1 前言
山東淄博嘉周熱電有限公司水處理裝有四套2.5m的一級(jí)除鹽系統(tǒng)，93年投運(yùn)，一直用自來水作水源進(jìn)行脫鹽處理。因自來水供應(yīng)有限，影響了安全生產(chǎn)，98年就新上2×115m?3/h 的反滲透水處理工程，使用的水源是兩個(gè)水庫積累的地表雨水。其工藝為
水庫水澄清池混凝沉清→無閥濾池過濾→細(xì)砂過濾器過濾 保安過濾器過濾→反滲透→原來的一級(jí)除鹽處理系統(tǒng)。
水庫水因隨季節(jié)性變化大，污染重，水質(zhì)差。RO前過濾簡(jiǎn)單，沒有活性碳等過濾設(shè)備，有時(shí)SDI處理不下來，RO被迫停運(yùn)，如99年就停運(yùn)六次。即使正常運(yùn)行，反滲透膜污堵塊，清洗頻繁，短之十天，最長(zhǎng)也就運(yùn)行一個(gè)月必須清洗一次。反滲透膜清洗是一項(xiàng)技術(shù)要求很高的工作，開始按膜廠家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)清池，不久后系統(tǒng)出力隨之下降，恢復(fù)不了設(shè)計(jì)出力。針對(duì)這個(gè)劣化趨勢(shì)，認(rèn)真學(xué)習(xí)考察了國(guó)內(nèi)外的清洗技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自己的水處理 工藝特點(diǎn)，根據(jù)不同時(shí)期的水質(zhì)變化、污染物特征進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物試驗(yàn)，尋找有效清洗配方，探索改進(jìn)工藝程序，規(guī)范操作監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)，形成了一套完整的膜清洗技術(shù)，取得了很好的清洗 效果，保證了RO的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2 水質(zhì)分析??
通過每月對(duì)水源水質(zhì)，每周對(duì)RO進(jìn)出水進(jìn)行分析，其水質(zhì)指標(biāo)見表1。
表1 水質(zhì)分析統(tǒng)計(jì)表 分析項(xiàng)目 萌山水庫
水樣 周村水庫
水樣 自備水井
水樣 混合水
水樣 RO進(jìn)水 RO排水 電導(dǎo)率，μscm-1? 1080 726 3350 1828 1568 5827 溶解固體mgL-1 711 406 2046 1030 927 3249 總硬度，mgL-1?(CaCO3) 432 296 1080 622 512 1684 PH 8.3 7.96 7.56 7.90 7.27 7.86 CODmn,mgL-1? 3.8 5.2 1.0 2.5 2.2 8.1 Na+，mgL-1? 67 68.1 67.8 66.2 Ca2+，mgL-1? 118.24 82.8 298.4 169.2 136.6 512.4 HCO3-，mgL-1? 180 162 324 213 170.8 463.6 SO2-，mgL-1?4 365 141 568 401 392 1428 Cl-，mgL-1? 68.6 52 490 121 116 394 SiO2，mgL-1? 16.2 25 33.6 27 16.2 52.6 SDI 3-4 細(xì)菌總數(shù)，個(gè)ml-1 110 6829
3 反滲透膜的污染特征和原因分析
