反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)與清洗

張 杰

（海洋石油富島有限公司，海南東方 572633）

1 簡(jiǎn)介

某脫鹽裝置于2010年7月建成，主要以凈水和甲醇裝置回收的工藝、透平冷凝液為原料，通過(guò)采用UF、RO雙膜技術(shù)+離子交換混床除鹽工藝除去水中的各種陰陽(yáng)離子制得合格的精制水，以滿足用戶的用水需求。該裝置共配備四套反滲透裝置，設(shè)計(jì)單套產(chǎn)水量為138m3/h，設(shè)計(jì)產(chǎn)水脫鹽率為98%，產(chǎn)水電導(dǎo)率≤10μms/cm。

2 反滲透裝置存在問(wèn)題

裝置建成以來(lái)工藝參數(shù)基本穩(wěn)定，產(chǎn)水指標(biāo)合格。隨著反滲透裝置運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，反滲透產(chǎn)水指標(biāo)較原始投運(yùn)階段有較明顯的上漲趨勢(shì)，后期反滲透產(chǎn)水指標(biāo)大幅上漲，導(dǎo)致混床運(yùn)行負(fù)荷大幅提升，制水批量無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)值，造成混床提前失效情況頻繁發(fā)生。

3 原因分析

3.1 數(shù)據(jù)分析

（1）表1 為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

表1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

（2）表2 同上述運(yùn)行工況相同時(shí)的各壓力容器產(chǎn)水電導(dǎo)率數(shù)據(jù)：（單位：μs/cm）

表2 各壓力容器產(chǎn)水電導(dǎo)率 μs/cm

（3）2019.10.9 B組探針時(shí)的工況及探針結(jié)果見圖1

圖1 B組探針時(shí)的工況及探針結(jié)果

說(shuō)明：探針結(jié)果顯示一段和二段均是明顯的突變點(diǎn)。根據(jù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，反滲透膜未受到氧化。

3.2 反滲透前置過(guò)濾器污堵

反滲透前置過(guò)濾器污堵嚴(yán)重，拆檢發(fā)現(xiàn)，濾芯表面和過(guò)濾器筒體內(nèi)壁出現(xiàn)帶有土腥味的淡黃色黏狀物，黏狀物進(jìn)行了化驗(yàn)分析，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 反滲透前置過(guò)濾器污堵數(shù)據(jù)表

說(shuō)明：污染物中有機(jī)物占比偏高；另外，其中 Al的含量明顯較高，初步判斷 Al主要來(lái)源預(yù)處理中的 PAC 過(guò)量投加所致。

3.3 鐵銹及其他物質(zhì)污染

2019年初對(duì)膜拆檢時(shí)發(fā)現(xiàn)反滲透膜中有大量樹脂，主要因混床水帽損壞，混床再生循環(huán)時(shí)樹脂漏入中間水箱，后續(xù)反滲透運(yùn)行時(shí)樹脂被水帶入膜中。顆粒狀樹脂對(duì)膜表面造成不可逆的損壞及造成膜污堵，影響了反滲透膜脫鹽效果及使用壽命。

2019年底對(duì)膜拆檢時(shí)發(fā)現(xiàn)反滲透被大量鐵銹污染，主要因化學(xué)清洗閥門質(zhì)量問(wèn)題及部分化學(xué)清洗管線襯塑脫落，產(chǎn)生大量鐵銹對(duì)反滲透膜造成污堵，同時(shí)銹渣對(duì)膜表面造成破壞，影響了反滲透膜脫鹽效果及使用壽命。

4 化學(xué)清洗處理

4.1 在線清洗

（1）清洗藥品：堿性清洗藥劑：NaOH 150kg；酸性清洗藥劑：HCl、檸檬酸 150kg。

（2）清洗過(guò)程：反滲透膜化學(xué)清洗包括堿洗、酸洗兩個(gè)步驟，每個(gè)步驟又分為配藥、置換、循環(huán)、靜置和沖洗五個(gè)環(huán)節(jié)，具體過(guò)程如下。

