| 反滲透膜元件的污染與清洗
在正常運(yùn)行一段時(shí)間后，反滲透膜元件會(huì)受到給水中可能存在的懸浮物或難溶鹽的污染，這些污染中最常見(jiàn)的是碳酸鈣沉淀、硫酸鈣沉淀、金屬(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)氧化物沉淀、硅沉積物、無(wú)機(jī)或有機(jī)沉積混合物、NOM天然有機(jī)物質(zhì)、合成有機(jī)物(如：阻垢劑/分散劑，陽(yáng)離子聚合電解質(zhì))、微生物 (藻類(lèi)、霉菌、真菌)等污染。污染性質(zhì)和污染速度取決于各種因素，如給水水質(zhì)和系統(tǒng)回收率。通常污染是漸進(jìn)發(fā)展的，如不盡早控制，污染將會(huì)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)損壞膜元件。當(dāng)膜元件確證已被污染，或是在長(zhǎng)期停機(jī)之前，或是作為定期日常維護(hù)，建議對(duì)膜元件進(jìn)行清洗。
當(dāng)反滲透系統(tǒng)（或裝置）出現(xiàn)以下癥狀時(shí)，需要進(jìn)行化學(xué)清洗或物理沖洗：在正常給水壓力下，產(chǎn)水量較正常值下降10～15%；為維持正常的產(chǎn)水量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加10～15%；產(chǎn)水水質(zhì)降低10～15%，透鹽率增加10～15%；給水壓力增加10～15%；系統(tǒng)各段之間壓差明顯增加。
保持穩(wěn)定的運(yùn)行參數(shù)主要是指產(chǎn)水流量、產(chǎn)水背壓、回收率、溫度及TDS。如果這些運(yùn)行參數(shù)起伏不定，海德能公司建議檢查是否有污染發(fā)生，或者在關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)有變化的前提下 , 反滲透的實(shí)際運(yùn)行是否正常。
定時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體性能是確認(rèn)膜元件是否已發(fā)生污染的基本方法。污染對(duì)膜元件的影響是漸進(jìn)的，并且影響的程度取決于污染的性質(zhì)。表1“反滲透膜污染特征及處理方法”列出了常見(jiàn)的污染現(xiàn)象和相應(yīng)處理方法。
已受污染的反滲透膜的清洗周期根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。海德能公司建議，正常的清洗周期是每3-12個(gè)月一次。
當(dāng)膜元件僅僅是發(fā)生了輕度污染時(shí)，重要的是清洗膜元件。重度污染會(huì)因阻礙化學(xué)藥劑深入滲透至污染層，影響清洗效果。
清洗何種污染物以及如何清洗要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)污染情況而進(jìn)行。對(duì)于幾種污染同時(shí)存在的復(fù)雜情況，清洗方法是采用低PH和高PH的清洗液交替清洗（應(yīng)先低PH后高PH值清洗）。
表1 反滲透膜污染特征及處理方法
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污染種類(lèi) |
可能發(fā)生之處 |
壓降 |
給水壓力 |
鹽透過(guò)率 |
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金屬氧化物(Fe、Mn、Cu、Ni、Zn) |
一段，最前端膜元件 |
迅速增加 |
迅速增加 |
迅速增加 |
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膠體(有機(jī)和無(wú)機(jī)混合物) |
一段，最前端膜元件 |
逐漸增加 |
逐漸增加 |
輕度增加 |
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礦物垢(Ca、Mg、Ba、Sr) |
末段，最末端膜元件 |
適度增加 |
輕度增加 |
一般增加 |
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聚合硅沉積物 |
末段，最末端膜元件 |
一般增加 |
增加 |
一般增加 |
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生物污染 |
任何位置，通常前端膜元件 |
明顯增加 |
明顯增加 |
一般增加 |
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有機(jī)物污染(難溶NOM) |
所有段 |
逐漸增加 |
增加 |
降低 |
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阻垢劑污染 |
二段最嚴(yán)重 |
一般增加 |
增加 |
一般增加 |
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氧化損壞(Cl 2 、O zone 、KmnO 4 ) |
一段最嚴(yán)重 |
一般增加 |
降低 |
增 加 |
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水解損壞(超出pH范圍) |
所有段 |
一般降低 |
降低 |
增 加 |
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磨蝕損壞(碳粉) |
一段最嚴(yán)重 |
一般降低 |
降低 |
增 加 |
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O型圈滲漏(內(nèi)連接管或適配器) |
