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　　 反滲透膜分離技術作為一門新型的高效分離、濃縮、提純及凈化技術,近30 a來發(fā)展迅速,目前已廣泛應用于純水制備、海水淡化和廢水處理等行業(yè)。反滲透膜是反滲透系統(tǒng)中的關鍵元件。目前國內(nèi)約有幾十萬膜元件用戶,且每年以20%~30%的速度增加。在實際應用中,膜元件都會發(fā)生不同程度的污染,導致系統(tǒng)進出口壓差增大,產(chǎn)水量減少,脫鹽率下降,進而影響反滲透系統(tǒng)的正常運行,因此,必須設置反滲透清洗系統(tǒng)對其進行有效清洗,限度地恢復已經(jīng)污染的膜元件的性能,使膜更有效地持久運行。如何對反滲透膜運行中產(chǎn)生的污染進行分析和有效清洗,受到越來越廣泛的重視。

1　反滲透膜污染的分析與判斷

　　　　為了提高清洗效果,清洗前需要對膜污染的狀況進行分析,確定污染物的種類,根據(jù)反滲透膜污染、結垢的具體情況,選擇有針對性的清洗劑進行清洗。

　　　　1.1　分析途徑

　　　　(1)分析設備性能數(shù)據(jù)。

　　　　(2)分析給水中潛在的污染、結垢成分。

　　　　(3)分析SDI儀的膜過濾器收集的污染物。

　　　　(4)分析濾芯過濾器的污染物。

　　　　(5)檢查管道內(nèi)表面和膜元件兩端的狀況。

　　　　(6)必要時剖開膜元件進行分析,查找污染、結垢成分。

　　　　1.2　分析方法

　　　　膜污染嚴重時,可通過染色試驗、顯微鏡分析、傅立葉變換紅外線光譜(FTIR)分析、掃描電子顯微鏡(SEM)分析、能源頻射X光線(EDX)分析等查找原因,判斷故障位置。以上幾種分析鑒定方法有的必須犧牲膜元件,有的需要借助專門儀器、設備,費用較高。實際應用中常常采用以下簡便易行的分析方法。

　　　　(1)目　測

　　　　在確定系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生污染,需要實施化學清洗時,先打開壓力容器端板,直接觀察污染物在壓力容器端板與膜元件之間的間隙內(nèi)累積的情況。一般根據(jù)直接觀察即可基本確定污染物的類型,繼而確定相應的清洗方案。

　　　　①前段污染觀察

　　　　預處理濾料(砂粒、活性炭)泄漏、膠體污染、有機物污染和生物污染,前端最嚴重,可以從前端膜元件入口觀察到顆粒物及粘液狀污染。發(fā)生生物污染時會發(fā)現(xiàn)腥臭味粘液物質(zhì),灼燒刮取的生物粘泥(粘膜),會有蛋白質(zhì)的焦臭氣味。

　　　?、谀┒宋廴居^察

　　　　無機鹽結垢在系統(tǒng)末端嚴重,在末端膜元件端頭處可以摸到粗糙的粉狀物。用鹽酸(pH 3~4)溶解時有氣體冒出,說明沉淀物極可能是CaCO3。硫酸鹽垢、硅垢在pH很低時也很難溶解。如果垢在0.1 mol/L HF溶液中是可溶的,則可能是硅垢。

　　　　(2)稱　重

　　　　污染的膜元件進水流道附著了污染物,整體重量會加大。將取出的膜元件豎立放置,瀝干水分后稱重,與膜元件的參考重量進行對比,多余的重量即為附著污染物的重量。

　　　 (3)參考污染特征進行判斷

　　　　另外,還可參考反滲透膜污染物的污染特征進行分析判斷。表1是膜生產(chǎn)廠家給出的反滲透膜污染物的污染特征。

反滲透膜污染物特征

2　反滲透膜的化學清洗

　　　　2.1　清洗條件

　　　　下列情況出現(xiàn)時需要及時清洗膜元件:

　　　?、贅藴驶a(chǎn)水量降低10%;

　　　　②進水和濃水之間的壓差上升了15%;

　　　?、蹣藴驶耕}率增加10%~15%;

