反滲透膜污染原因分析及清洗技術(shù)在電廠的應(yīng)用

頓小寶，鄭 勃，郭云飛，楊 敏，魯 浩

（1.西安熱工研究院有限公司，陜西西安 710054； 2.華能新疆吉木薩爾發(fā)電有限公司，新疆昌吉 831000）

反滲透膜污染常見于電廠鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)。反滲透膜的污染物類型多種多樣，常見的包括微生物污染、有機(jī)物污染、膠體污染和無機(jī)鹽污染。微生物通過形成生物膜，使反滲透膜進(jìn)水壓力、運(yùn)行壓差增大，且繁殖迅速，增加了清洗的難度〔1〕；溶解于水中的有機(jī)物較易通過微濾或超濾系統(tǒng)，若未設(shè)置活性炭吸附工藝，極易進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，引起反滲透系統(tǒng)性能的下降；膠體可導(dǎo)致淤泥密度指數(shù)（SDI）超標(biāo)，同時(shí)引起系統(tǒng)壓差增大、產(chǎn)水量降低等。有機(jī)物污染、膠體污染和微生物污染的去除方法類似，可通過堿洗去除。無機(jī)鹽污染是最常見的污染類型，主要受離子濃度、pH、溫度、鹽類組分等因素的影響，通常是由于操作不當(dāng)或阻垢劑投加不正確引起，容易導(dǎo)致反滲透膜結(jié)垢，可通過酸洗去除。4種污染物類型在反滲透系統(tǒng)中具有一定的分布特征，有機(jī)物污染、膠體污染一般在第一段最為嚴(yán)重，微生物污染分布在各段，無機(jī)鹽污染在末段最為嚴(yán)重。

反滲透系統(tǒng)常見的清洗方法包括物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗是利用大流量高流速的清水沖刷反滲透膜表面，將污染物帶走，并緩解濃差極化現(xiàn)象〔2〕。物理沖洗對較為嚴(yán)重的膜污染效果較差，因此需要通過化學(xué)清洗以達(dá)到較為理想的清洗效果?；瘜W(xué)清洗采用的清洗藥品主要有酸性清洗劑、堿性清洗劑、生物酶清洗劑，還可以根據(jù)具體的污染情況調(diào)整藥品種類，如通過將氨水加入酸性清洗液中從而避免單一酸性清洗液形成難溶性亞鐵檸檬酸鹽的問題；將EDTA加入堿性清洗液中從而更有效地去除硫酸鹽垢、有機(jī)物和膠體。

本研究針對某電廠反滲透系統(tǒng)所產(chǎn)生的污堵，描述了污堵情況，確定了污染物類型，分析了污染原因，確定了殺菌劑清洗加堿洗的化學(xué)清洗方案。對反滲透進(jìn)行了化學(xué)清洗，達(dá)到了理想的清洗效果。

1 工藝流程及污堵情況描述

1.1 鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)工藝流程

電廠鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)水源為水庫水，采用生水加熱、過濾、膜法預(yù)脫鹽和離子交換對其進(jìn)行深度除鹽處理，其中包括 2套處理量 110 m3/h的反滲透裝置，工藝流程見圖 1。

圖 1 鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Process flow of boiler feed water treatment system

系統(tǒng)運(yùn)行初期反滲透裝置保持著良好的運(yùn)行狀態(tài)，反滲透進(jìn)水水質(zhì)見表 1。

表 1 反滲透系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)Table 1 Influent water quality of reverse osmosis system

投運(yùn)初期，反滲透裝置進(jìn)水壓力、跨膜壓差均較為穩(wěn)定。隨著時(shí)間的延長和制水量的累積，反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)出現(xiàn)了一定下降，主要表現(xiàn)在反滲透進(jìn)水壓力稍有上漲，段間壓力增長較大，進(jìn)水流量有所降低，從而產(chǎn)水流量下降。

1.2 污堵情況描述

對膜元件進(jìn)行探針測試，即將一根塑料管伸入膜組件的產(chǎn)水中心管內(nèi)，對產(chǎn)水電導(dǎo)率的分布進(jìn)行檢測。結(jié)果表明， 2套反滲透膜元件內(nèi)產(chǎn)水水質(zhì)分布均勻，可以排除機(jī)械損傷或化學(xué)損傷的可能〔3〕。為了準(zhǔn)確分析判斷反滲透膜污堵情況，對膜元件進(jìn)行拆卸，打開反滲透膜殼的端蓋板，能夠清楚地觀察到反滲透膜組件端面上有深褐色膠狀物，滴加氫氧化鈉溶液，膠狀物變碎溶解。拆卸過程中能夠聞到較大的腥臭味，膜組件和膜殼內(nèi)壁較為光滑。通過測定反滲透產(chǎn)水和濃水的細(xì)菌總數(shù)，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌總數(shù)偏高，結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄中SDI通常偏高甚至有超過標(biāo)準(zhǔn)值的記錄，推斷反滲透膜存在微生物污染〔4〕。取膠體物質(zhì)進(jìn)行酸溶解試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有明顯的黃色物質(zhì)溶出，推斷存在金屬氧化物污染?？紤]到反滲透膜組件的無機(jī)鹽結(jié)垢一般發(fā)生在二段，將反滲透裝置二段的最后一支膜拆卸并觀察稱重，發(fā)現(xiàn)無明顯增重和污染物附著。因此，初步推斷反滲透膜組件污堵主要由微生物腐殖質(zhì)、金屬氧化物和膠體污染引起，且發(fā)生在反滲透裝置一段入口處。

