反滲透膜清洗方案
1 反滲透膜元件的污染與清洗
在正常運(yùn)行一段時(shí)間后,反滲透膜元件會(huì)受到給水中可能存在的懸浮物或難溶鹽的污染,這些污染中最常見(jiàn)的是碳酸鈣沉淀、硫酸鈣沉淀、金屬(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)氧化物沉淀、硅沉積物、無(wú)機(jī)或有機(jī)沉積混合物、NOM天然有機(jī)物質(zhì)、合成有機(jī)物(如:阻垢劑/分散劑,陽(yáng)離子聚合電解質(zhì))、微生物 (藻類、霉菌、真菌)等污染。 污染性質(zhì)和污染速度取決于各種因素,如給水水質(zhì)和系統(tǒng)回收率。通常污染是漸進(jìn)發(fā)展的,如不盡早控制,污染將會(huì)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)損壞膜元件。當(dāng)膜元件確證已被污染,或是在長(zhǎng)期停機(jī)之前,或是作為定期日常維護(hù),建議對(duì)膜元件進(jìn)行清洗。 當(dāng)反滲透系統(tǒng)(或裝置)出現(xiàn)以下癥狀時(shí),需要進(jìn)行化學(xué)清洗或物理沖洗: 在正常給水壓力下,產(chǎn)水量較正常值下降10~15%; 為維持正常的產(chǎn)水量,經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加10~15%; 產(chǎn)水水質(zhì)降低10~15%,透鹽率增加10~15%; 給水壓力增加10~15%; 系統(tǒng)各段之間壓差明顯增加。 保持穩(wěn)定的運(yùn)行參數(shù)主要是指產(chǎn)水流量、產(chǎn)水背壓、回收率、溫度及TDS。如果這些運(yùn)行參數(shù)起伏不定,海德能公司建議檢查是否有污染發(fā)生,或者在關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)有變化的前提下 , 反滲透的實(shí)際運(yùn)行是否正常。 定時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體性能是確認(rèn)膜元件是否已發(fā)生污染的基本方法。污染對(duì)膜元件的影響是漸進(jìn)的,并且影響的程度取決于污染的性質(zhì)。表1“反滲透膜污染特征及處理方法”列出了常見(jiàn)的污染現(xiàn)象和相應(yīng) 的 處理方法。 已受污染的反滲透膜 , 清洗周期根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。海德能公司建議,正常的清洗周期是每3-12個(gè)月一次。 當(dāng)膜元件僅僅是發(fā)生了輕度污染時(shí),重要的是清洗膜元件。重度污染會(huì)因阻礙化學(xué)藥劑深入滲透至污染層,影響清洗效果。 清洗何種污染物以及如何清洗要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)污染情況而進(jìn)行。對(duì)于幾種污染同時(shí)存在的復(fù)雜情況,清洗方法是采用低PH和高PH的清洗液交替清洗(應(yīng)先低PH后高PH值清洗)。 表1 反滲透膜污染特征及處理方法
2 污染情況分析 碳酸鈣垢: 碳酸鈣垢是一種礦物結(jié)垢。當(dāng)阻垢劑/分散劑添加系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),或是加酸pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)出故障而引起給水pH增高時(shí),碳酸鈣垢有可能沉積出來(lái)。盡早地檢測(cè)碳酸鈣垢,對(duì)于防止膜層表面沉積的晶體損傷膜元件是極為必要的。早期檢測(cè)出的碳酸鈣垢可由降低給水的pH值至3~5,運(yùn)行1~2小時(shí)的方法去除。對(duì)于沉積時(shí)間長(zhǎng)的碳酸鈣垢,可用低pH值的檸檬酸溶液清洗去除。 硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢: 硫酸鹽垢是比碳酸鈣垢硬很多的礦物質(zhì)垢,且不易去除。