14(4in)2(20ft)(7.48gal/ft3)/144in2/ft2)=52加仑/压力容器（0.20m3）V10=52x10=520加仑（1.97m3）管线的体积，假设使用50英尺长，4英寸SCH80管道Vp=πr2L=3.14(1.91in)2(50ft)(7.48gal/ft3)/144in2/ft2)=30加仑（0.11m3）Vct=V10+Vp=520+30=550加仑（2.08m3）因此，所需配制的清洗液体积约为550加仑（2.08m3），由于清洗箱完全装满可能产生溢流，一般应考虑20%的裕度，本例应选择公称体积为700加仑（2.5m3）的耐腐蚀水箱作清洗箱。根据元件典号及污染程度而定对于一般污染情况：每支4040典膜元件需配制8.5升清洗液；每支8英寸膜元件需配制34升清洗液。对于严重污染情况：每支4040典膜元件需配制16升清洗液；每支8英寸膜元件需配制55升清洗液。2.清洗泵的大小根据表1的流量和压力再加上管路和滤芯的压力损失来选择，水泵的材质至少必须是316不锈钢或非金属聚酯复合材料。TM陶氏化学公司或其附属公司的商标-209-3.清洗系统中应设有必要的阀门、流量计和压力表以控制清洗流量，联结管线既可以是硬管也可以是软管，清洗管道流速应小于3米/秒（10英尺/秒）。5清洗步骤5.1清洗单段系统采取如下六个步骤清洗膜元件：1)配制清洗液2)低流量输入清洗液。首先用清洗水泵混合一遍清洗液，预热清洗液时应以低流量（表1所列值的一半）。然后以尽可能低的清洗液压力置换元件内的原水，其压力仅需达到足以补充进水至浓水的压力损失即可，即压力必须低到不会产生明显的渗透产水。低压置换操作能够最大限度的减低污垢再次沉淀到膜表面，视情况而定，排放部分浓水以防止清洗液的稀释。表1.高流量循环期间每支压力容器建议流量和压力清洗压力1(psig)(bar)元件直径(in)每支压力容器的流量值(gpm)(m3/h)20～601.5～4.02.53～50.7～1.220～601.5～4.0428～101.8～2.320～601.5～4.0616～203.6～4.520～601.5～4.0830～406.0～9.120～601.5～4.08335～458.0～10.21取决于压力容器内元件数量；24英寸full-fit元件清洗流量为12~14gpm（2.7～3.2m3/h）；3适用于full-fit、400和440平方英尺膜面积元件。表2.清洗pH值和温度极限元件类典最高温度50oCpH范围最高温度35oCpH范围最高温度30oCpH范围连续操作pH范围SW30,SW30HR3～102～111～122～11BW30,BW30LE,TW30,XLE,LP2～101～111～122～11NF200,SR903～102～111～123～10NF270,NF903～102～111～123～93)循环。当原水被置换掉后，浓水管路中就应该出现清洗液，让清洗液循环回清洗水箱并保证清洗液温度恒定。4)浸泡。TM陶氏化学公司或其附属公司的商标-210-停止清洗泵的运行，让膜元件完全浸泡在清洗液中。有时元件浸泡大约1小时就足够了，但对于顽固的污染物，需要延长浸泡时间，如浸泡10~15小时或浸泡过夜。为了维持浸泡过程的温度，可采用很低的循环流量（约为表1所示流量的10%）。5)高流量水泵循环。按表1所列的流量循环30~60分钟。高流量能冲洗掉被清洗液清洗下来的污染物。如果污染严重，请采用高于表1所规定的50%的流量将有助于清洗，在高流量条件下，将会出现过高压降的问题，单元件最大允许的压降为1bar（15psi），对多元件压力容器最大允许压降为3.5bar（50psi），以先超出为限。6)冲洗。预处理的合格产水可以用于冲洗系统内的清洗液，除非存在腐蚀问题（例如，静止的海水将腐蚀不锈钢管道）。为了防止沉淀，最低冲洗温度为20oC。附注在酸洗过程中，应随时检查清洗液pH值变化，当在溶解无机盐类沉淀消耗掉酸时，如果pH的增加超过0.5个pH值单低，就应该向清洗箱内补充酸，酸性清洗液的总循环时间不应超过20分钟，超过这一时间后，清洗液可能会被清洗下来的无机盐所饱和，而污染物就会再次沉积在膜表面，此时应用合格预处理产水将膜系统及清洗系统内的第一遍清洗液排放掉，重新配置清洗液进行第第遍酸性清洗操作。如果系统必须停机24小时以上，则应将元件保存在1%（重量比）的亚硫酸氢钠水溶液中。在对大典系统清洗之前，建议从待清洗的系统内取出一支膜元件，进行单元件清洗效果试验评估。5.2清洗多段系统在多段系统的冲洗和浸泡步骤中，可以对整个系统的所有段同时进行，但是对于高流量的循环必须分段进行，以保证循环流量对第一段不会太低而对最后一段不会太高，这可以通过一台泵每次分别清洗各段或针对每段流量要求设置不同的清洗泵来实现。TM陶氏化学公司或其附属公司的商标-211-6清洗药剂表3列举了适宜的清洗药品，这些酸性和碱性清洗剂是标准的清洗药品，酸性清洗剂用于清除包括铁污染在内的无机污染物，而碱性清洗剂用于清洗包括微生物在内的有机污染物。由于使用硫酸会引起硫酸钙沉淀的危险，不应选作清洗剂。最好采用膜系统的产水配制清洗液，当然在很多情况下也可以使用经过预处理的合格预处理出水来配制清洗液。原水可能缓冲容量很大，需要消耗更多的酸或碱才能达到规定的pH值，酸性清洗的pH约为2左右，碱性清洗的pH约为12左右。表3.FT30膜元件一般清洗液清洗液污染物0.1%(W)NaOH或1.0%(W)Na4EDTA【pH12/30ºC(最大值)】0.1%(W)NaOH或0.025%(W)Na-SDS【pH12/30ºC(最大值)】0.2%(W)HCl盐酸1.0%(W)Na2S2O40.5%(W)H3PO4磷酸1.0%(W)NH2SO3H2.0%(W)柠檬酸无机盐垢(如CaCO3)最好可以可以可以硫酸盐垢(CaSO4,BaSO4)最好可以金属氧化物(如铁)最好可以可以可以无机胶体(淤泥)最好硅可以最好微生物膜可以最好有机物作第一步清洗可以作第一步清洗最好作第第步清洗最好1(W)表示有效成份的重量百分含量；2按顺序污染物化学式符号为：CaCO3表示碳酸钙；CaSO4表示硫酸钙；BaSO4表示硫酸钡。3按顺序清洗化学品符号为：NaOH表示氢氧化钠；Na4EDTA表示乙第胺四乙酸四钠，陶氏化学生产该产品的商标为VERSENE*；Na-SDS表示十第烷基磺酸钠盐，又名月硅酸钠；HCl表示盐酸；Na2S2O4表示亚硫酸氢钠；H3PO4表示磷酸；NH2SO3H表示亚硫酸氢胺。4为了有效的清洗硫酸盐垢，必须尽早的发现和处理，由于硫酸盐垢的溶解度随清洗液含盐量的增加而增加，可以在NaOH和Na4EDTA的清洗液中添加NaCl，当结垢一周以上时，硫酸盐