寶鋼膜純水處理系統(tǒng)膜污染及其化學(xué)清洗探討

凌艷艷

供排水

寶鋼膜純水處理系統(tǒng)膜污染及其化學(xué)清洗探討

凌艷艷

（寶鋼股份公司能源環(huán)保部制水分廠，上海200941）

從分析寶鋼純水膜處理系統(tǒng)原水水質(zhì)狀況入手，結(jié)合系統(tǒng)工藝流程及藥劑投加狀況，推斷本系統(tǒng)反滲透膜可能存在的污染，進(jìn)而選擇適合本系統(tǒng)的化學(xué)清洗藥劑和方法，保證系統(tǒng)的良好運(yùn)行，對寶鋼純水安全穩(wěn)定供給作用重大。

反滲透；膜污染；化學(xué)清洗

1 概述

反滲透(RO)技術(shù)是一種新型的膜處理技術(shù)，它利用壓差為推動力，使溶液中的溶劑通過反滲透分離出來，因?yàn)樗妥匀粷B透的方向相反，故稱反滲透[1]。目前反滲透技術(shù)已廣泛應(yīng)用于純水和超純水、食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域。

寶鋼膜純水處理系統(tǒng)就是采用的反滲透技術(shù)生產(chǎn)純水。相比傳統(tǒng)的離子交換工藝，該處理工藝具有節(jié)能、環(huán)保、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。

反滲透系統(tǒng)核心為反滲透膜。反滲透膜組件是精細(xì)元件，運(yùn)行中易受水中懸浮物、膠體、微生物、結(jié)垢物及有機(jī)物等引起的膜污染，膜污染幾乎是所有膜系統(tǒng)都要面臨的問題，無論預(yù)處理多么完美，膜污染都不可避免。

膜污染易引起膜性能下降，導(dǎo)致進(jìn)水壓力升高、產(chǎn)水量和脫鹽率下降等后果，嚴(yán)重時(shí)膜層表面沉積的晶體還會損傷膜元件，造成不可修復(fù)的損傷。因此必須對污染的膜組件及時(shí)進(jìn)行清洗，消除膜表面和膜孔的沉積和堵塞，恢復(fù)膜的工作能力。

2 寶鋼膜純水處理系統(tǒng)情況概況

本系統(tǒng)工藝流程為：混凝沉降+過濾+浸沒式超濾+二級反滲透，設(shè)計(jì)產(chǎn)量1.5萬m3/天。見圖1。

圖1 二中水膜純水處理系統(tǒng)工藝流程圖

原水經(jīng)過混凝沉降、過濾和超濾處理后，出水SDI15臆3，投加還原劑和反滲透膜阻垢劑后，高壓泵入一級反滲透膜組，出水加堿調(diào)pH值后泵入二級反滲透膜組，生產(chǎn)出純水送用戶使用。

運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示：RO膜在運(yùn)行一定時(shí)間后，產(chǎn)水量、脫鹽率下降、進(jìn)水壓力增加。當(dāng)出現(xiàn)下列癥狀之

一，則需進(jìn)行清洗：標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量下降10%耀15%；脫鹽率下降0.5%；標(biāo)準(zhǔn)化壓差上升10%耀15%。以3系列2011年6月13日清洗結(jié)束和連續(xù)運(yùn)行三個(gè)月后的數(shù)據(jù)為例，見表1。

表1 3系列2011年6月清洗結(jié)束和9月18日數(shù)據(jù)

表1數(shù)據(jù)顯示：系列進(jìn)水、段間及濃水壓力上升24%，脫鹽率下降0..43%，需化學(xué)清洗。

3 反滲透膜處理系統(tǒng)清洗

3.1 反滲透膜污染物類型

對反滲透系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗，必須先了解該系統(tǒng)膜污染物的組成，才能選擇合適的清洗藥劑和方法。膜污染類型主要分為：懸浮物及膠體污染、沉淀污染、鐵化合物沉積、硅沉積、有機(jī)物污染、生物污染[2]。一般水體的懸浮物、膠體、鐵化合物、硅垢、有機(jī)物控制主要依靠混凝沉降、過濾的方法處理。鐵含量高的水體通常先將Fe2+氧化為Fe3+，然后混凝過濾去除；硅垢含量高可采取降低回收率、提高水溫、調(diào)整pH為7~8、添加分散劑等方法控制。生物污染大多采用在預(yù)處理過程中投加氯類殺菌劑，或?qū)Ψ礉B透進(jìn)水進(jìn)行連續(xù)或間歇的非氧化殺菌消毒來控制。