硫酸鹽垢可在阻垢劑/分散劑添加系統(tǒng)出現(xiàn)故障或加硫酸調(diào)節(jié)pH時(shí)沉積出來(lái)。海德能公司認(rèn)為盡早地檢測(cè)硫酸鹽垢對(duì)于防止膜層表面沉積的晶體損傷膜元件是極為必要的。硫酸鋇和硫酸鍶垢較難去除,因?yàn)樗鼈儙缀踉谒械那逑慈芤褐须y以溶解,所以,應(yīng)加以特別的注意以防止此類結(jié)垢的生成。 金屬氧化物/氫氧化物污染: 典型的金屬氧化物和金屬氫氧化物污染為鐵、鋅、錳、銅、鋁等。這種垢的形成導(dǎo)因可能是裝置管路、容器(罐/槽)的腐蝕產(chǎn)物,或是空氣中氧化的金屬離子、氯、臭氧、鉀、高錳酸鹽,或是由在預(yù)處理過(guò)濾系統(tǒng)中使用鐵或鋁助凝劑所致。 聚合硅垢: 硅凝膠層垢由溶解性硅的過(guò)飽和態(tài)及聚合物所致,且非常難以去除。需要注意的是,這種硅的污染不同于硅膠體物的污染。硅膠體物污染可能是由與金屬氫氧化物締合或是與有機(jī)物締合而造成的。硅垢的去除很艱難,可采用傳統(tǒng)的化學(xué)清洗方法。如果傳統(tǒng)的方法不能解決這種垢的去除問(wèn)題,請(qǐng)與海德能公司技術(shù)部門(mén)聯(lián)系?,F(xiàn)有的化學(xué)清洗藥劑,如氟化氫銨,已在一些項(xiàng)目上得到了成功的使用,但使用時(shí)須考慮此方法的操作危害和對(duì)設(shè)備的損壞,加以防護(hù)措施。 膠體污染: 膠體是懸浮在水中的無(wú)機(jī)物或是有機(jī)與無(wú)機(jī)混合物的顆粒,它不會(huì)由于自身重力而沉淀。膠體物通常含有以下一個(gè)或多個(gè)主要組份,如:鐵、鋁、硅、硫或有機(jī)物。 非溶性的天然有機(jī)物污染(NOM): 非溶性天然有機(jī)物污染(NOM——Natural Organic Matter)通常是由地表水或深井水中的營(yíng)養(yǎng)物的分解而導(dǎo)致的。有機(jī)污染的化學(xué)機(jī)理很復(fù)雜,主要的有機(jī)組份或是腐植酸,或是灰黃霉酸。非溶性NOM被吸附到膜表面可造成RO膜元件的快速污染,一旦吸收作用產(chǎn)生,漸漸地結(jié)成凝膠或塊狀的污染過(guò)程就會(huì)開(kāi)始。 微生物沉積: 有機(jī)沉積物是由細(xì)菌粘泥、真菌、霉菌等生成的,這種污染物較難去除,尤其是在給水通路被完全堵塞的情況下。給水通路堵塞會(huì)使清潔的進(jìn)水難以充分均勻的進(jìn)入膜元件內(nèi)。為抑制這種沉積物的進(jìn)一步生長(zhǎng),重要的是不僅要清潔和維護(hù)RO系統(tǒng),同時(shí)還要清潔預(yù)處理、管道及端頭等。對(duì)膜元件采用氧化性殺菌時(shí),請(qǐng)與海德能公司技術(shù)支持部門(mén)聯(lián)系,使用認(rèn)可的殺菌劑。 3 清洗液的選擇和使用 選擇適宜的化學(xué)清洗藥劑及合理的清洗方案涉及許多因素。首先要與海德能公司的服務(wù)人員取得聯(lián)系,確定主要的污染物,選擇合適的化學(xué)清洗藥劑。有時(shí)針對(duì)某種特殊的污染物或污染狀況,要使用RO藥劑制造商的專用化學(xué)清洗藥劑,并且在應(yīng)用時(shí)要遵循藥劑供應(yīng)商提供的產(chǎn)品性能及使用說(shuō)明。有的時(shí)候可針對(duì)具體情況,從反滲透裝置取出已發(fā)生污染的單支膜元件進(jìn)行測(cè)試和清洗試驗(yàn),以確定合適的化學(xué)藥劑和清洗方案。 為達(dá)到最佳的清洗效果,有時(shí)會(huì)使用一些不同的化學(xué)清洗藥劑進(jìn)行組合清洗。 典型的程序是先在低pH值范圍的情況下進(jìn)行清洗,去除礦物質(zhì)垢污染物,然后再進(jìn)行高pH值清洗,去除有機(jī)物。有些清洗溶液中加入了洗滌劑以幫助去除嚴(yán)重的生物和有機(jī)碎片垢物,同時(shí),可用其它藥劑如EDTA螯合物來(lái)輔助去除膠體、有機(jī)物、微生物及硫酸鹽垢。 需要慎重考慮的是如果選擇了不適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)清洗方法和藥劑,污染情況會(huì)更加惡化。 4 化學(xué)清洗藥劑的選擇及使用準(zhǔn)則 選用的專用化學(xué)藥劑,首先要確保其已由海德能公司認(rèn)定并符合用于海德能公司膜元件的要求。