反滲透膜化學(xué)清洗的應(yīng)用

陳士凱 雷占友

摘 要：介紹了反滲透膜污染的產(chǎn)生、特征及化學(xué)清洗的方法;通過320m3污水深度處理及回用裝置生產(chǎn)實例闡明在反滲透脫鹽系統(tǒng)中，膜的污染已成為反滲透系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的最大障礙，需要有效實用的化學(xué)清洗技術(shù)以實現(xiàn)反滲透系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。防治膜污染是確保反滲透膜系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵之一。

關(guān)鍵詞：反滲透;膜污染;化學(xué)清洗;膜分離

以高分子分離膜為代表的膜分離技術(shù)作為一種新型的流體分離的單元操作技術(shù)，三十年來取得了令人矚目的巨大發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、電子等行業(yè)。但是膜在使用過程中會受到污染，使膜的性能下降，更嚴(yán)重時會使膜分離失去實際應(yīng)用價值而不得不更換膜元件。相對于最初的投資成本來說，經(jīng)常更換RO膜元件（并計入增加相關(guān)儀器、取樣閥門和清洗設(shè)備）則顯得昂貴得多，同時也是一種不必要的浪費(fèi)。原水預(yù)處理質(zhì)量的好壞，只能解決膜被污染速度的快慢問題，而無法從根本上解決膜污染的問題。然而膜的化學(xué)清洗技術(shù)不僅可以徹底解決膜的污染問題，而且可以延長膜的使用壽命，保證反滲透系統(tǒng)穩(wěn)定正常的運(yùn)行。

1 膜污染的產(chǎn)生

對于分離膜技術(shù)，盡管選擇了較合適的膜和適宜的操作條件，但是在運(yùn)行過程中仍然會出現(xiàn)膜的透水量隨運(yùn)行時間增長而下降的現(xiàn)象，即膜污染問題必然產(chǎn)生。膜污染是指料液中的某組分在膜表面或膜孔中沉積導(dǎo)致通量下降。對于膜來說，一旦料液與膜接觸，膜污染即開始。具體地說，膜污染就是指膜裝置在運(yùn)行過程中，水中污染物質(zhì)沒有從膜表面?zhèn)髻|(zhì)回到進(jìn)水中，在膜表面或膜孔中吸附、富集，使水透過膜的阻力增加，妨礙了膜表面上的溶解擴(kuò)散，膜表面會被它截留的各種雜質(zhì)所覆蓋，從而導(dǎo)致膜的產(chǎn)水量和水質(zhì)下降;同時由于沉積物占據(jù)了鹽水通道空間，膜孔也會被更細(xì)小的雜質(zhì)堵塞變小，限制了組件中的水流流動，增加了水頭損失，從而使其分離性能下降。最終結(jié)果是縮短了膜的使用壽命，增加了系統(tǒng)運(yùn)行成本。一般認(rèn)為，膜的污染是造成膜組件運(yùn)行失常的主要影響因素之一。因此必須采取有效的清洗方法，去除膜表面上或膜孔內(nèi)的污染物。

2 清洗方案

膜的清洗方法一般包括化學(xué)清洗和物理清洗兩種。物理清洗方法包括水力清洗和機(jī)械清洗，而通常應(yīng)用較多的是化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗實質(zhì)上是污染物與清洗劑之間的一種多相反應(yīng)。

2.1 常見的污染物和化學(xué)清洗劑

在一般水處理過程中，反滲透膜元件經(jīng)常會受到給水中存在的懸浮物質(zhì)或難溶物質(zhì)、顆粒、膠體、微生物等的污染。這些污染物中最常見的有無機(jī)沉積物，如碳酸鹽垢、硫酸鹽垢、金屬氧化物垢、硅沉積物及有機(jī)沉積物或生物沉積物等。

化學(xué)清洗劑包括酸、堿、螯合劑、表面活性劑、酶、消毒劑和專用清洗劑。常用的有檸檬酸、鹽酸、氫氧化鈉、三聚磷酸鈉、十二烷基笨磺酸鈉、EDTA等。由于膜污染的復(fù)雜性，有時清洗劑不只使用一種，可以混合使用，也可以分開使用。