對于沉淀污染須投加專用阻垢劑，對含Ca、Sr、Ba等量高的水體，還要降低回收率，以避免濃水中該類鹽的離子濃度冪的乘積超過其溶度積而生成沉淀。

3.2 反滲透膜處理系統(tǒng)清洗的方法

膜污染常用的清洗方式有：酸洗、堿洗、氧化還原清洗、酶清洗[3]等。

(1)酸洗

酸洗常用檸檬酸、鹽酸等與表面活性劑或螯合劑聯(lián)合使用，可溶解去除沉淀污染和鐵污染，還可去除部分蛋白質(zhì)污染。

(2)堿洗

含有PO43-、CO32-和OH-等的堿性試劑，對污染物有松弛、乳化和分散作用，與表面活性劑聯(lián)合使用對油脂和生物物質(zhì)有較好的去除效果，另外對SiO32-也有一定的清洗效果。

(3)氧化還原清洗

這種清洗主要針對膜的生物污染及一些具有氧化還原特性的污染物質(zhì)。目前使用較多的氧化清洗劑有：過氧化氫、次氯酸鈉等，能使有機(jī)物和微生物變性脫離膜表面，也可有效清除蛋白、油脂和藻類等物質(zhì)。還原劑主要有亞硫酸氫鈉，能去除金屬氧化物、氫氧化物，還用于去除氧化清洗后殘留的藥劑。

(4)酶清洗

酶清洗利用酶的性質(zhì)(高效性，專一性)分解如蛋白、多糖、油脂等有機(jī)污染物，使之成為較小的顆粒或溶解物質(zhì)去除，多被用于食品化工等廢水處理。

反滲透系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)復(fù)雜多樣，因此膜污染組成不會是單一的，所以對反滲透膜進(jìn)行化學(xué)清洗往往需要將幾種清洗方法聯(lián)合使用。

常用的聯(lián)合清洗方式有：酸洗—堿洗—?dú)⒕?，氧化—還原—螯合等，此外對酸、堿、氧化劑等的使用因污染物的不同而變化，如無機(jī)污染物(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇等)，金屬氧化物、氫氧化物（鐵、錳、銅、鎳、鋁等），多采用檸檬酸+氨水分解螯合去除。三聚磷酸鈉和Na2-EDTA混合的高pH清洗液(pH值為10)，專用于去除硫酸鈣垢和輕微至中等程度的天然有機(jī)污染物。

3.3 寶鋼反滲透純水系統(tǒng)清洗方法

3.3.1 清洗方式和清洗藥劑的選擇

寶鋼膜純水處理系統(tǒng)由于采用來自長江的水庫水，水質(zhì)狀況比較穩(wěn)定。原水水質(zhì)（年平均）如下：

pH:8.25

電導(dǎo)率:325滋雜/cm SS:11mg/L

Ca-H:94 mg/L

Mg-H:36 mg/L

M-A:91 mg/L

SiO2:8 mg/L

Cl-:19 mg/L

可溶解性殘?jiān)?278 mg/L

BOD5:0.53 mg/L

Al3+:0.31 mg/L

總鐵:0.26 mg/L

細(xì)菌數(shù):1785個(gè)/mL

從以上水質(zhì)數(shù)據(jù)可得：一級RO膜可能發(fā)生的污染主要有由Ca2+、Mg2+、Al3+、SiO2等產(chǎn)生的沉淀污染、硅垢及由有機(jī)物。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)水高于0.1 mg/L

的Al3+的

從系統(tǒng)工藝和藥劑投加情況分析，膜污染物可能還包括：混凝沉淀過程中殘留的Al3+、PAM、還原劑、反滲透阻垢劑等無機(jī)和有機(jī)污染物。要清洗這些沉淀物、硅垢以及少量的有機(jī)污染物，可采取酸洗—堿洗—?dú)⒕穆?lián)合清洗方法。即先在低pH值下進(jìn)行清洗，去除沉淀污染、硅垢；再進(jìn)行高pH值清洗去除有機(jī)物；最后殺菌去處殘留的一般酸堿無法完全去除的細(xì)菌、微生物。

最終確定酸洗采用磷酸調(diào)節(jié)pH值，與螯合劑結(jié)合使用；堿洗則采用堿與陰離子表面活性劑相結(jié)合；最后使用含溴殺菌劑對膜進(jìn)行殺菌處理。

3.3.2 清洗過程控制

本系統(tǒng)清洗裝置包括清洗水箱、清洗泵、保安過濾器、管道組件以及監(jiān)控儀表等。

清洗過程如見圖2。

圖2 反滲透系統(tǒng)清洗工藝流程

（1）酸洗

用純水和酸洗劑根據(jù)系統(tǒng)保有水量和儲槽大小配制酸洗液，打開泵和回流閥進(jìn)行循環(huán)混合，并電加熱到30益，取樣留待進(jìn)行系統(tǒng)分析。

