漣鋼反滲透脫鹽系統(tǒng)分析與改進(jìn)

李和平,尹依軍

（1.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司生產(chǎn)管理部，2.漣鋼福利企業(yè)公司，湖南婁底 417009）

引言

某企業(yè)在反滲透脫鹽調(diào)查中有2 個脫鹽水站，均采用反滲透+混床工藝，反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率＜20μS/cm，混床出水電導(dǎo)率＜2 μS/cm，SiO2＜20 μg/L。RO 設(shè)計(jì)每套產(chǎn)水50 m3/h，一級二段7：3 排列，10 支6 芯膜壓力容器，每套采用60 只BW30-365FR 膜元件，回收率75%，脫鹽率大于97%，保安過濾器采用熔噴PP 濾芯，每套70 支，過濾精度5 μm。自動控制單元分過濾器單元、RO 單元、混床單元，每套單元啟動與藥劑泵聯(lián)鎖控制。冬季原水蒸汽加熱，因制水量達(dá)不到要求，在冬季水量需求大時(shí)脫鹽水站保供成了制約難題。

1 除鹽水系統(tǒng)工藝流程配置基本概況

1#水站2003 年建設(shè)，工藝流程：公共供水環(huán)管網(wǎng)→無閥濾池→多介質(zhì)過濾器(6 套)→出水母管→保安過濾器(6套)→RO（6套）→脫碳器→混床。

2#水站2008 年建設(shè)，工藝流程：公共供水環(huán)管網(wǎng)→無閥濾池→多介質(zhì)過濾器(7 套)→活性碳過濾器(7套)→出水母管→保安過濾器(7套)→RO(7套)→脫碳器→混床。除鹽水站進(jìn)水為地表水，原水和RO設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1、表2。

表1 除鹽水站原水水質(zhì)（地表水）

表2 RO設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

2 除鹽水系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 除鹽水站RO儀表配置和運(yùn)行狀態(tài)

2019 年10 月15 日調(diào)查時(shí)1#水站運(yùn)行11#～15#，2#水站運(yùn)行21#、23#，其余機(jī)組臨時(shí)啟動檢查（表3 中數(shù)據(jù)為現(xiàn)場儀表顯示）。

表3 RO儀表配置完好情況和運(yùn)行參數(shù)(11～16代表1#水站,21～27代表2#水站)

2.2 除鹽水站RO前預(yù)處理

現(xiàn)場了解，無閥濾池投加混凝劑，清水池投加次氯酸鈉殺菌，出水母管投加還原劑、阻垢劑。預(yù)處理保安過濾器前水質(zhì)1#水站濁度＜2 NTU，2#水站濁度＜3 NTU。SDI 較少檢測且隨季節(jié)性變化大，雨季有時(shí)水樣完全將膜片堵塞。調(diào)查時(shí)抽檢保安過濾器出水余氯＜0.05 mg/L。

2.3 RO系統(tǒng)清洗方法

RO 化學(xué)清洗程序?yàn)閴A洗→酸洗。清洗后進(jìn)水壓力降低約0.2 MPa。

堿洗：配制堿洗液（pH=12：EDTA-4Na+三聚磷酸鈉+十二烷基苯磺酸鈉+NaOH），依次對二段、一段各循環(huán)進(jìn)藥40 min，第二輪再各循環(huán)進(jìn)藥40 min，浸泡2 h，啟動系統(tǒng)進(jìn)水沖洗至出水澄清、電導(dǎo)率與進(jìn)水一致。

酸洗：配制酸洗液（pH=3：一水檸檬酸+HCl），清洗流程與堿洗相同，清洗過程中檢查清洗液pH值，維持pH值穩(wěn)定。

2.4 RO除鹽水系統(tǒng)運(yùn)行、設(shè)備管理

2 個除鹽水系統(tǒng)藥劑實(shí)行總包管理，SDI 抽檢，余氯檢測點(diǎn)在系統(tǒng)進(jìn)水池，混凝劑和還原劑投加量現(xiàn)場計(jì)量泵指示不清楚，阻垢劑投加以經(jīng)驗(yàn)控制（1#水站）或按總管定量4.5 L/h（2#水站）。

RO 系統(tǒng)內(nèi)各計(jì)量儀表沒有校驗(yàn)或明顯不準(zhǔn)確，化學(xué)清洗水箱連接的閥門經(jīng)常有漏水。保安過濾器、膜入口端發(fā)現(xiàn)有濾料現(xiàn)象。

RO系統(tǒng)每天運(yùn)行臺套數(shù)兩個水站各有不同，1#水站基本每套RO 每天均有運(yùn)行，2#水站RO 一般每天2～4 套運(yùn)行，每個水站對停運(yùn)的RO 采用每天用系統(tǒng)水沖洗。其中，2#水站現(xiàn)場運(yùn)行班組不檢測水質(zhì)。