2.2 膜污染的確定

不同的沉積物會對膜元件性能造成不同程度的損害。反滲透膜污染是以顆粒物質(zhì)、膠體、有機(jī)物或微生物為主體的復(fù)合污染，不同類型污染的相互作用與相互促進(jìn)使膜污染變得非常復(fù)雜。其中膠體和有機(jī)物是加速促進(jìn)膜污染的重要因素。首先，根據(jù)反滲透系統(tǒng)水質(zhì)分析報表、運(yùn)行操作記錄和當(dāng)前反滲透裝置的運(yùn)行狀況，初步判定膜污染物的種類。

在不能采用化學(xué)分析的情況下，可以根據(jù)SDI的測定情況，測試膜片上殘留物的顏色、密度，然后對污垢進(jìn)行分類。比如，呈褐色的殘留物引導(dǎo)我們判斷是否為鐵污垢;白色殘留物則可能是硅、砂質(zhì)粘土、鈣垢等;晶狀體外形是無機(jī)膠體、鈣垢的一個特征;生物污垢或者有機(jī)污垢，除了從氣味上分析判斷外，通常還可以看出這類污染物呈現(xiàn)粘稠狀。

2.3 清洗程序選擇

確定了膜表面的污染物，那么就必須選擇正確的清洗程序。如果認(rèn)為污垢為金屬氫氧化鈉，比如：含鐵的氫氧化物、或者鈣垢，那么可采用檸檬酸清洗;如果確定主要污垢為有機(jī)物或者微生物，那么建議使用堿性清洗方法。另外在選擇清洗方法是還應(yīng)該參考發(fā)生污堵的部位，如一段堵塞先堿洗，二段堵塞先酸洗，因為實際生產(chǎn)中結(jié)垢主要是在二段，而一段的主要是細(xì)菌、微生物等污染，如果在不確定的情況下，可打開膜殼端蓋分析污染物再進(jìn)行確定。本文實例選擇先酸洗再堿洗浸泡的方法，酸洗以清除膜表面的無機(jī)垢污染為主，時間較短，可以去除鈣鹽等無機(jī)物垢類，之后堿洗對膜的有機(jī)物污染、生物污染效果較好（見表1）。

3 化學(xué)清洗的應(yīng)用

3.1 化學(xué)清洗實例

320m3污水深度處理回用裝置于2007年投用，設(shè)計要求以上游300m3污水處理廠合格出水為原料，產(chǎn)水指標(biāo)達(dá)到動力鍋爐給水系統(tǒng)的補(bǔ)水水質(zhì)要求。主體工藝為：曝氣生物濾池+纖維過濾+微濾+反滲透的組合工藝。其中反滲透單元回收率75%，總脫鹽率達(dá)97%以上。

3.2 清洗步驟

①停機(jī)需要清洗的反滲透系統(tǒng)，清洗水箱;②配制清洗溶液：采用清洗液1，藥液量5加侖（等于22173L），配制時用不含游離氯的反滲透產(chǎn)品水并混合均勻，溫度32℃～36℃，pH控制在酸洗2～3左右，堿洗11.5左右;③循環(huán)--浸泡：循環(huán)壓力015MPa左右，排放最初回流洗液，每次60～120min，電導(dǎo)率：4000～6000μs/cm，停泵浸泡2h。重復(fù)以上循環(huán)—浸泡操作;④排放：清洗完成后，將清洗液排放;⑤沖洗：開啟沖洗泵將反滲透內(nèi)洗液全部置換完。

4 清洗效果評價

效果評價包括對產(chǎn)水量和水質(zhì)兩部分。從實際生產(chǎn)可以看出：洗膜后的過濾阻力明顯下降，過濾膜前后壓降從洗膜前的827～1103kPa降到洗膜后的379～621kPa;水通量明顯提高，產(chǎn)水量和水質(zhì)都有不同程度的提高，可恢復(fù)性比較明顯，產(chǎn)水量增加30%～70%，電導(dǎo)率降低019～218μs/cm。這說明此項清洗工藝是合理可行的，能夠達(dá)到預(yù)期的目的，延長了膜的使用壽命。

5 結(jié)束語

由于膜的更換費(fèi)用是膜運(yùn)行費(fèi)用中最大的一項，為了恢復(fù)良好的透水和除鹽性能，維護(hù)膜表面的潔凈，延長膜的使用壽命，周期性清洗膜以除去污染物是非常必要的。它不僅有利于確認(rèn)污染原因，消除污染源，確定適宜的化學(xué)清洗配方進(jìn)行化學(xué)清洗，同時也可以對前期處理系統(tǒng)提出運(yùn)行評價與改進(jìn)方案。