反渗透异常故障分析与对策戴昆仑

反渗透异常故障分析与对策戴昆仑（青岛海晶化工集团，山东青岛266042）［摘要］反渗透装置在运行过程中发生的膜污染、化学损伤、停机保护不当、操作条件恶化等异常现象，是影响反渗透膜使用寿命与运行经济性的主要原因，也是反渗透运行管理的主要研究方向。分析了青岛地区多个反渗透运行事例，阐述了导致异常现象发生的主观因素与客观影响，并提出了防范事故发生、延长膜寿命的具体建议。［关键词］膜污染；透盐率；游离氯；反渗透；停机保护［中图分类号］TQ028.8［文献标识码］B［文章编号］1005-829X（2011）02-0085-04AnalysisandcountermeasuresonabnormalbreakdownofreverseosmosisDaiKunlun（QingdaoHygainChemicalGroupCo.，Ltd.，Qingdao266042，China）Abstract：Themembranefouling，chemicaldamage，impropershutdownprotection，operationconditionworsening，etc.occurredintheoperationprocessarethemainfactorsthataffecttheservicelifeandeconomicrunningefficiencyofreverseosmosis（RO）membranes.TheyarealsothemainresearchdirectionsofROrunningmanagement.ManyROrunningexamplesinQingdaoareaareanalyzed.Thesubjectivefactorsandobjectiveinfluenceswhichcauseab-normalphenomenonareexpoundedbasedonrelevantbasictheories.Someconcretesuggestionsonthepreventionofaccidentsandservicelifesavingareputforward.Keywords：membranefouling；salt-infiltratedrate；freechlorine；reverseosmosis；stoppageprotection2002—2005年青岛市区有多家热电厂的锅炉补给水处理系统采用了反渗透+混床脱盐工艺。装置产水量为40～130m3/h，预处理工艺有介质过滤法（混凝—双层滤料过滤器—还原剂—活性炭过滤器—阻垢剂—滤芯过滤）及全膜法（盘式过滤器—超滤—还原剂+阻垢剂—滤芯过滤）。补充水水源为城市自来水。这些热电厂的反渗透运行方式，除海晶化工集团热电厂为全年连续运行外，其他各厂均为间断运行，即冬季供热期设备连续运行，非供热期设备轮流切换运行。青岛市区各热电厂运行的反渗透水处理系统多为水处理行业内知名企业设计，其工艺流程、设备配置、自动化控制均达国内先进水平。1影响反渗透膜使用寿命的原因目前，在青岛采用反渗透+混床脱盐工艺的热电厂中，仅有少数几家企业的反渗透膜连续运行寿命达到5a，对于多数间断式运行的反渗透装置，膜的初次更换周期不足5a。膜的使用寿命短，不仅直接影响装置的运行经济性，也反映出装置的运行管理存在问题。1.1活性炭菌体蓄积导致膜污染膜污染是指被处理溶液中的各种物质在水流通道、膜表面或膜孔内吸附、沉积，造成孔道或水流通道变小或堵塞的现象〔1〕。采用介质过滤的预处理系统时活性炭过滤器兼有脱除氧化物（游离氯、次氯酸钠、游离氧）与吸附有机物的双重作用。在运行过程中，由于水中的游离氯被活性炭脱除，使水的抑菌能力降低，因此活性炭吸附的有机物成为残存细菌繁殖的营养源。又因多数厂家对细菌微生物缺少检测手段，导致活性炭过滤器出水细菌增多，对膜造成污染。