2.5 膜解剖簡要分析

膜解剖沉積物垢樣分析見表4，膜外觀見圖1。

表4 膜解剖沉積物垢樣分析

圖1 膜外觀

2.6 兩個水站主要備件消耗

2 個水站主要備件消耗（統(tǒng)計(jì)2019 年1～10 月）見表5。

表5 2個水站主要備件消耗

2.7 兩個水站產(chǎn)水量(見表6)

表6 二個水站平均產(chǎn)水量（統(tǒng)計(jì)2019年5～10月)

3 分析

3.1 除鹽水站主要故障分析

從表3分析可看出，RO系統(tǒng)主要故障癥狀是產(chǎn)水量下降、透鹽率升高、壓差增大。分析故障產(chǎn)生的主要原因是淤泥或粘土堵塞、膠體污染和微生物污堵；從膜解剖沉積物垢樣分析表4看出，結(jié)垢不是故障癥狀的主要因素，由于受條件限制，沒有進(jìn)行能譜掃描電鏡SEM-EDX 分析；16#、22#RO 系統(tǒng)進(jìn)水壓力下降，產(chǎn)水量增加，透鹽率明顯增加，說明有氧化現(xiàn)象；RO 系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)明顯有個別膜管漏的機(jī)械損壞。主要故障癥狀分析見表7。

表7 RO故障癥狀分析

3.2 生物膜控制

從保安過濾器濾芯更換數(shù)量可看出，預(yù)處理效果差。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行過程中更換的保安過濾器濾芯在不同季節(jié)呈現(xiàn)顏色差異，土黃色到灰色，甚至帶黑，手摸有滑膩感覺，說明出現(xiàn)堵塞和粘泥異味有微生物污染。

3.3 預(yù)處理SDI檢測與控制

擁有和使用SDI 儀表是重要的RO 系統(tǒng)預(yù)處理診斷工具。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場運(yùn)行班組基本不測量，藥劑總承包提供商對濁度、SDI 的檢測也沒有充分使用。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雨季預(yù)處理產(chǎn)水濁度和SDI 很難穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，有時(shí)檢測水樣完全將膜片堵塞現(xiàn)象。預(yù)處理設(shè)計(jì)無法應(yīng)對定期的水質(zhì)波動。

3.4 RO系統(tǒng)藥劑投加與控制

混凝劑、殺菌劑、RO 阻垢劑在線投加，但原設(shè)計(jì)聯(lián)鎖方式因各類故障已不能一一對應(yīng)，造成藥劑投加量不規(guī)范。還原劑投加與余氯在運(yùn)行中沒有對應(yīng)關(guān)系。

余氯測量只有一個測點(diǎn)，在原水池或還原劑投加點(diǎn)后。沒有在還原劑投加點(diǎn)前、后同時(shí)測量，殺菌沒有體現(xiàn)整個預(yù)處理管線全部受控。余氯檢測方式為抽檢，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)還原劑泵投加異常時(shí)氧化劑超標(biāo)造成膜的不可逆受損。

3.5 RO系統(tǒng)設(shè)備及儀器儀表

在線儀表配置不齊，并且沒有校驗(yàn)或校驗(yàn)不可靠，一些已配置的儀表因損壞沒有及時(shí)更換，使得系統(tǒng)分析不能進(jìn)行，更談不上標(biāo)準(zhǔn)化。膜入口端發(fā)現(xiàn)有濾料現(xiàn)象，說明預(yù)處理過濾器有穿透或泄漏，保安過濾器濾芯安裝有時(shí)存在短路問題。

3.6 RO運(yùn)行管理

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，脫鹽水站所在總廠管理人員很少參與現(xiàn)場管理，運(yùn)行班組對RO 參數(shù)不太關(guān)心，對技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不分析，回收率約50%。對停用機(jī)組每天用系統(tǒng)水沖洗，對長期處于備用狀態(tài)機(jī)組，沒有相應(yīng)規(guī)定采用保護(hù)液或定期殺菌方式保護(hù)。

3.7 化學(xué)清洗方法

清洗方案不嚴(yán)謹(jǐn)，清洗效果差?；瘜W(xué)清洗采用二段同時(shí)清洗，交叉污染，第一段的污染物、生物污染物和有機(jī)結(jié)垢物在從系統(tǒng)清除前經(jīng)過了下一段，降低了清洗效率。同時(shí)，在線清洗還需為清洗提供合適的流量與溫度。