　　　?、芟到y(tǒng)各段壓差明顯上升。

　　　　一般以設備最初運行48 h所得到的運行記錄為標準化后的對比數(shù)據(jù)。

　　　　2.2　清洗設備

　　　　(1)清洗箱

　　　　起混合與循環(huán)作用,要求耐腐蝕,材料可選用玻璃鋼、聚氯乙烯塑料或鋼罐內(nèi)襯橡膠等。清洗水箱應設有溫度計。清洗箱的大小大致是空的壓力容器的體積與清洗液循環(huán)管路的體積之和,一般應考慮20%的裕度。

　　　　(2)清洗泵

　　　　應耐腐蝕,如玻璃鋼泵。它所提供的壓力應能克服保安過濾器的壓降、膜組件的壓降和管道阻力損失等,一般選用壓力為0.3~0.5 MPa。水泵的材質(zhì)至少必須是316不銹鋼或非金屬聚酯復合材料。

　　　　(3)其　他

　　　　清洗系統(tǒng)中應設有必要的閥門、流量計和壓力表以控制清洗流量,連接管線既可以是硬管也可以是軟管,應耐酸堿腐蝕。

　　　　2.3　清洗藥劑

　　　　膜分離系統(tǒng)的化學清洗方法主要有酸法和堿法兩種,具體采用何種清洗方法取決于膜系統(tǒng)的污染物性狀。表2列出了不同污染物適宜的清洗液配方。
2.4　清洗步驟

　　　　2.4.1　清洗單段系統(tǒng)

　　　　(1)系統(tǒng)沖洗

　　　　用反滲透產(chǎn)品水(也可用符合反滲透進水標準的預處理水或過濾水)沖洗反滲透膜組件和系統(tǒng)管道。

　　　　(2)配制清洗液

　　　　清洗液原則上用反滲透產(chǎn)品水配制。清洗劑應充分溶解并混合均勻,然后調(diào)節(jié)pH (酸洗一般用氨水調(diào)節(jié),堿洗一般用鹽酸調(diào)節(jié)),并反復確認清洗溫度是否合適。

　　　　(3)低流量輸入清洗液

　　　　清洗液以盡可能低的壓力置換元件內(nèi)的原水,其壓力僅需達到足以補充進水至濃水的壓力損失即可,即壓力必須低到不會產(chǎn)生明顯的滲透產(chǎn)水。低壓置換操作能夠限度地減低污垢再次沉淀到膜表面。視情況排放部分剛開始循環(huán)回來的清洗液,以防止清洗液的稀釋。

　　　　(4)循　環(huán)

　　　　當原水被置換完后,讓清洗液循環(huán)回清洗水箱并保證清洗液溫度恒定,循環(huán)時間一般為60min。對回流清洗液視情況進行處理。如果回流清洗液已明顯變色或變濁則應排放掉,重新配置清洗液;若回流清洗液pH變化超過0.5時,調(diào)整pH,必要時更換清洗液。

　　　　(5)浸　泡

　　　　停止清洗泵的運行,讓膜元件浸泡在清洗液中。一般浸泡1 h就足夠了;但對于頑固的污染物,需要延長浸泡時間,浸泡10~15 h或浸泡過夜。

　　　　(6)高流量循環(huán)

　　　　高流量循環(huán)30~60 min。高流量能沖洗掉被清洗液清洗下來的污染物。在高流量條件下,可能會出現(xiàn)過高壓降的問題。單元件的允許壓降為0.1 MPa,多元件壓力容器允許壓降為0.35 MPa,以先超出為限。

　　　　(7)沖　洗

　　　　用反滲透產(chǎn)品水或合格的預處理出水沖洗系統(tǒng)內(nèi)的清洗液,沖洗溫度為20℃,沖洗時間約1 h。

　　　　2.4.2　清洗多段系統(tǒng)

　　　　對多段反滲透裝置,原則上應分段進行清洗,清洗水流方向與運行方向相同。一般情況下,清洗液可不排地溝,直接循環(huán);當污染比較輕微時,可以多段一起進行清洗;當元件污染嚴重時,清洗液在最初幾分鐘可排地溝,然后再循環(huán)。清洗每一段循環(huán)時間通常為1.5 h,污染嚴重時應加長時間。清洗完畢后,應用反滲透出水沖洗反滲透裝置,時間不少于30 min。當膜污染嚴重時,清洗段的溶液不要用來清洗第二段,應重新配制清洗液。為提高清洗效果,可讓清洗液浸泡膜元件,但時間不應超過24 h。