反滲透膜投入使用后，就要受到水中雜物的污染，由于各地水源水質(zhì)不同，所采取的預(yù)處理 工藝方法也不盡相同，所以反滲透的污染物各不相同，污堵的速度差別很大。即使同一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)周期的污染物也不完全相同，常常不止一種污染物，它們相互影響，加快了污堵速 率和污染的復(fù)雜性，增加了清洗難度。常見的污堵情況有以下幾種。
3.1膠體污堵
膠體污堵是一種普遍現(xiàn)象，不管是地下水還是地表水，總含有鐵鋁膠體、硅膠體、有機(jī)質(zhì)膠體 ，預(yù)處理時(shí)加入的混凝劑，助凝劑，阻垢劑等形成的膠體，這些都可能沉積在膜表面形成膠體污染。使系統(tǒng)質(zhì)差增加，產(chǎn)水量降低，脫鹽率下降。
3.2生物污堵
生物污堵主要發(fā)生在地表水處理系統(tǒng)和頻繁啟停操作的系統(tǒng)。單一的殺菌劑是不能將水中的各種細(xì)菌微生物全部殺死，系統(tǒng)設(shè)在死角區(qū)，或停用時(shí)間過長(zhǎng)造成細(xì)菌微生物生長(zhǎng)繁殖，粘附在膜表面形成生物粘膜。使系統(tǒng)運(yùn)行壓差升高，產(chǎn)水量下降，脫鹽率先是略有上升，然后降低。
3.3化學(xué)結(jié)垢
化水結(jié)垢往往發(fā)生在二段，被濃縮鹽水中過量的溶解鹽沉淀而結(jié)垢。表現(xiàn)為原段壓降升高，脫鹽率下降，出力降低。只要調(diào)整好回收率和阻垢劑加量是可以控制的。
3.4顆粒堵
顆粒污堵往往發(fā)生在前端。主要原因是新系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)沖洗不徹底，保安過濾器缺陷致泥上、 細(xì)砂等腐蝕碎片通過。或是微米濾芯采用纏繞型號(hào)，絨毛脫落，還有是運(yùn)行壓差高，使膜邊上的膜片脫落堵在下一個(gè)膜的前端。造成壓降升高、出力減小。這些是機(jī)械性污堵，是可以預(yù)防的。
膜污堵后的通性就是壓差升高，出力降低，脫鹽率降低。那么污堵到什么時(shí)候需要清洗呢。
4 膜清洗的確定
膜污染后其運(yùn)行指標(biāo)與投運(yùn)相比，在產(chǎn)水量降低15%，校正后的壓差變化達(dá)15%或歸一化后的鹽通量達(dá)15%時(shí)應(yīng)進(jìn)行清洗。
這些指標(biāo)是一種預(yù)防性的保守指標(biāo)，我們?cè)囼?yàn)過其指標(biāo)降低40%時(shí)進(jìn)行清洗也能恢復(fù)到投運(yùn)水平。另外有些單位也采用預(yù)防性的清洗，即每月定期清洗一次，來保持膜的清潔度和安全 穩(wěn)定運(yùn)行。
5 污染物分析
5.1根據(jù)水質(zhì)監(jiān)督分析
膜污染后，系統(tǒng)運(yùn)行的表現(xiàn)是一段壓差升高，出力降低，脫鹽率微降。表明主要是膠體、細(xì)菌微生物污染。通過表1的RO進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)物料平衡理論來計(jì)算出的結(jié)果表明污染物的主要是有機(jī)物、微生物和膠體。
5.2實(shí)物分析
利用小塑料片或鏡片試驗(yàn)掛在RO裝置的一段壓力容器的入口水端，運(yùn)行一個(gè)周期或一段時(shí)間后取出試驗(yàn)掛片，并在其壓力容器壁上刮下污染物用作分析試樣。其污染物是棕黃色粘滑性膠狀物(象黃干油)。玻璃棒粘點(diǎn)進(jìn)行燃燒有蛋白質(zhì)香味，放在鉗鍋內(nèi)燃燒同樣聞到蛋白質(zhì)香 味，然后碳化。說明有機(jī)物含量很高。放入8%的鹽酸液中不溶解，只是顏色變成了灰白色。 若要知其化學(xué)成份，最好辦法是進(jìn)行元素分析，但需大型、粘密、昂貴的分析儀器，一般的 應(yīng)用企業(yè)不具備技術(shù)條件。??
6 高效的清洗配方是確保清洗質(zhì)量的關(guān)鍵??