所配藥劑達(dá)到要求的pH、電導(dǎo)率和溫度，開始進(jìn)行清洗。清洗過程需要分段、變速、浸泡，并定時(shí)對清洗液進(jìn)行pH值和電導(dǎo)率的測定和記錄。清洗過程中控制pH值在2.5~3.5，如上升，則需補(bǔ)加酸洗劑。結(jié)束時(shí)取樣分析結(jié)垢情況。

（2）堿洗

堿洗液的配制同酸洗液。所配藥劑達(dá)到要求的pH、電導(dǎo)率和溫度，開始進(jìn)行清洗。清洗過程同酸洗過程，并定時(shí)測定和記錄清洗液的pH值和電導(dǎo)率，如果堿洗出水出現(xiàn)顏色變化明顯或者濁度過大，則需重新配制清洗液。結(jié)束時(shí)取樣分析有機(jī)污染物的情況。

（3）殺菌

用純水和殺菌劑配制殺菌液，打開回流閥進(jìn)行循環(huán)混合，殺菌劑濃度控制在2000 mg/L左右，殺菌過程采用全段高速循環(huán)、浸泡的模式。

3.3.3 清洗效果和清洗液成分分析

對比2011年9月一級RO清洗前后的運(yùn)行工況得出：清洗前各系列進(jìn)水壓力達(dá)到0.97 MPa，段間和濃水壓力分別達(dá)到0.85 MPa和0.78 MPa；清洗后進(jìn)水壓力恢復(fù)到0.76 MPa，段間和濃水壓力恢復(fù)到0.61 MPa和0.51 MPa，脫鹽率率由98.58%上升到98.98%，本次清洗達(dá)到目的。

對清洗前后留樣分析得出：清洗廢液中的鈣、鎂、鋁離子濃度，從清洗液時(shí)不足0.2 mg/L上升到110 mg/L以上，二氧化硅也由0.12 mg/L上升到70~95 mg/L不等，此外還有少量的鐵及有機(jī)污染物，與根據(jù)水質(zhì)和工藝情況判斷結(jié)論相符，清洗結(jié)果顯示選擇的清洗方法和清洗藥劑滿足本系統(tǒng)要求。

3.4 對寶鋼膜純水系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的幾點(diǎn)建議

1）本系統(tǒng)預(yù)處理過程控制尤為重要，必須保證反滲透膜進(jìn)水SDI15臆3，減少懸浮物和膠體沉積；

2）加強(qiáng)混凝劑的投加控制，即要達(dá)到混凝沉降的效果，又要減少鋁鹽殘留。本系統(tǒng)膜污堵主要成分之一為鋁鹽，數(shù)據(jù)顯示其沉積能力高于鈣、鎂鹽，其來源包括原水和混凝劑；

3）超濾過程要控制殺菌劑的投加量，保證反滲透膜進(jìn)水殺菌效果，減少細(xì)菌和微生物進(jìn)入反滲透膜組；

4）定期更換反滲透進(jìn)口保安過濾器濾芯。保安過濾器是反滲透裝置的最后一道屏障，可以保護(hù)反滲透膜不受鐵屑等帶來的機(jī)械損傷，防止高分子化合物在膜表面附著。

4 結(jié)語

反滲透膜的化學(xué)清洗是反滲透裝置運(yùn)行維護(hù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接影響著反滲透膜的使用性能和壽命。寶鋼膜純水系統(tǒng)采用酸洗—堿洗—?dú)⒕膹?fù)合清洗方式，清洗過程中采用靜態(tài)浸泡與動態(tài)循環(huán)交替的分段清洗方式，收到了很好的效果，保證了反滲透系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]王樂云.反滲透膜的污染及其控制[J].工業(yè)水處理.2003年4月. P102-105.

[2]程艷輝,王志紅.反滲透膜分離技術(shù)中的膜污染及控制[J].中氮肥. 2006年第2期,P14-16..

[3]周軍,楊艷琴,張宏忠,陳紹偉,魏明寶,王明欣.反滲透膜污染及其清洗的研究[J].過濾與分離.2007 Vol.17 No.1，P1-4.

[4]沈琳琳.反滲透膜的化學(xué)清洗[J].河北電力技術(shù).2010年第2期，P34-36.

Membrane Contamination and Chemical Cleaning of the
Pure Water Membrane Treatment System at Baosteel

Ling Yanyan
(Water Supply Plant of Energy and Environment Protection Department of Baosteel Co.,Ltd.,Shanghai 200940,China)

Starting with the quality of raw water in Baosteel’s pure water membrane treatment system and in light of the process flow and addition of chemical agents,it was concluded that contamination existed in the reverse osmosis membrane.Then suitable chemi原cal cleaning agents as well as methods were selected to ensure sound operation of the sys原tem,which plays an important role in safe and stable supply of pure water to Baosteel.

reverse osmosis;membrane contamination;chemical cleaning

TF085

B

1006-6764（2013）10-0045-04

2013-05-16

凌艷艷（1975原），女，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事給排水工藝技術(shù)工作。