　　　　2.5　清洗要點

　　　　(1)高流速

　　　　清洗流速應比正常運行時的流速高,一般為正常運行濃水流速的1.2倍。

　　　　(2)低壓力

　　　　清洗壓力應盡可能低,建議控制在0.3 MPa以下。如果在0.3 MPa以下很難達到流量要求時,應盡可能地控制進水壓力,以不出產(chǎn)水為標準。一般進水壓力不能大于0.4 MPa。

　　　　2.6　清洗時的注意事項

　　　　(1)謹慎選擇清洗藥劑

　　　　應謹慎選擇清洗所用藥劑,而且清洗時應嚴格遵守藥品的使用說明和工藝條件,并要仔細觀察清洗時清洗液的溫度和pH變化。在對大型系統(tǒng)清洗之前,建議從待清洗的系統(tǒng)內(nèi)取出1支膜元件,進行單個膜元件清洗效果試驗,確認清洗效果后再實施整套系統(tǒng)的清洗。

　　　　(2)清洗液的潔凈度
清洗液的潔凈度直接影響清洗效果。清洗液含較多的雜質(zhì)及顆粒物,會對膜系統(tǒng)造成二次污染,還會對膜表面造成一定的機械性損傷。用于反向清洗的清洗液中小分子雜質(zhì)應盡可能少。較為理想的清洗溶劑為膜系統(tǒng)的產(chǎn)水,當然也可以使用合格的預處理出水來配制清洗液。

　　　　(3)清洗液流動方向

　　　　一般要求清洗液流動方向與系統(tǒng)正常運行時的水流方向相同,以防止元件產(chǎn)生“望遠鏡”現(xiàn)象,因為壓力容器內(nèi)的止推環(huán)僅安裝在壓力容器的濃水端。反向清洗僅針對進料端被嚴重污堵的組件,并且不能在膜的透過液一側(cè)反向施壓,以免使膜本身出現(xiàn)機械性損傷。此處反向清洗是指在膜組件的濃排端泵入清洗液,在膜外側(cè)進行組件內(nèi)循環(huán),使清洗液流經(jīng)膜表面,以適當?shù)牧魉僭谀け砻嫘纬梢欢ǖ臎_刷力,將系統(tǒng)內(nèi)和膜表面的污染物清除排出。筆者參與的膜清洗(反滲透膜組件組成方式為一級三段式,排列方式為10∶5∶3)通常是將段的支膜反向后置于段的末端(注意濃水密封圈也相應地移至另一端),再按正常清洗程序進行清洗。

　　　　(4)清洗液的溫度

　　　　清洗液的溫度對清洗效果的影響極大。在合理的溫度范圍中,盡可能地提高清洗液溫度可更有效地恢復膜的原有性能。這是因為:較高的清洗溫度可以使清洗液的溶解度和洗滌能力有所提高;另外,高于正常工作溫度的清洗液有助于膜微孔的擴張,促進微孔內(nèi)污物的排出。

　　　　(5)清洗順序

　　　　膜分離系統(tǒng)的化學清洗,大多數(shù)情況下采用酸法、堿法交替進行的方法,但一定要注意酸法、堿法不能連接進行。合理的清洗順序為:酸洗→水洗至呈中性→堿洗→水洗至呈中性或堿洗→水洗至呈中性→酸洗→水洗至呈中性。

3　結束語

　　　　反滲透膜的化學清洗是反滲透裝置運行維護中的一個重要環(huán)節(jié),其成功與否直接影響著反滲透膜的使用性能及使用壽命。正常的化學清洗周期是每3~12個月1次。如果1個月內(nèi)清洗1次以上,需對反滲透預處理系統(tǒng)作進一步調(diào)整和改善,如追加投資或重新進行反滲透設計。沒有一個好的預處理系統(tǒng),膜系統(tǒng)的穩(wěn)定運行將難以實現(xiàn)。不能把希望都寄托于膜清洗,化學清洗并不是的,其對膜的損害是比較大的。