藥劑供應(yīng)商的指導(dǎo)/建議不應(yīng)與海德能公司此技術(shù)服務(wù)公告中推薦的清洗參數(shù)和限定的化學(xué)藥劑種類相沖突; 如果正在使用指定的化學(xué)藥劑,要確認(rèn)其已在此海德能公司技術(shù)服務(wù)公告中列出,并符合海德能公司膜元件的要求(咨詢海德能公司); 采用組合式方法完成清洗工作,包括適宜的清洗pH、溫度及接觸時(shí)間等參數(shù),這將會(huì)有利于增強(qiáng)清洗效果; 在推薦的最佳溫度下進(jìn)行清洗,以求達(dá)到最好的清洗效率和延長(zhǎng)膜元件壽命的效果; 以最少的化學(xué)藥劑接觸次數(shù)進(jìn)行清洗,對(duì)延續(xù)膜壽命有益; 謹(jǐn)慎地由低至高調(diào)節(jié)pH值范圍,可延長(zhǎng)膜元件的使用壽命。pH范圍為2~12(勿超出); 典型地、最有效的清洗方法是從低pH至高pH溶液進(jìn)行清洗。但對(duì)油污染膜元件的清洗不能從低pH值開(kāi)始,因?yàn)橛驮诘蚿H時(shí)會(huì)固化; 清洗和沖洗流向應(yīng)保持相同的方向; 當(dāng)清洗多段反滲透裝置時(shí),最有效的清洗方法分段清洗,這樣可控制最佳清洗流速和清洗液濃度,避免前段的污染物進(jìn)入下游膜元件; 用較高pH產(chǎn)品水沖洗洗滌劑可減少泡沫的產(chǎn)生; 如果系統(tǒng)已發(fā)生生物污染,就要考慮在清洗之后,加入一個(gè)殺菌劑化學(xué)清洗步驟。殺菌劑必須在清洗后立即進(jìn)行,也可在運(yùn)行期間定期進(jìn)行(如一星期一次)連續(xù)加入一定的劑量。必須確認(rèn)所使用的殺菌劑與膜元件相容,不會(huì)帶來(lái)任何對(duì)人的健康有害的風(fēng)險(xiǎn),并能有效地控制生物活性,且成本低; 為保證安全,溶解化學(xué)藥品時(shí),切記要慢慢地將化學(xué)藥劑加入充足的水中并同時(shí)進(jìn)行攪拌; 從安全方面考慮,不能將酸與苛性(腐蝕性)物質(zhì)混合。在要使用下一種溶液之前,從RO系統(tǒng)中徹底沖洗干凈滯留的前一種化學(xué)清洗溶液。 5 清洗液的選擇 表2-常規(guī)清洗液配方提供的清洗溶液是將一定重量(或體積)的化學(xué)藥品加入到100加侖(379升)的潔凈水中(RO產(chǎn)品水或不含游離氯的水)。溶液是按所用化學(xué)藥品和水量的比例配制的。溶劑是RO產(chǎn)品水或去離子水,無(wú)游離氯和硬度。清洗液進(jìn)入膜元件之前,要求徹底混和均勻,并按照目標(biāo)值調(diào) pH值且按目標(biāo)溫度值穩(wěn)定溫度。常規(guī)的清洗方法基于化學(xué)清洗溶液循環(huán)清洗一小時(shí)和一種任選的化學(xué)藥劑浸泡一小時(shí)的操作而設(shè)定的。 表2 常規(guī)清洗液配方(以100加侖,即379升為基準(zhǔn))
6 常規(guī)清洗液介紹 [溶液1] 2.0%(W)檸檬酸(C6H8O7)的低pH清洗液。用于去除無(wú)機(jī)鹽垢(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢等)、金屬氧化物/氫氧化物(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)及無(wú)機(jī)膠體十分有效。 [溶液2] 0.5%(W)鹽酸低pH清洗液,主要用于去除無(wú)機(jī)物垢(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢等),金屬氧化物/氫氧化物(鐵、錳、銅、鎳、鋁等),及無(wú)機(jī)膠體。這種清洗液比溶液1要強(qiáng)烈些,因?yàn)辂}酸(HCl)是強(qiáng)酸。 [溶液3] 0.1%(W)氫氧化鈉高pH清洗液。用于去除聚合硅垢。這一洗液是一種較為強(qiáng)烈的堿性清洗液。 7 RO膜元件的清潔和沖洗程序 RO膜元件可置于壓力容器中,在高流速的情況下,用循環(huán)的清潔水(RO產(chǎn)品水或不含游離氯的潔凈水)流過(guò)膜元件的方式進(jìn)行清洗。RO的清洗程序完全取決于具體情況,必要時(shí)更換用于循環(huán)的清潔水。 