目前反滲透膜的清洗配方一般都是膜生產(chǎn)商提供的，按性能一般分為酸洗、堿洗、鹽洗和氧化清洗四大類。其配方是有保守性和關(guān)健技術(shù)的保密性，且還有不同地區(qū)，不同水質(zhì)的差異性。所以各單位使用后其清洗效果相差很大。所以我們根據(jù)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來選擇了優(yōu)效的配方。?
6.1選擇配方的理論依據(jù)?
污染物的元素分析是選擇組合配方的理論依據(jù)。根據(jù)上節(jié)中的定性分析篩選了國(guó)內(nèi)外的幾十種清洗劑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單體和復(fù)合配方的清洗試驗(yàn)來選擇最佳清洗配方。這是簡(jiǎn)單可靠的實(shí)用方法。?
6.2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定優(yōu)效配方
將篩選出來的藥劑根據(jù)膜的要求調(diào)整配好濃度，PH值分裝在試驗(yàn)杯中，將試驗(yàn)的掛片或刮下的污染物等量的放入燒杯中，加熱到清洗溫度觀察其分散溶解狀況。有的能將污物分散成絲線狀，有的能將其污物完全剝落分散溶解成溶液。根據(jù)這種試驗(yàn)結(jié)果，考慮藥劑的兼容性，再分析藥劑對(duì)人、對(duì)滲透膜和環(huán)境的影響效果來科學(xué)合理地選用優(yōu)效復(fù)合配方來清洗RO，將 取得優(yōu)異效果。在兩年多的50多次清洗試驗(yàn)中，我們用了昂貴的進(jìn)口藥劑、低廉的國(guó)產(chǎn)藥劑 ，低濃度的氧化劑清洗過滲透膜。其膜的脫鹽率與剛投運(yùn)時(shí)的一樣，即97.5%，所以清洗是 有效的、成功的。
7 清洗工藝對(duì)清洗效果的影響試驗(yàn)研究
清洗配方確定后，清洗工藝和操作是確保清洗質(zhì)量的有效保證。為此，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)這個(gè)大試驗(yàn)室進(jìn)行了無數(shù)次的試驗(yàn)對(duì)比研究，找出了最優(yōu)的清洗工藝和操作方式。
7.1順流清洗和逆流清洗試驗(yàn)比較
順流清洗就是清洗劑流向與運(yùn)行時(shí)水流方向一致的清洗方式。逆流清洗是清洗液與運(yùn)行時(shí)水流 方向相反的清洗方式。順洗是普遍采用的清洗工藝，對(duì)膠體污堵、結(jié)垢污堵的清洗效果較好 。理由是這兩種物質(zhì)易化學(xué)溶解，且結(jié)垢主要在二段，所以脫落溶解后易隨水流沖出。我們 的膜污堵主要發(fā)生在一段各管中的前兩個(gè)膜，且主要是有機(jī)物和膠體的相互交叉污染，藥劑的作用主要是剝離、分散其污物、不能完全溶解。逆洗時(shí)其分散溶解的污物隨水流流出的距離比順洗時(shí)短得多，沖出的速度就快點(diǎn)，所以逆洗效果相對(duì)比順洗效果好一點(diǎn)。?
7.2分段清洗與混合清洗效果比較試驗(yàn)
膜生產(chǎn)廠家對(duì)膜的清洗要求是分段清洗，且各段應(yīng)配制新藥劑。目的是預(yù)防交叉污染。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了混合清洗試驗(yàn)，即用同一箱藥對(duì)一二段進(jìn)行動(dòng)靜交替，串聯(lián)清洗。多次清洗試驗(yàn)證明清洗效果相當(dāng)，且省時(shí)、省力、省錢。我們現(xiàn)在一直是混合清洗方式。?
