海淡反渗透膜脱盐率下降实例研究

摘 要：通过对海淡反渗透膜脱盐率下降原因的分析，提出整体解决方案，详细介绍了针对性的清洗方法、清洗药剂配方。

关键词：海淡反渗透膜脱盐率下降；整体解决方案

海水淡化是利用海水脱盐生产淡水。海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、以及碳酸铵离子交换法，目前应用反渗透膜法及蒸馏法是市场中的主流。反渗透膜法海水淡化以其合理性、经济性被普遍应用。

海南某电厂采用的便是反渗透膜法海水淡化，本文针对海淡反渗透膜脱盐率下降问题进行原因分析，提出整体解决方案，并详细介绍针对性的清洗方案。

1 海淡反渗透膜脱盐率下降的情况说明

①海淡膜及一、二级反渗透膜的选型情况（见表1）；

②海淡反渗透膜脱盐率下降的数据（见表2）

2 海淡反渗透膜脱盐率下降的原因分析

2.1 海淡反渗透膜检修措施

2017年4月采用1支备用膜，替换1支污染的海淡反渗透膜送实验室解剖测试。

2.2 海淡反渗透膜测试结果

2.2.1 膜元件标准性能测试（EPAS）

EPAS 测试结果如表3。

EPAS测试结果表明：F9353099元件产水量为12410 GPD，产水量指标远大于出厂测试产水量7500GPD；元件脱盐率为99.6%，低于元件出厂测试脱盐性能99.80%；该支膜压差偏高，为8 PSI。从而表明该反渗透膜性能收到较严重的损害，同时污染严重。

F9352212元件產水量为12630GPD，产水量指标远大于出厂测试产水量7500GPD；元件脱盐率为98.7%，低于元件出厂测试脱盐性能99.80%；该支膜压差偏高，为9.1 PSI。从而表明该反渗透膜性能收到较严重的损害，同时污染严重。

2.2.2 膜元件探针测试

1号位置是膜元件的浓水端；17号位置是元件的进水端；无泄漏的膜元件的探针实验测试结果应该为从17号位置到1号位置处电导率逐渐上升。

由于两支膜元件中F9352212 反渗透膜受到的损害较大，因此对该支反渗透膜进行探针分析。

膜元件探针测试结果表明：F9352212 各处位置均受到伤害，产水电导偏高较多。

2.2.3 膜元件解剖分析

取下玻璃钢外壳、进水和浓水端盖。检查膜袋、膜叶表面、胶水线和进水网格等。由于两支膜元件中F9352212 反渗透膜受到的损害较大，因此仅对该支反渗透膜进行解剖分析，另一只膜做膜面观察。

元件外观观察说明：F9353099 经观察表面，元件膜面进水端有很严重的黑色污染物；F9352212 经观察表面，元件膜面进水端有很严重的黑色污染物，膜端面格网冲出，膜面打开后，有很严重的污染物，该污染物与酸轻微反应，与碱不反应，Fujiwara 试验表明，膜面受到的氧化损害。

2.2.4 原子光谱化学分析法（ESCA）

ESCA 实验结果表明：膜片成分分析发现了Ca 元素，该元素不该出现在膜片成分中，膜片受到损害（见表4）。

2.2.5 电感耦合等离子体发射光谱法（ICP）

ICP 实验结果表明：膜片上的污染物主要Fe，Mn，Na，从而反应了该反渗透污染物主要为金属物污染、絮凝剂污染（见表5）。

3 海淡反渗透膜脱盐率下降的原因总结

①EPAS测试结果表明：F9353099元件产水量为12410GPD，产水量指标远大于出厂测试产水量7500GPD；元件脱盐率为99.6%，低于元件出厂测试脱盐性能99.80%；该支膜压差偏高，为8 PSI。从而表明该反渗透膜性能收到较严重的损害，同时污染严重。F9352212 元件产水量为12630GPD，产水量指标远大于出厂测试产水量7500GPD；元件脱盐率为98.7%，低于元件出厂测试脱盐性能99.80%；该支膜压差偏高，为9.1 PSI。从而表明该反渗透膜性能受到较严重的损害，同时污染严重；