①系統(tǒng)堿洗采取一段、二段分段清洗方式，將 pH 控制在11.5～12.0。

一段堿洗步驟：配藥、置換、低流量清洗、浸泡、高流量清洗；

二段堿洗步驟：配藥、低流量清洗、浸泡、高流量清洗；

一、二段沖洗：?jiǎn)?dòng) CIP 泵，將流量控制在 70～100m3/h，對(duì)反滲透膜進(jìn)行沖洗；沖洗過(guò)程中在反滲透膜濃水端采樣化驗(yàn)電導(dǎo)率，當(dāng)濃水電導(dǎo)率接近進(jìn)水電導(dǎo)率時(shí)結(jié)束沖洗。

②系統(tǒng)酸洗采取一段、二段串聯(lián)清洗方式，將 pH 控制在1.5～2.5。

系統(tǒng)酸洗步驟：低流量循環(huán)、浸泡、高流量循環(huán)。

一、二段沖洗：排空 CIP 池，將 CIP 池注滿除鹽水或 RO產(chǎn)水，啟動(dòng) CIP 泵，對(duì)反滲透膜進(jìn)行沖洗；沖洗過(guò)程中在反滲透膜濃水端采樣化驗(yàn)電導(dǎo)率，當(dāng)濃水電導(dǎo)率接近進(jìn)水電導(dǎo)率時(shí)結(jié)束沖洗。

（3）清洗前后運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比

從表4看出：化學(xué)清洗后產(chǎn)水量有較大好轉(zhuǎn)，但單從一段和二段的壓差上看，清洗后的壓差還是較高，效果并不理想。

表4 清洗前后運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比表

4.2 后續(xù)更換藥劑清洗

（1）清洗藥品：NaOH（0.1%）+十二烷基磺酸鈉；控制條件：pH=12，溫度30～35℃；

20%檸檬酸/鹽酸（0.1%～0.2%）；控制條件：pH=2.0，溫度30℃；

硫代硫酸鈉（1%）溶液；控制條件：1%濃度，溫度30℃。

（2）清洗液的量：每支8″膜元件目標(biāo)清洗液量為40～60L（清洗液越多效果越好）。

（3）清洗步驟

A 清洗前的沖洗：17支壓力容器，其沖洗流量為17×（11～4.5）m3/h=（76.5～187）m3/h，沖洗壓力<0.3MPa，當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)率接近濃水排放口電導(dǎo)率時(shí)，標(biāo)明沖洗完成。

B 硫代硫酸鈉清洗

①按照表中配置硫代硫酸鈉的清洗液，流量控制在目標(biāo)值的一半（76.5m3/h），壓力<0.3MP；

②低流量循環(huán)，循環(huán)60min，壓力<0.3MPa；

③浸泡4h；

④高流量循環(huán)，循環(huán)1～2h，注意壓力<0.3MPa。根據(jù)清洗液顏色的變化，酌情延長(zhǎng)清洗時(shí)間；

⑤清水沖洗：排放清洗液，然后采用RO產(chǎn)水沖洗，壓力<0.3MPa，當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)率接近濃水排放口電導(dǎo)率時(shí)，標(biāo)明沖洗完成。

C 酸洗

①配制檸檬酸（或鹽酸）清洗液，pH控制在2左右；

②低流量清洗，流量控制在目標(biāo)清洗流量的一半左右即76.5t/h；

③循環(huán)沖洗：壓力<0.3MPa，循環(huán)沖洗30～60min；

④浸泡2～4h；

⑤循環(huán)沖洗：壓力<0.3MPa，循環(huán)初期pH若有上升，需要補(bǔ)充酸藥劑，自pH穩(wěn)定起沖洗60min或更長(zhǎng)，在此過(guò)程中，監(jiān)測(cè)pH并保持在2左右；

⑥清水沖洗：排放清洗液，然后采用RO產(chǎn)水或除鹽水沖洗，壓力<0.3MPa，當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)率接近濃水排放口電導(dǎo)率時(shí)，標(biāo)明沖洗完成。

D 堿液清洗

①按照清洗藥品配置堿洗的清洗液；

②低流量清洗，流量控制在目標(biāo)清洗流量的一半左右即76.5t/h；

③低流量循環(huán)：循環(huán)沖洗60min，壓力<0.3MP；

④浸泡：浸泡8h；期間每3h循環(huán)1h；

⑤高流量循環(huán)：循環(huán)1～2h，壓力<0.3MPa。根據(jù)清洗液顏色的變化，酌情延長(zhǎng)清洗時(shí)間；

⑥清水沖洗：排放清洗液，然后采用RO產(chǎn)水或除鹽水沖洗，壓力<0.3MPa，當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)率接近濃水排放口電導(dǎo)率時(shí)，標(biāo)明沖洗完成。

