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反渗透膜元件清洗与消毒（内部资料仅供参考）7-1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FILMTEC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。7-2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。7-3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。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。5.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。7-4清洗步骤7-5.1清洗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。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。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)压力(bar)：1.5～4.0单支压力容器（m3/h）6.0～9.1清洗pH值和温度极限:最高温度50℃pH范围:3～10最高温度35℃pH范围:2～11最高温度30℃pH范围:2～11连续操作pH范围：2～113)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。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。5)高流量水泵循环。按上述所列的流量循环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，请采用高于上述所规定的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值单位，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二遍酸性清洗操作。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。7-5清洗药剂下表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。对应的清洗药剂表说明：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表示乙二胺四乙酸四钠，陶氏化学生产该产品的商标为VERSENE*；Na-SDS表示十二烷基磺酸钠盐，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，硫酸盐垢的清洗成功性值得怀疑。5．柠檬酸是无机盐垢的可选清洗剂。7-6膜系统消毒7-6.1引言生物污染是RO系统操作中最常见和最严重的问题之一，特别是当水源为地表水或富含细菌的进水，控制水中微生物的活动尤为重要，正确的设计和预处理操作是防止出现微生物污堵的先决条件，完整的取样和分析步骤是操作程序的一部分，这样微生物活动的增加在早期阶段就可发现。7-6.2清洗受生物污染的膜元件下列清洗程序是专门针对受生物污染的膜系统，对于所有清洗过程，其清洗系统配置、pH和温度范围及建议清洗流量值完全相同，建议参考通用清洗导则的规定。清洗步骤采取七个步骤清洗受生物污染的膜元件：1)配制清洗液。表7-4生物污染清洗液注：1．(W)表示有效成份的重量百分含量；2．按顺序清洗化学品符号为：NaOH表示氢氧化钠；Na4EDTA表示乙二胺四乙酸四钠，陶氏化学生产该产品的商标为VERSENE*；Na-SDS表示十二烷基磺酸钠盐，又名月硅酸钠；2)低流量输入清洗液。当清洗水泵混合清洗液，清洗液预热以及用清洗液置换元件内的原水时，应按表7-5所列流量值的一半即按低流量和低压力操作条件进行，所需的压力仅需达到足以补充进水至浓水的压力损失即可。压力必须低到不会产生明显的渗透产水。低压能够最大限度的减低污垢再次沉淀到膜表面，视情况而定，应排放部分浓水以防止清洗液的稀释。3)循环。当原水被置换掉后，浓水管路中就应该出现清洗液，可以让清洗液循环返回清洗水箱。循环清洗液15分钟或直到颜色不变为止。如颜色仍发生变化，放掉清洗液重新按步骤1)配置新的清洗液。4)浸泡。停止清洗泵的运行，让膜元件完全浸泡在清洗液中。元件浸泡时间1~15小时（浸泡过夜将更好）。为了维持浸泡过程的温度，可采用很低的循环流量（约为表7-5所示流量的10%）。浸泡时间随污染严重程度而定，对于轻度污染，浸泡1~2小时足够。5)高流量水泵循环。按表7-5所示的流量循环45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7-5所规定的50%的流量将有助于清洗，在高流量条件下，将产生过高压降的问题，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。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)压力(bar)：1.5～4.0单支压力容器（m3/h）6.0～9.16)冲洗。经预处理的合格预处理出水可以用于冲洗清洗液，除非存在腐蚀问题（如静止的海水将会腐蚀不锈钢管道）。为了防止沉淀，最低冲洗温度为20oC，系统冲洗时间约1小时。7)重新启动系统。必须等待元件和系统达到稳定后，记录系统重新启动后的运行参数，清洗后系统性能恢复稳定的时间取决于原先污染的程度。为了获得最佳的性能，有时需要多次的清洗和浸泡步骤。附加信息A实践表明，含Na4-EDTA的碱性清洗液清洗效果不及标准碱性溶液或含Na-SDS的碱性溶液。B对任何清洗液而言，清洗液与膜元件的接触时间最重要。为了恢复系统性能，有时需要数次清洗液浸泡过夜。在元件清洗之后，再清洗一次才可以非常有效地除去膜面上残留的生物污染膜。任何残留的生物污染膜将会吸引和捕捉污染物，所以，再清洗一遍将有利于延长清洗周期，提高系统性能。C对于工业用水而言，或产品水不是以饮用为目的时，可以在步骤1)前使用非氧化性的杀菌剂以消灭系统中的细菌和生物膜。请参阅膜系统消毒指南（即用非氧化性的DBNPA消毒）。如果只能使用氧化剂例如过氧化氢消毒，则必须先清洗后消毒。7-7.3用DBNPA消毒膜通常易于受各种污染，其中产生微生物污染的一个原因是由于细菌活动所致。生物污染会形成富集其它腐殖质的基础条件并导致更为严重的问题，此时受污染的膜系统产水量下降，运行压力增加，脱盐率降低，当上述任一症状出现时，就应怀疑出现了微生物污染，用户应使用杀菌消毒剂，尝试“再生”膜系统，以下是对杀菌消毒剂的要求：▬与膜兼容▬能发挥较快的消毒作用▬成本较低▬有易于运输，贮存和操作及稳定的特点▬不应透过膜进入产水中▬有广谱杀菌作用能力▬可生物降解▬符合当前和未来的各种法规。符合这些要求的杀菌消毒剂为DBNPA（2,2-dibromo-3-nitrilo-proprionamide，2,2-双溴代-3-次氮基-丙酰胺），目前有几种含DBNPA的产品可供选用，要了解更多关于DBNPA或希望找到供应商，请咨询陶氏抗菌剂网站，可联系antimicrobials@dow.com。消毒频率和步骤RO系统运行在高微生物活动的进水中时，在接触各种微生物之后的3~5天就会出生物膜，因此，在生物活动旺盛期（夏季），最常规的消毒频率为每3~5天一次，在生物活动非旺盛期（冬季），大约每7天一次，最佳的消毒频率应根据每个系统的实际情况而定，有两种消毒方法可供选择，短暂或连续加药。当短暂加药时，使用DBNPA的量取决于微生物污染的严重程度，生物活动低的水源，每5天加入10~30ppm的活性成份30分钟到3小时处理。如果水中含100CFU/ml（菌落总数/毫升）或已经确诊为存在生物膜污染时，建议投加方式为连续3小时30p