②膜元件探针测试结果表明：F9352212 各处位置均受到伤害，产水电导偏高较多；

③元件外观观察说明：F9353099 经观察表面，元件膜面进水端有很严重的黑色污染物；F9352212 经观察表面，元件膜面进水端有很严重的黑色污染物，膜端面格网冲出，膜面打开后，有很严重的污染物，该污染物与酸轻微反应，与碱不反应，Fujiwara 试验表明，膜面受到的氧化损害；

④ESCA 实验结果表明：膜片成分分析发现了Ca 元素，该元素不该出现在膜片成分中，膜片受到损害；

⑤ICP 实验结果表明：膜片上的污染物主要Fe，Mn，Na，从而反应了该反渗透污染物主要为金属物污染、絮凝剂污染。

4 海淡反渗透膜脱盐率下降的解决方案

为保证系统稳定运行，保证全厂用水安全，本次离线化学清洗采用“部分膜更换+就地离线清洗”的方案，即通过单支膜脱盐率离线测试确认需更换膜数量，采购一批新膜，替换装置内需清洗的海淡膜，离线化学清洗装置运至项目现场进行离线化学清洗。

4.1 海淡反渗透膜的筛选

①膜测试液的配置：膜测试液采用海淡反渗透进水和一级反渗透混合液：4000ppm NaCl、pH8；

②测试方法和条件：运行压力0.16MPa，回收率8%，通过测量单支膜的进水电导、产水电导计算脱盐率，脱盐率≥95%的膜列为可进行离线化学清洗的膜，脱盐率<95%的膜列为不可清洗回用的膜，需要更换新膜；

③本项目海淡反渗透膜共计819支（273支/套，共3套），经过筛选，共有493支膜列为可化学清洗回用的膜，剩余326支不可化学清洗回用的膜需更换新膜。

4.2 海淡反渗透膜的离线化学清洗

4.2.1 离线化学清洗的准备

停下待清洗的反渗透系统，关闭高压泵出口截止阀和电动阀，开浓水排放阀和调节阀，关闭产品水手动阀，拆下待清洗的反渗透膜，安装新膜273支（1套）恢复系统正常产能，确保用水端的正常供水。

将除盐水注至清洗水箱1/2液位，打开清洗泵进口阀，启动清洗水泵，开启清洗水泵出口回流阀门，打开清洗保安过滤器进口阀和出口阀，此时可打开保安过滤器上的空气阀排放系统中的空气，直至水流出为止，即可准备清洗。

4.2.2 配置清洗液

将药品加入清洗水箱，加除盐水至2/3液位，用清洗水泵混合一遍清洗液，预热清洗液时应用低流量（理论清洗水量的一半）（见表6）。

4.2.3 离线化学清洗的操作

尽可能低的清洗液压力，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。浓水管路中就应该出现清洗液，让清洗液循环回清洗水箱并保证清洗液温度恒定。

停止清洗泵的运行，让膜元件完全浸泡在清洗液中。一般元件浸泡1小时足够了，但对于顽固的污染物，需要延长浸泡时间，如浸泡10-15小时或过夜。为了维持浸泡过程的温度，可采用很低的循环流量（理论清洗流量的10%），本项目根据膜的污染情况，实际浸泡时间为2小时。

进行大流量循环，循环时间为30-60分钟。大流量能冲掉被清洗液清洗下来的污染物。大流量的条件下，将出现过高压降的问题，单元件最大允许的压降为1bar（15psi）。

预处理的合格产水可以用于冲洗系统内的清洗液，除非存在腐蚀问题（例如，静止的海水将腐蚀不锈钢管道）。为了防止沉淀，最低冲洗温度为20℃。本次离线化学清洗清洗液的冲洗，采用清洗水箱注入厂生活水（一级反渗透产水）作为水源，采用化学清洗泵作为冲洗泵的冲洗方法。