RO膜元件的常規(guī)清洗程序如下: 在60psi(4bar)或更低壓力條件下進(jìn)行低壓沖洗,即從清洗罐中(或相當(dāng)?shù)乃?向壓力容器中泵入清潔水然后排放掉,運(yùn)行幾分鐘。沖洗水必須是潔凈的、去除硬度、不含過(guò)渡金屬和余氯的RO產(chǎn)品水或去離子水。 在清洗罐中配制特定的清洗溶液。配制用水必須是去除硬度、不含過(guò)渡金屬和余氯的RO產(chǎn)品水或去離子水。溫度和pH應(yīng)調(diào)到所要求的值。 啟動(dòng)清洗泵將清洗液泵入膜組件內(nèi),循環(huán)清洗約一小時(shí)或是要求的時(shí)間(咨詢海德能技術(shù)人員)。在起始階段,清洗液返回至RO清洗罐之前,將最初的回流液排放掉,以免系統(tǒng)內(nèi)滯留的水對(duì)清洗溶液造成稀釋。在最初的5分鐘內(nèi),慢慢地將流速調(diào)節(jié)到最大設(shè)計(jì)流速的1/3。這可以減少由污物的大量沉積而造成的潛在污堵。在第二個(gè)5分鐘內(nèi),增加流速至最大設(shè)計(jì)流速的2/3,然后,再增加流速至設(shè)計(jì)的最大流速值。如果需要,當(dāng)pH的變化大于1,就要重新調(diào)回到原數(shù)值。 根據(jù)需要,可交替采用循環(huán)清洗和浸泡程序。浸泡時(shí)間建議選擇1至8小時(shí)(請(qǐng)咨詢海德能公司)。要謹(jǐn)慎地保持合適的溫度和pH。 化學(xué)清洗結(jié)束之后,要用清潔水(去除硬度、不含金屬離子如鐵和氯的RO產(chǎn)品水或去離子水)進(jìn)行低壓沖洗,從清洗裝置/部件中去除化學(xué)藥劑的殘留部分,排放并沖洗清洗罐,然后再用清潔水完全注滿清洗罐以作沖洗之用。從清洗罐中泵入所有的沖洗水沖洗壓力容器至排放。如果需要,可進(jìn)行第二次清洗。 一旦RO系統(tǒng)已用貯水罐中的清潔水完全沖洗后,就可用預(yù)處理給水進(jìn)行最終的低壓沖洗。給水壓力應(yīng)低于60psi(4bar),最終沖洗持續(xù)進(jìn)行直至沖洗水干凈,且不含任何泡沫和清洗劑殘余物。通常這需要15~60分鐘。操作人員可用干凈的燒瓶取樣,搖勻,監(jiān)測(cè)排放口處沖洗水中洗滌劑和泡沫的殘留情況。洗液的去除情況可用測(cè)試電導(dǎo)的方法進(jìn)行,如沖洗水至排放出水的電導(dǎo)在給水電導(dǎo)的10~20%以內(nèi),可認(rèn)為沖洗已接近終點(diǎn);pH表也可用于測(cè)定,來(lái)比較沖洗水至排放出水與給水的pH值是否接近。 一旦所有級(jí)段已清洗干凈,且化學(xué)藥劑也已沖洗掉,RO可重新開(kāi)始置于運(yùn)行程序中,但初始的產(chǎn)品水要進(jìn)行排放并監(jiān)測(cè),直至RO產(chǎn)水可滿足工藝要求(電導(dǎo)、pH值等)。為得到穩(wěn)定的RO產(chǎn)水水質(zhì),這一段恢復(fù)時(shí)間有時(shí)需要從幾小時(shí)到幾天,尤其是在經(jīng)過(guò)高pH清洗后。 8 反滲透膜的化學(xué)清洗與水沖洗 清洗時(shí)將清洗溶液以低壓大流量在膜的高壓側(cè)循環(huán),此時(shí)膜元件仍裝在壓力容器內(nèi)而且需要專門(mén)的清洗裝置來(lái)完成該工作。 清洗反滲透膜元件的一般步驟: 一、用泵將干凈、無(wú)游離氯的反滲透產(chǎn)品水從清洗箱(或相應(yīng)水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。 二、用干凈的產(chǎn)品水在清洗箱中配制清洗液。 三、將清洗液在壓力容器中循環(huán)1小時(shí)或預(yù)先設(shè)定的時(shí)間。 四、清洗完成以后,排凈清洗箱并進(jìn)行沖洗,然后向清洗箱中充滿干凈的產(chǎn)品水以備下一步?jīng)_洗。 五、用泵將干凈、無(wú)游離氯的產(chǎn)品水從清洗箱(或相應(yīng)水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。 六、在沖洗反滲透系統(tǒng)后,在產(chǎn)品水排放閥打開(kāi)狀態(tài)下運(yùn)行反滲透系統(tǒng),直到產(chǎn)品水清潔、無(wú)泡沫或無(wú)清洗劑(通常15~30分鐘)。 |