某企业的反渗透装置（BW30-365型聚酰胺复合膜）投产3a多各项膜性能指标良好，2006年9月份发现，在进水流量、电导、水温无异常，SDI合格的运行条件下，反渗透膜压差增大，产水量下降35%，脱盐率有所升高，进行化学清洗效果不明显。打开微滤器滤芯检查，滤芯表面手感滑腻、颜色暗黑，拆解第31卷第2期2011年2月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol．31No．2Feb．，201185膜元件发现，膜的浓水侧隔网有一层形态规则的十字花形灰黑色黏软状物质附着。据此分析：活性炭过滤器运行3a来，一直没采取抑菌措施，且为间断运行方式，其内滋生繁衍的大量细菌微生物进入反渗透装置，在夏季适宜温度条件下，在膜表面快速代谢繁殖（适宜条件下1个细菌24h可繁殖72代达4.7×1021个细菌〔2〕），形成生物黏膜，使膜阻力增加，水的透过速度降低，系统产水量下降。在更换活性炭之后，另一套运行反渗透装置没有发生类似现象。1.2余氯失控导致膜产生化学损伤对于一般进水，其中氯的浓度和pH是造成反渗透膜化学损伤最重要的因素〔3〕。超滤技术替代介质过滤应用于反渗透预处理时，可有效截留0.002~0.1μm之间的微粒和杂质（如胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物等），简化了预处理工艺，提高了反渗透进水的质量，但超滤膜不能截留小分子无机盐与溶解性气体。对此特性认识不足操作不当，可导致反渗透膜发生化学损伤。某企业采用全膜法预处理工艺的反渗透装置（LFC3型低污染复合膜）。2006年在反渗透段间压差、进水温度、产水量没有明显变化的情况下，产水电导率由15μS/cm升高至100μS/cm，透盐率明显增大，严重影响后续混床运行周期与制水量。虽经化学清洗但产水的电导率没有降低。打开保安过滤器、膜壳端盖检查，表面清洁无明显污染物。后经膜厂家与专业技术人员分析：自来水中的游离氯浓度发生波动，同时检测游离氯指标的氧化还原电位表反应不灵敏；岗位人员对膜的工作特性理解不深刻，致使还原剂加入操作不规范，游离氯穿过超滤膜进入反渗透装置与膜发生了氧化反应；另外，化学清洗所用工业盐酸溶液中含有活性氯，当酸液pH控制不当，反渗透膜与酸液的氧化性物质产生反应〔4〕，在pH低于2时，LFC3型复合膜遭到不可逆破坏。1.3停机保护措施不当造成膜的微生物污染在供热期结束、用水负荷减少及设备定期大修时，需对反渗透装置实施停用保护。对于短期停用的反渗透装置（停机时间在一周之内），多采用低压冲洗法进行保护；对于装置的中长期停机保护，大多数膜厂商均都提出了指导性方法。但各企业的具体实施效果则直接影响反渗透运行性能。2008年某企业的1套反渗透装置（BW30-400型聚酰胺复合膜）因负荷不足暂时停机，此后每天定时运行1h，1个月后重新开机，反渗透装置的进水压力由初始的＜0.9MPa猛增到＞1.1MPa，段间压差也随之增大。先后采用自配清洗剂、膜厂家专用清洗剂进行清洗，但都无法恢复膜的初始性能。分析原因：（1）膜装置长期停机，采取定时冲洗的短期保护措施，致使细菌微生物在膜元件内滋生；（2）夏季温度升高，给细菌大量繁殖提供了充分条件，最终使新膜受到不可逆转的污染。1.4操作条件变化导致膜污染在膜分离过程中，随着运行操作时间的延长，膜的渗透通量会逐渐下降，分离性能发生变化。造成这一现象的原因很多，如浓差极化、结垢、微生物侵蚀、水解、氧化以及操作条件恶化等，均可能给膜造成严重危害〔5〕。某公司1套产水量70t/h的反渗透装置（LFC3型低污染复合膜），一级两段排列，预处理采用介质过滤，补充水属优质自来水（电导率＜400μS/cm）。但运行中曾将循环冷却水混入反渗透原水池，导致操作条件恶化，反渗透装置压差增大，系统产水量下降5%。原因在于循环水浓缩倍率高，水中的胶体、有机物、细菌微生物、无机盐、水处理剂等杂质含量高，超出了预处理设备所能适应的水质范围，导致反渗透膜在短期内被恶劣水质水污染。