注：在酸洗过程中，应随时检查清洗液 pH值变化，当在溶解无机盐类沉淀消耗掉酸时，如果pH的增加超过0.5个pH值单位，就应该向清洗箱内补充酸，酸性清洗液的总循环时间不应超过20分钟，超过这一时间后，清洗液可能会被清洗下来的无机盐所饱和，而污染物就会再次沉积在膜表面，此时应用合格预处理产水将膜系统及清洗系统内的第一遍清洗液排放掉，重新配置清洗液進行第二遍酸性清洗操作。

4.2.4 清洗药剂的性能和作用

反渗透膜上的污染物主要有：悬浮颗粒、胶体颗粒（包括有机物和无机物）、难容盐垢（有碳酸钙，钙、锶、钡的硫酸盐）、金属氧化物、二氧化硅、有机物、微生物等。所采用的化学清洗药剂有酸、碱、有机络合剂以及表面分散剂等。化学药品在清洗中的作用如下：

①盐酸：盐酸是一种价格便宜，易于去的的无机强酸，盐酸能溶解碳酸盐水垢、多数金属氧化物；

②氨基磺酸：氨基磺酸也是次于盐酸、磷酸的有机强酸，其1%水溶液的pH值为1.18。不挥发、不吸湿、无味无毒、不燃的白色晶体。

③柠檬酸：柠檬酸为无色透明晶体，1%水溶液的pH值为2.3。柠檬酸可溶解金属氧化物，其原理不是依靠氢离子去溶解，而是柠檬酸能够络合金属离子，把氧化物去除；

④碱液：碱液清洗主要是为了去除微生物、有机物和硅垢对膜的污染。碱液主要采用氢氧化钠（0.1%）的水溶液，其pH值约为12；

⑤表面活性剂：表面活性剂是能分散在溶液中的有机化合物，可使溶液的表面张力降低，引起正吸附，这样可使溶液表面容质大于溶液内部容质分子的浓度。十二烷硫酸钠是膜清洗中最主要的表面活性剂，加入量为0.02%。

5 离线化学清洗后的系统脱盐率

经过部分海淡反渗透膜更换，部分离线化学清洗后，海淡反渗透系统脱盐率如表7。

6 海淡反渗透膜脱盐率下降的思考

6.1 海淡反渗透膜脱盐率下降诱因的规避

本案例部分海淡反渗透膜脱盐率下降的原因为受到了金属污染物的氧化损伤，主要污堵膜的物质为铁、猛和淤泥，如果在预处理的工艺进行加氯处理，然后进行脱氯处理，可有效防止金属污染物的去除。完善预处理系统，提高污染物的整体去除率，添加次氯酸钠类氧化物，提高金属氧化物的去除率。通过以上措施，有效减少海淡反渗透膜进水中的金属类污染物的含量，膜在安全（下转第254页）（上接第251页）的水环境中运转，有效延长海淡膜的使用年限，减少日常维护的成本投入。

6.2 海淡反渗透膜日常在线维护

本案例中海淡反渗透膜运行压差比较高，外观聚集肉眼可见的大量污染物，污染物的积累伤害，会造成膜进水侧的水质恶化、系统脱盐率下降。加强维护性清洗，定期对海淡反渗透系统进行在线化学清洗，防止污染物的累积。做好海淡反渗透的进水水质化验，严密监控重金属、余氯等可造成膜不可逆伤害的因素的发生。

参考文献：

[1]张葆宗，李明，张松建等.反渗透水处理应用技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]陶氏化学公司液体分离事业部.DOW反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册[C]//2011.

[3]卞卫华.膜技术在电厂水处理中的应用[J].能源工程，2005.

作者简介：

王凤雷（1979- ），男，汉族，籍贯：河南省卫辉市，研究方向：膜法水处理。

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