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反渗透膜的化学清 洗:

   反渗透膜分离技术 作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术,近30 a来发展迅速 ,目前已广泛应用于 纯水制备、海水淡化和废水处理等行业。反渗透膜是反渗透系统中的关键元件。目前国内约有几十万膜元件用户,且每年以20%~30%的速度增加。在实 际应用中,膜元件都会发生不 同程度的污染,导致系统进出口压 差增大,产水量减少 ,脱盐率下降 ,进而影响反渗透系 统的正常运行,因此,必须设置反渗透清 洗系统对其进行有效清洗,最大限度地恢复已 经污染的膜元件的性能,使膜更有效地持久 运行。如何对反渗透膜运行中产生的污染进行分析和有效清洗,受到越来越广泛的 重视。

1 反渗透膜污染的 分析与判断

    为了提高 清洗效果,清洗前需要对膜污 染的状况进行分析,确定污染物的种类 ,根据反渗透膜污染 、结垢的具体情况,选择有针对性的清 洗剂进行清洗。

    1.1 分析途径

    (1)分析设备性能数据 。

    (2)分析给水中潜在的 污染、结垢成分。

    (3)分析SDI仪的膜过滤器收集 的污染物。

    (4)分析滤芯过滤器的 污染物。

    (5)检查管道内表面和 膜元件两端的状况。

    (6)必要时剖开膜元件 进行分析,查找污染、结垢成 分。

    1.2 分析方法

    膜污染严 重时,可通过染色试验、 显微镜分析、傅立叶变换红外线光谱(FTIR)分析、扫描电子显 微镜(SEM)分析、能源频射 X光线(EDX)分析等查找原因 ,判断故障位置。以 上几种分析鉴定方法有的必须牺牲膜元件,有的需要借助专门 仪器、设备,费用较高。实际应 用中常常采用以下简便易行的分析方法。

    (1)目 测

    在确定系 统已经发生污染,需要实施化学清洗 时,最好先打开压力容 器端板,直接观察污染物在 压力容器端板与膜元件之间的间隙内累积的情况。一般根据直接观察即可基本确定污染物的类型,继而确定相应的清 洗方案。

    ①前段污 染观察

    预处理滤 料(砂粒、活性炭 )泄漏、胶体污染、 有机物污染和生物污染,前端最严重 ,可以从前端膜元件 入口观察到颗粒物及粘液状污染。发生生物污染时会发现腥臭味粘液物质,灼烧刮取的生物粘 泥(粘膜),会有蛋白质的焦臭 气味。

    ②末端污 染观察

    无机盐结 垢在系统末端最为严重,在末端膜元件端头 处可以摸到粗糙的粉状物。用盐酸(pH 3~4)溶解时有气体冒出 ,说明沉淀物极可能 是CaCO3。硫酸盐垢、硅垢 在pH很低时也很难溶解 。如果垢在0.1 mol/L HF溶液中是可溶的 ,则可能是硅垢。

    (2)称 重

    污染的膜 元件进水流道附着了污染物,整体重量会加大。 将取出的膜元件竖立放置,沥干水分后称重 ,与膜元件的参考重 量进行对比,多余的重量即为附 着污染物的重量。

    (3)参考污染特征进行 判断

    另外 ,还可参考反渗透膜 污染物的污染特征进行分析判断。表1是膜生产厂家给出 的反渗透膜污染物的污染特征。
反渗透膜污染物特 征

2 反渗透膜的化学清 洗

    2.1 清洗条件

    下列情况 出现时需要及时清洗膜元件:

    ①标准化 产水量降低10%;

    ②进水和 浓水之间的压差上升了15%;

    ③标准化 透盐率增加10%~15%;

    ④系统各 段压差明显上升。

    一般以设 备最初运行48 h所得到的运行记录 为标准化后的对比数据。

    2.2 清洗设备

    (1)清洗箱

    起混合与 循环作用,要求耐腐蚀 ,材料可选用玻璃钢 、聚氯乙烯塑料或钢罐内衬橡胶等。清洗水箱应设有温度计。清洗箱的大小大致是空的压力容器的体积与清洗液循环管路的体积之和,一般应考虑 20%的裕度。

    (2)清洗泵

    应耐腐蚀 ,如玻璃钢泵。它所 提供的压力应能克服保安过滤器的压降、膜组件的压降和管道阻力损失等,一般选用压力为 0.3~0.5 MPa。水泵的材质至少 必须是316不锈钢或非金属聚 酯复合材料。

    (3)其 他

    清洗系统 中应设有必要的阀门、流量计和压力表以控制清洗流量,连接管线既可以是 硬管也可以是软管,应耐酸碱腐蚀。

    2.3 清洗药剂

    膜分离系 统的化学清洗方法主要有酸法和碱法两种,具体采用何种清洗 方法取决于膜系统的污染物性状。表2列出了不同污染物 适宜的清洗液配方。
2.4 清洗步骤

    2.4.1 清洗单段系统

    (1)系统冲洗

    用反渗透 产品水(也可用符合反渗透 进水标准的预处理水或过滤水)冲洗反渗透膜组件 和系统管道。

    (2)配制清洗液

    清洗液原 则上用反渗透产品水配制。清洗剂应充分溶解并混合均匀,然后调节pH (酸洗一般用氨水调 节,碱洗一般用盐酸调 节),并反复确认清洗温 度是否合适。

    (3)低流量输入清洗液

    清洗液以 尽可能低的压力置换元件内的原水,其压力仅需达到足 以补充进水至浓水的压力损失即可,即压力必须低到不 会产生明显的渗透产水。低压置换操作能够最大限度地减低污垢再次沉淀到膜表面。视情况排放部分刚开始循环回来的清洗液,以防止清洗液的稀 释。