4 對策研究

4.1 RO預(yù)處理藥劑優(yōu)化與自動檢測系統(tǒng)完善

良好的RO 預(yù)處理水質(zhì)是脫鹽水系統(tǒng)正常工作的首要條件。對原水進(jìn)行預(yù)處理的效果反映為COD、LSI、SS、濁度等污染物水質(zhì)指標(biāo)的絕對值降低，并達(dá)到反滲透膜系統(tǒng)進(jìn)水要求，降低SDI(期望值)≤3。保證RO產(chǎn)水電導(dǎo)＜20 μS/cm。

無機(jī)絮凝劑的質(zhì)量和投加劑量通過優(yōu)化試驗(yàn)確定是重中之重。根據(jù)水質(zhì)分析余氯與ORP 關(guān)系，設(shè)定合適的在線ORP 控制指標(biāo)。關(guān)注阻垢劑質(zhì)量和投加量優(yōu)化防止結(jié)垢污染。同時(shí)，運(yùn)行管理中通過數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算、分析和對比，若監(jiān)測指標(biāo)遠(yuǎn)大于日常測定值則需要對預(yù)處理系統(tǒng)重新調(diào)整使其恢復(fù)到正常值。

過濾器自動控制單元、RO 自動控制單元有必要恢復(fù)，完善過濾器自動反洗頻率和反洗流量控制，定期檢查是否存在板結(jié)和壁流現(xiàn)象。

系統(tǒng)RO 儀表配置根據(jù)監(jiān)測要求有必要進(jìn)行完善，故障的流量、電導(dǎo)率、壓力等檢測儀表需要盡快恢復(fù)，并對所有在線檢測儀表定期校驗(yàn)以保證準(zhǔn)確性。

預(yù)處理工藝從現(xiàn)有的工藝條件看，雨季SDI 很難穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，改造預(yù)處理設(shè)備，保證系統(tǒng)污染因子穩(wěn)定受控也很有必要。

4.2 藥劑投加過程控制穩(wěn)定受控

藥劑投加過程穩(wěn)定受控是RO 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。關(guān)注無機(jī)絮凝劑投加量、阻垢劑投加計(jì)算與執(zhí)行，并注意檢查管線泄漏。還原劑投加點(diǎn)前余氯控制0.2～1.0 mg/L。還原劑采用亞硫酸氫鈉或焦亞硫酸鈉時(shí)，工程實(shí)踐可采用約3.0 mg/LSBS（SMBS）脫除1.0 mg/L 余氯。RO 前余氯控制＜0.1 mg/L。

4.3 加強(qiáng)RO日常運(yùn)行過程管理

RO 運(yùn)行維護(hù)是一個綜合性強(qiáng)的工作，需要改變生產(chǎn)管理無組織狀態(tài)。運(yùn)行班組管理承擔(dān)職責(zé)，及時(shí)反饋運(yùn)行過程中存在的問題。完好的設(shè)備維護(hù)是良好運(yùn)行控制的前提與基礎(chǔ)，在運(yùn)行過程中需要對保安過濾器濾芯使用周期、單支膜管運(yùn)行情況、段間壓力容器壓降（＜0.35 MPa）、SDI 檢測、余氯測量、還原劑投加核算、絮凝劑投加控制等持續(xù)關(guān)注。對運(yùn)行故障癥狀診斷分析，濃水側(cè)異氧菌分析，有條件時(shí)還可對膜解剖進(jìn)行專業(yè)分析，對長時(shí)間停用機(jī)組宜采用保護(hù)液保護(hù)。

4.4 RO運(yùn)行參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，是判斷系統(tǒng)故障與清洗的重要方法，膜技術(shù)供方一般都提供相關(guān)的計(jì)算軟件，或者根據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)化的因子自己制定一個標(biāo)準(zhǔn)化的電子表格，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算表確定化學(xué)清洗的時(shí)機(jī)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果判斷系統(tǒng)性能，以及運(yùn)行中需要改進(jìn)的事項(xiàng)。

4.5 RO在線化學(xué)清洗方法改進(jìn)

良好的預(yù)處理和優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行管理，能大幅減少清洗頻率。在達(dá)到清洗條件后，要以失效分析為基礎(chǔ)，選擇殺菌、堿洗、酸洗相結(jié)合的高效清洗配方和清洗方法來制定相應(yīng)清洗方案，及時(shí)進(jìn)行清洗以恢復(fù)性能。嚴(yán)格執(zhí)行方案確定的循環(huán)和沖洗流量、溫度要求，并且避免一段清洗后污染物對另一段影響而降低清洗效率。

5 結(jié)論

完好的預(yù)處理工藝和診斷，良好的專業(yè)管理，將會使RO 系統(tǒng)產(chǎn)水量、回收率提高20%以上，水質(zhì)得到保證，維持膜更換量不變，濾芯更換、混床再生酸堿、冬季加熱蒸汽等大幅降低消耗，由于制水效率提高，自用水率、噸水電耗也會大幅降低，經(jīng)核算成本可降低1元/t水以上。