7.3單一清洗與復(fù)合清洗試驗(yàn)比較
對(duì)RO的清洗進(jìn)行了單一的酸洗、堿洗及復(fù)合清洗試驗(yàn)。復(fù)合清洗一是藥劑進(jìn)行復(fù)合配方，二是酸洗、堿洗、氧化、絡(luò)合，殺菌分步進(jìn)行，試驗(yàn)證明復(fù)合清洗比單一清洗效果好，見表2。這是因?yàn)槟さ奈廴臼菑?fù)雜的，最上一層通常是粘附著的微粒，膠體及生物物質(zhì)等，第二層是積沉的鹽類及鐵鋁等金屬化合物，最靠近膜的第三層通常是為交叉結(jié)合的復(fù)雜硅酸鹽，絡(luò)合性的有機(jī)物等。只有將酸洗、堿洗、絡(luò)合清洗等程序連接起來復(fù)合清洗才能達(dá)到目的。
7.4動(dòng)態(tài)清洗與動(dòng)靜交替情況的比較
動(dòng)態(tài)清洗就是一直以流動(dòng)狀態(tài)清洗到結(jié)束。動(dòng)靜交替清洗就是流動(dòng)狀態(tài)時(shí)將溫度、PH值等調(diào)好后 再靜態(tài)浸泡一段時(shí)間的清洗方式。試驗(yàn)說明，動(dòng)靜交替清洗效果比單一動(dòng)態(tài)清洗效果好。這是因?yàn)閱我粍?dòng)態(tài)清洗沖刷，剝落下的污物被沖壓到格柵的邊角處成為死角，分散 、溶解的時(shí)間增長(zhǎng)。至靜動(dòng)浸泡時(shí)，壓實(shí)的污物又還散到藥液中，反應(yīng)溶解加快。動(dòng)靜交替 清洗與混合清洗相配合，省時(shí)、省力、省錢、效果好。
表2 反滲透清洗前后主要指標(biāo)比較表
清洗方式
清洗前?一段壓力MPa
清洗后?一段壓力?MPa
清洗前?二段壓力MPa
清洗后?二段壓力?MPa
清洗前?排水壓力?MPa
清洗后?排水壓力?MPa
清洗前?一段流量?m3h-1
清洗后?一段流量?m3h-1
清洗前?二段流量?m3h-1
洗后?二段流量?m3h-1
清洗前? 脫鹽率%
清洗后?脫鹽率%
分段清洗
1.21
1.15
0.95
0.98
0.66
0.81
64.5
83.6
24
29.3
97.3
97.85
混合清洗
1.26
1.18
0.84
1.02
0.68
0.88
64.2
84.4
21.4
29.8
97.26
97.63
單一酸洗
1.17
1.15
0.81
0.89
0.56
0.67
52.3
64.6
20.2
23.2
98.2
97.76
單一堿洗
1.20
1.16
0.84
0.91
0.62
0.70
60.34
66.5
21.2
24
97.73
97.58
復(fù)合清洗
1.24
1.14
0.85
0.90
0.61
0.75
59.60
84.3
20.6
29.6
97.65
97.72
動(dòng)態(tài)清洗
1.22
1.18
0.85
0.91
0.60
0.65
58.7
78.1
21
25.6
97.26
97.58
動(dòng)靜循環(huán)清洗
1.25
1.16
0.88
0.92
0.62
0.72
60.4
83.8
21.9
29.5
97.52
97.59
7.5單管清洗與整體清洗比較?
單管清洗就是將某段(級(jí))中的一根壓力容器解裂出來清洗該管中的膜。這種清洗效果比整體清洗效果好。道理就是藥劑濃度、流量等參數(shù)控制可靠。這種方式不影響生產(chǎn)，只是系統(tǒng)出力減小一點(diǎn)。但清洗時(shí)間長(zhǎng)了。另外我們針對(duì)RO一段各管前的第一個(gè)膜有機(jī)物污染嚴(yán)重，壓降大等問題搞了一套單膜清洗工藝，一次性將一段各管的第一個(gè)膜取出，清洗檢驗(yàn)其膜的性能指標(biāo)后從末端裝入，效果好。??
8清洗技術(shù)參數(shù)控制對(duì)清洗質(zhì)量影響試驗(yàn)
8.1清洗溫度、PH值對(duì)清洗效果的試驗(yàn)探索?