1.3 污堵原因分析

鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)水源為水庫水，水中有機(jī)物、微生物含量較高，冬季來水有低溫低濁的特點(diǎn)，預(yù)處理設(shè)備處理效果下降。來水水質(zhì)波動(dòng)較大，雖然投加殺菌劑，但對余氯監(jiān)測不到位，殺菌效果不理想。工藝流程中無活性炭吸附，對有機(jī)物的處理效果一般。電廠輸水管網(wǎng)為碳鋼材質(zhì)，易產(chǎn)生金屬氧化物污染。

2 清洗方案及清洗效果

2.1 清洗方案

根據(jù)膜污染的特點(diǎn)，結(jié)合廠家清洗建議，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性，決定采用殺菌劑清洗+堿洗的化學(xué)清洗方案，以去除微生物污染和膠體污堵，金屬氧化物污染可在下個(gè)清洗周期采用酸洗的方式去除?；瘜W(xué)清洗前先進(jìn)行反滲透沖洗。

反滲透沖洗：利用沖洗水泵對反滲透系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，將反滲透內(nèi)部的存水全部置換，沖洗完成后進(jìn)入化學(xué)清洗步驟：殺菌劑清洗和堿洗。

反滲透清洗流程見圖 2。

圖 2 反滲透清洗流程Fig.2 Cleaning flow of reverse osmosis

殺菌劑清洗：采用PWT公司生產(chǎn)的非氧化性殺菌劑（BioGuard ACS）對反滲透系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)清洗。在清洗箱內(nèi)配制質(zhì)量濃度為 1500 mg/L的殺菌劑清洗液，在清洗泵與清洗箱間循環(huán)使藥液充分混合。打開反滲透二段清洗回水閥、反滲透一段清洗進(jìn)水閥，關(guān)閉清洗泵再循環(huán)閥，對反滲透一段、二段進(jìn)行串聯(lián)清洗。控制清洗流量為額定流量 110 m3/h，清洗泵出口壓力<0.3 MPa，清洗溫度為常溫，清洗時(shí)間為 2～3 h。清洗完成后，利用沖洗水泵將反滲透系統(tǒng)中的清洗液沖洗干凈。

堿洗：利用堿洗藥品（Lavaso7）對反滲透進(jìn)行循環(huán)清洗，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%的堿洗液，循環(huán)充分混合后進(jìn)行串聯(lián)清洗。控制清洗液流量、出口壓力不變，溫度調(diào)整至33～35℃，循環(huán)清洗4～6 h。清洗完成后利用沖洗水泵將清洗液沖洗干凈。

清洗過程中必須控制好以下要點(diǎn)：應(yīng)以高流速、低壓力的方式進(jìn)行清洗，流速控制在正常流速的 1.2倍以內(nèi)，進(jìn)水壓力控制在<0.4 MPa〔5〕。清洗液的流動(dòng)方向與正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)一致，避免反滲透膜出現(xiàn)“望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)象”〔6〕。

2.2 清洗效果

按照上述清洗方案，對該電廠鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)# 1、# 2兩套反滲透裝置進(jìn)行了化學(xué)清洗，反滲透清洗記錄及清洗前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表 2和表3。

表 2 反滲透清洗記錄Table 2 Reverse osmosis cleaning record

表3 清洗前后反滲透運(yùn)行數(shù)據(jù)Table 3 Reverse osmosis operation data before and after cleaning

由表3的# 1反滲透清洗數(shù)據(jù)可以看出，清洗前，反滲透進(jìn)水流量最高僅82.1 m3/h，較設(shè)計(jì)值 110 m3/h下降了約 25%，產(chǎn)水流量同樣較設(shè)計(jì)值82.5 m3/h下降明顯。在較高進(jìn)水流量工況下運(yùn)行時(shí)，一段壓差高達(dá)0.2 MPa，較標(biāo)準(zhǔn)值0.1 MPa上升了 100%；即使運(yùn)行在較低流量工況下（69.0 m3/h），壓差也達(dá)到0.15 MPa，可見一段污堵較為嚴(yán)重；而二段壓差基本保持在0.03～0.04 MPa，屬正常范圍。清洗后一段壓差恢復(fù)至0.08～0.11 MPa，進(jìn)水流量和產(chǎn)水流量同樣恢復(fù)明顯，分別平均提高約 26%和 27.5%。# 2反滲透清洗數(shù)據(jù)同樣符合以上規(guī)律。清洗過程中清洗液顏色呈褐綠色，印證了反滲透膜組件存在微生物污染和膠體污染。

3 結(jié)論

通過探針試驗(yàn)和化學(xué)測試的方法，確定了膜元件污染物的類型為微生物污染、金屬氧化物和膠體污染。并對運(yùn)行工況進(jìn)行了分析，得出了包括水源污染物含量高、水質(zhì)波動(dòng)大導(dǎo)致殺菌效果不理想、污染物處理效果一般等在內(nèi)的污堵原因。

采用了非氧化性殺菌劑清洗和堿洗相結(jié)合的化學(xué)清洗方案對反滲透進(jìn)行清洗，清洗后一段壓差下降至清洗前的50%，進(jìn)水和產(chǎn)水流量分別提高約 26%和 27.5%，清洗效果顯著。該電廠反滲透膜的污堵情況具有一定的代表性，本研究過程中污染物的分析方法、清洗方案的設(shè)計(jì)對類似系統(tǒng)污堵問題的解決具有一定的指導(dǎo)意義。