    (4)循 环

    当原水被 置换完后,让清洗液循环回清 洗水箱并保证清洗液温度恒定,循环时间一般为 60min。对回流清洗液视 情况进行处理。如果回流清洗液已明显变色或变浊则应排放掉,重新配置清洗液 ;若回流清洗液 pH变化超过0.5时,最好调整pH,必要时更换清洗液 。

    (5)浸 泡

    停止清洗 泵的运行,让膜元件完全浸泡 在清洗液中。一般浸泡1 h就足够了;但对于顽固的污染 物,需要延长浸泡时间 ,浸泡10~15 h或浸泡过夜。

    (6)高流量循环

    高流量循 环 30~60 min。高流量能冲洗掉 被清洗液清洗下来的污染物。在高流量条件下,可能会出现过高压 降的问题。单元件的最大允许压降为0.1 MPa,多元件压力容器最 大允许压降为0.35 MPa,以先超出为限。

    (7)冲 洗

    用反渗透 产品水或合格的预处理出水冲洗系统内的清洗液,最低冲洗温度为 20℃,冲洗时间约 1 h。

    2.4.2 清洗多段系统

    对多段反 渗透装置,原则上应分段进行 清洗,清洗水流方向与运 行方向相同。一般情况下,清洗液可不排地沟 ,直接循环;当污染比较轻微时 ,可以多段一起进行 清洗;当元件污染严重时 ,清洗液在最初几分 钟可排地沟,然后再循环。清洗 每一段循环时间通常为1.5 h,污染严重时应加长 时间。清洗完毕后,应用反渗透出水冲 洗反渗透装置,时间不少于 30 min。当膜污染严重时 ,清洗第一段的溶液 不要用来清洗第二段,应重新配制清洗液 。为提高清洗效果,可让清洗液浸泡膜 元件,但时间不应超过 24 h。

    2.5 清洗要点

    (1)高流速

    清洗流速 应比正常运行时的流速高,一般为正常运行浓 水流速的1.2倍。

    (2)低压力

    清洗压力 应尽可能低,建议控制在 0.3 MPa以下。如果在 0.3 MPa以下很难达到流量 要求时,应尽可能地控制进 水压力,以不出产水为标准 。一般进水压力不能大于0.4 MPa。

    2.6 清洗时的注意事 项

    (1)谨慎选择清洗药剂

    应谨慎选 择清洗所用药剂,而且清洗时应严格 遵守药品的使用说明和工艺条件,并要仔细观察清洗 时清洗液的温度 和pH变化。在对大型系 统清洗之前,建议从待清洗的系 统内取出1支膜元件,进行单个膜元件清 洗效果试验,确认清洗效果后再 实施整套系统的清洗。

    (2)清洗液的洁净度
清洗液的洁净度 直接影响清洗效果。清洗液含较多的杂质及颗粒物,会对膜系统造成二 次污染,还会对膜表面造成 一定的机械性损伤。用于反向清洗的清洗液中小分子杂质应尽可能少。较为理想的清洗溶剂为膜系统的产水,当然也可以使用合格的预处理出水来配制清洗液 。

    (3)清洗液流动方向

    一般要求清洗液流动方向 与系统正常运行时的水流方向相同,以防止元件产生“ 望远镜”现象,因为压力容器内的 止推环仅安装在压力容器的浓水端。反向清洗仅针对进料端被严重污堵的组件,并且不能在膜的透 过液一侧反向施压,以免使膜本身出现 机械性损伤。此处反向清洗是指在膜组件的浓排端泵入清洗液,在膜外侧进行组件 内循环,使清洗液流经膜表 面,以适当的流速在膜 表面形成一定的冲刷力,将系统内和膜表面 的污染物清除排出。笔者参与的膜清洗(反渗透膜组件组成 方式为一级三段式,排列方式为 10∶5∶3)通常是将第一段的 第一支膜反向后置于第一段的末端(注意浓水密封圈也 相应地移至另一端),再按正常清洗程序 进行清洗。

    (4)清洗液的温度

    清洗液的温度 对清洗效果的影响极大。在合理的温度范围中,尽可能地提高清洗 液温度可更有效地恢复膜的原有性能。这是因为:较高的清洗温度可 以使清洗液的溶解度和洗涤能力有所提高;另外,高于正常工作温度 的清洗液有助于膜微孔的扩张,促进微孔内污物的 排出。

    (5)清洗顺序

    膜分离系 统的化学清洗,大多数情况下采用 酸法、碱法交替进行的方法,但一定要注意酸法 、碱法不能连接进行。合理的清洗顺序为:酸洗→水洗至呈中 性→碱洗→水洗至呈中性或碱洗→水洗至呈中性→酸洗→水洗至呈中性。

3 结束语

    反渗透膜的化学清 洗是反渗透装置运行维护中的一个重要环节,其成功与否直接影 响着反渗透膜的使用性能及使用寿命。正常的化学清洗周期是每3~12个月1次。如果1个月内清洗 1次以上,需对反渗透预处理 系统作进一步调整和改善,如追加投资或重新 进行反渗透设计。没有一个好的预处理系统,膜系统的稳定运行 将难以实现。不能把希望都寄托于膜清洗,化学清洗并不是万 能的,其对膜的损害是比 较大的。

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