清洗溫度和PH值直接影響膜的化學(xué)穩(wěn)定性和清洗效果。溫度升高，有利于化學(xué)反應(yīng)加快，提高清洗質(zhì)量，但也增加了膜的溶解性。溫度低、效果差。溫度控制在什么參數(shù)為好，DOW膜 控制在35～40℃內(nèi)，對(duì)膜無影響，效果大有提高。PH值高有利于有機(jī)物、微生物的清洗，PH 值低有利于垢和金屬氧化物的清洗。DOW公司技術(shù)人員到清洗現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)工作時(shí)對(duì)我們?cè)谒麄?規(guī)定的PH值指標(biāo)上放寬0.5-1.0單位提出個(gè)看法，試驗(yàn)說明酸堿性增加，清洗質(zhì)量提高。兩年多的運(yùn)行、幾十次的清洗，膜的脫鹽率一直保持在投運(yùn)時(shí)的97.5%指標(biāo)上，說明清洗參數(shù)還是控制得合適安全的。?
8.2清洗流量、壓差與清洗效果的關(guān)系探索?
清洗的原則應(yīng)是低壓差，大通量的清洗方式，單個(gè)膜的平均壓降應(yīng)控制在0.06MPa內(nèi)。清洗流量小就偏流，有死角，流量大易損壞膜。試驗(yàn)證明清洗流量是運(yùn)行流量的1.0-1.2倍最合適。在藥劑的作用下，這個(gè)流速就能保證在正常運(yùn)行時(shí)粘附在膜表面、網(wǎng)絡(luò)中的污染物充分接觸藥劑反應(yīng)溶解分散后沖刷出去，沒有死角和偏流現(xiàn)象，清洗效果好。??
9清洗監(jiān)督和效果評(píng)估??
清洗過程中必須認(rèn)真監(jiān)督系統(tǒng)壓降，清洗流量、溫度，分析監(jiān)測(cè)藥液濃度、PH值及清洗液顏色變化情況，應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)藥劑濃度或PH值連續(xù)兩次測(cè)定值穩(wěn)定不變時(shí)， 清洗結(jié)束。然后用甲醛或異塞唑啉酮等殺菌劑對(duì)全系統(tǒng)殺菌。?
投運(yùn)后對(duì)其清洗效果進(jìn)行評(píng)估，其各段壓力、流量、脫鹽率等指標(biāo)與上周期投時(shí)的指標(biāo)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，脫鹽率應(yīng)無變化，出力相差2%內(nèi)效果理想、大于3%時(shí)下次清洗應(yīng)調(diào)整 配方，嚴(yán)格控制清洗參數(shù)。?
10結(jié)束語??
反滲透膜清洗采用復(fù)合清洗、并配合殺菌處理，效果好，確保運(yùn)行周期。?
反滲透處理地表水，應(yīng)重在做好預(yù)處理，減少清洗頻率，延長(zhǎng)膜的使用壽命。我們正在尋找新效藥劑，強(qiáng)化混凝殺菌處理，無閥濾池也改為了無煙煤石英砂雙濾料過濾。并準(zhǔn)備上活性碳過濾器過濾處理，以達(dá)到上述目的。?
科學(xué)選擇滲透膜，減少清洗次數(shù)，確保安全生產(chǎn)。BW-30-400膜應(yīng)用在我們這種地表水處理上不太合適，調(diào)查研究了國(guó)內(nèi)外膜用戶，地表水應(yīng)使用通道大一點(diǎn)，光潔度高，電中性和親水性的膜，減緩污堵速率，延長(zhǎng)運(yùn)行周期和使用壽命。?
膜的清洗是項(xiàng)新技術(shù)，膜的污染又有很強(qiáng)的地域水源性，在理論和實(shí)踐中需要不斷探索、完善，形成一套規(guī)范的清洗技術(shù)，以確保膜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
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來源：資源與環(huán)境