（備注：一是沖洗系統(tǒng)的RO產(chǎn)水也需要加熱至25～30℃；二是產(chǎn)水閥門要打開，防止背壓過(guò)高。）

E 酸洗

①配制檸檬酸（或鹽酸）清洗液，pH控制在2左右；

②低流量清洗，流量控制在目標(biāo)清洗流量的一半左右即76.5t/h；

③循環(huán)沖洗：壓力<0.3MPa，循環(huán)沖洗30～60min；

④浸泡2～4h；

⑤循環(huán)沖洗：壓力<0.3MP，循環(huán)初期pH若有上升，需要補(bǔ)充酸藥劑，自pH穩(wěn)定起沖洗60min或更長(zhǎng)，在此過(guò)程中，監(jiān)測(cè)pH并保持在2左右；

⑥清水沖洗：排放清洗液，然后采用RO產(chǎn)水或除鹽水沖洗，壓力<0.3MPa，當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)率接近濃水排放口電導(dǎo)率時(shí)，標(biāo)明沖洗完成。

（備注：按照上述程序，進(jìn)行全系統(tǒng)串聯(lián)清洗，若時(shí)間可以分段清洗，在清洗二段膜元件時(shí)，相應(yīng)清洗流量減半。）（4）更換藥劑清洗前后運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比更換藥劑清洗后數(shù)據(jù)見表5

表5 更換藥劑清洗前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

5 系統(tǒng)運(yùn)行建議

1）從目前的化學(xué)清洗效果來(lái)看，普通的在線酸堿化學(xué)清洗效果一般，結(jié)合保安過(guò)濾器的污染物分析結(jié)果，增加其他專用藥劑進(jìn)行清洗，化學(xué)效果有很大轉(zhuǎn)變；如條件具備可以進(jìn)行徹底的離線化學(xué)清洗。

2）根據(jù)保安過(guò)濾器上污染物分析的結(jié)果 Al 含量較高，Al離子的主要來(lái)源應(yīng)為預(yù)處理中投加的 PAC 過(guò)量，RO 進(jìn)水的Al 離子要求<0.05mg/L，因此，嚴(yán)格控制 PAC 的投加量；另外，P 的主要來(lái)源一般是阻垢劑中含P，過(guò)量的阻垢劑同樣也會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)污堵，應(yīng)及時(shí)優(yōu)化調(diào)整藥劑投加量；

3）根據(jù)系統(tǒng)目前的污堵情況，除了考慮可以是預(yù)處理投加的藥劑過(guò)量導(dǎo)致外，污染指數(shù) SDI 值也是測(cè)定反滲透系統(tǒng)進(jìn)水的重要指標(biāo)之一，同時(shí)也是檢驗(yàn)預(yù)處理（如UF、多介質(zhì)等）出水是否達(dá)到反滲透進(jìn)水要求的主要手段之一，它的大小對(duì)反滲透運(yùn)行壽命至關(guān)重要。因此，日常運(yùn)行管理維護(hù)中，增加SDI 的監(jiān)測(cè)，至少 1 次/d，要求 SDI<5，最好<3；

4）系統(tǒng)存在背壓的問(wèn)題，產(chǎn)水背壓的要求是<0.5bar，但是原則上要求 RO 系統(tǒng)在任何情況下，產(chǎn)水側(cè)的壓力都不得高于給水側(cè)的壓力，否則系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)背壓風(fēng)險(xiǎn)從而導(dǎo)致膜元件性能衰減，目前現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)工況下均存在產(chǎn)水背壓的風(fēng)險(xiǎn)，初步判斷主要原因是由于清洗產(chǎn)水回流管道偏小導(dǎo)致，應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

在裝置的日常運(yùn)行維護(hù)中，當(dāng)反滲透運(yùn)行水質(zhì)、水量出現(xiàn)異常后，可根據(jù)來(lái)水水質(zhì)中污染物的情況，反滲透膜的污物污染情況，采用相匹配的藥劑進(jìn)行化學(xué)清洗，完全可以改善反滲透運(yùn)行狀況，從而確保裝置的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行。