1.5工艺缺陷造成膜污染某企业的反渗透装置（BW30-400型聚酰胺复合膜）设计能力为40t/h，预处理系统采用介质过滤工艺，预处理系统初始设计没有建造杀菌设施，反渗透装置每两周用非氧化性杀菌剂进行30min循环杀菌处理。投产以后，以地表水作补充水的原水池容积较大，置换周期长，致使池内菌藻微生物繁衍，保安过滤器滤芯呈暗绿色。虽然在预处理系统中增加了杀菌剂自动计量泵进行连续杀菌，但反渗透膜已经受到菌体污染，造成间断运行时间不足3a，产水率下降了25%，各段压差增大，对反渗透膜清洗频繁。综上所述，操作管理人员经验不足，操作过程不规范、停机保护措施不当、操作条件恶化、工艺设计存在缺陷以及其他方面失误可致使反渗透系统发生故障。虽然故障的表现形式不同，但其后果都使膜的性能遭到不可恢复的损伤，导致膜的使用寿命降低。2防止膜寿命降低的措施2.1严格按标准化要求进行运行管理反渗透进水SDI、压力、温度、产水量、回收率、经验交流工业水处理2011－02，31（2）86脱盐率等各项参数与运行工艺都是膜厂家根据水质、膜结构、装置水平、运行经验进行优化设计确定的。在运行过程中，各项参数能否达到膜生产厂家给定的“标准化”设计参数的要求，是评价反渗透膜运行性能优劣的基本依据〔4〕。青岛海晶化工集团采用的设计能力为2×100t/h的反渗透装置，于2005年将部分浓水回收〔6〕替代原水使用，保持进水含盐量比初始原水含盐量高20%以上，连续运行5a（相当于间断运行7~8a），节水＞1×106t，创造效益＞300万元（按水价3.8元/t计），足够更换两次全套膜元件。反渗透运行数据见表1。表1海晶反渗透运行数据项目进水电导率/（μS·cm-1）进水SDI进水温度/℃一段进水压力/MPa二段进水压力/MPa系统产水/（m3·h-1）系统浓水/（m3·h-1）系统回收率/%产水电导率/（μS·cm-1）系统脱盐率/%2004年初668424.70.930.8103.0037.0073.5710.40≥982009年7月816.03425.51.281.197.9834.5473.9316.98≥98由表1可知，除了因温度升高引起的产水量增值3t（温度升高1℃，产水量增加3t），反渗透产水通量衰减率约为8%。其主要措施就是严格按照设计导则要求，对系统的开停机、水温调控、回收率、过滤器滤料反洗、絮凝剂、阻垢剂的药剂质量与加药量均按标准化进行运行管理。2.2对停用装置及时采取有效的杀菌保护措施在运行过程中膜的污染是很难完全避免的，但是通过相应措施可以减轻膜的污染程度。青岛泰能热电厂的1套产水量为130t/h的反渗透装置，间断运行至今8a，反渗透各项运行参数见表2。表2泰能反渗透运行参数项目进水电导率/（μS·cm-1）进水SDI进水温度/℃一段进水压力/MPa二段进水压力/MPa系统产水/（m3·h-1）系统浓水/（m3·h-1）系统回收率/%产水电导率/（μS·cm-1）系统脱盐率/%2002年初666425.00.800.7113044.074.711.0≥982009年3月640326.80.780.7013145.074.717.9≥98由表2可知，对比反渗透进水压力、段间压差、产水通量、脱盐率、回收率等参数，去除温度的影响，实际衰减率＜4%，大大优于膜供应商设定的衰减率。该厂的成功经验在于系统运行中严格按导则要求进行运行管理，并正确实施了停机保护措施。具体做法是在供热期开始与结束时，每年2次对运行膜装置进行杀菌处理。对供热期结束后停用的装置进行除垢、灭菌联合清洗，并对清洗后的膜装置采用甲醛密闭封存。彻底杀菌，降低微生物细菌在膜表面的黏附力，使菌体在水流冲刷下较易脱离膜表面，封存期间每2个月更换1次甲醛溶液。2.3防止活性炭细菌滋生活性炭的反洗周期、使用寿命、杀菌方式直接影响预处理水的水质，目前各企业暂无统一标准。笔者认为，活性炭的使用周期不宜超过3a。以自来水为水源的活性炭过滤器的反洗采用气洗方式，反洗周期以7~15d为宜：前置多介质过滤器出水的SDI、游离氯含量低时可偏上线；SDI、游离氯含量高时宜偏下线。按规定要求严格执