無(wú)規(guī)則，通常在給水適配器處 |
一般降低 |
一般降低 |
增 加 |
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膠圈滲漏(產(chǎn)水背壓造成) |
一段最嚴(yán)重 |
一般降低 |
一般降低 |
增 加 |
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膠圈滲漏(清洗或沖洗時(shí)關(guān)閉產(chǎn)水閥造成) |
最末端元件 |
增加(污染初期和壓差升高) |
增 加 |
2 污染情況分析
碳酸鈣垢：
碳酸鈣垢是一種礦物結(jié)垢。當(dāng)阻垢劑/分散劑添加系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，或是加酸pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)出故障而引起給水pH增高時(shí)，碳酸鈣垢有可能沉積出來(lái)。盡早地檢測(cè)碳酸鈣垢，對(duì)于防止膜層表面沉積的晶體損傷膜元件是極為必要的。早期檢測(cè)出的碳酸鈣垢可由降低給水的pH值至3~5，運(yùn)行1~2小時(shí)的方法去除。對(duì)于沉積時(shí)間長(zhǎng)的碳酸鈣垢，可用低pH值的檸檬酸溶液清洗去除。
硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢：
硫酸鹽垢是比碳酸鈣垢硬很多的礦物質(zhì)垢，且不易去除。硫酸鹽垢可在阻垢劑/分散劑添加系統(tǒng)出現(xiàn)故障或加硫酸調(diào)節(jié)pH時(shí)沉積出來(lái)。海德能公司認(rèn)為盡早地檢測(cè)硫酸鹽垢對(duì)于防止膜層表面沉積的晶體損傷膜元件是極為必要的。硫酸鋇和硫酸鍶垢較難去除，因?yàn)樗鼈儙缀踉谒械那逑慈芤褐须y以溶解，所以，應(yīng)加以特別的注意以防止此類(lèi)結(jié)垢的生成。
金屬氧化物/氫氧化物污染：
典型的金屬氧化物和金屬氫氧化物污染為鐵、鋅、錳、銅、鋁等。這種垢的形成導(dǎo)因可能是裝置管路、容器(罐/槽)的腐蝕產(chǎn)物，或是空氣中氧化的金屬離子、氯、臭氧、鉀、高錳酸鹽，或是由在預(yù)處理過(guò)濾系統(tǒng)中使用鐵或鋁助凝劑所致。
聚合硅垢：
硅凝膠層垢由溶解性硅的過(guò)飽和態(tài)及聚合物所致，且非常難以去除。需要注意的是，這種硅的污染不同于硅膠體物的污染。硅膠體物污染可能是由與金屬氫氧化物締合或是與有機(jī)物締合而造成的。硅垢的去除很艱難，可采用傳統(tǒng)的化學(xué)清洗方法。如果傳統(tǒng)的方法不能解決這種垢的去除問(wèn)題，請(qǐng)與海德能公司技術(shù)部門(mén)聯(lián)系。現(xiàn)有的化學(xué)清洗藥劑，如氟化氫銨，已在一些項(xiàng)目上得到了成功的使用，但使用時(shí)須考慮此方法的操作危害和對(duì)設(shè)備的損壞，加以防護(hù)措施。
膠體污染：
膠體是懸浮在水中的無(wú)機(jī)物或是有機(jī)與無(wú)機(jī)混合物的顆粒，它不會(huì)由于自身重力而沉淀。膠體物通常含有以下一個(gè)或多個(gè)主要組份，如：鐵、鋁、硅、硫或有機(jī)物。
非溶性的天然有機(jī)物污染(NOM)：
非溶性天然有機(jī)物污染(NOM——Natural Organic Matter)通常是由地表水或深井水中的營(yíng)養(yǎng)物的分解而導(dǎo)致的。有機(jī)污染的化學(xué)機(jī)理很復(fù)雜，主要的有機(jī)組份或是腐植酸，或是灰黃霉酸。非溶性NOM被吸附到膜表面可造成RO膜元件的快速污染，一旦吸收作用產(chǎn)生，漸漸地結(jié)成凝膠或塊狀的污染過(guò)程就會(huì)開(kāi)始。
微生物沉積：
有機(jī)沉積物是由細(xì)菌粘泥、真菌、霉菌等生成的，這種污染物較難去除，尤其是在給水通路被完全堵塞的情況下。給水通路堵塞會(huì)使清潔的進(jìn)水難以充分均勻的進(jìn)入膜元件內(nèi)。為抑制這種沉積物的進(jìn)一步生長(zhǎng)，重要的是不僅要清潔和維護(hù)RO系統(tǒng)，同時(shí)還要清潔預(yù)處理、管道及端頭等。對(duì)膜元件采用氧化性殺菌時(shí)，請(qǐng)與海德能公司技術(shù)支持部門(mén)聯(lián)系，使用認(rèn)可的殺菌劑。
3 清洗液的選擇和使用
選擇適宜的化學(xué)清洗藥劑及合理的清洗方案涉及許多因素。首先要與海德能公司的服務(wù)人員取得聯(lián)系，確定主要的污染物，選擇合適的化學(xué)清洗藥劑。有時(shí)針對(duì)某種特殊的污染物或污染狀況，要使用RO藥劑制造商的專(zhuān)用化學(xué)清洗藥劑，并且在應(yīng)用時(shí)要遵循藥劑供應(yīng)商提供的產(chǎn)品性能及使用說(shuō)明。有的時(shí)候可針對(duì)具體情況，從反滲透裝置取出已發(fā)生污染的單支膜元件進(jìn)行測(cè)試和清洗試驗(yàn)，以確定合適的化學(xué)藥劑和清洗方案。
為達(dá)到******的清洗效果，有時(shí)會(huì)使用一些不同的化學(xué)清洗藥劑進(jìn)行組合清洗。
典型的程序是先在低pH值范圍的情況下進(jìn)行清洗，去除礦物質(zhì)垢污染物，然后再進(jìn)行高pH值清洗，去除有機(jī)物。有些清洗溶液中加入了洗滌劑以幫助去除嚴(yán)重的生物和有機(jī)碎片垢物，同時(shí)，可用其它藥劑如EDTA螯合物來(lái)輔助去除膠體、有機(jī)物、微生物及硫酸鹽垢。
需要慎重考慮的是如果選擇了不適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)清洗方法和藥劑，污染情況會(huì)更加惡化。
4 化學(xué)清洗藥劑的選擇及使用準(zhǔn)則
選用的專(zhuān)用化學(xué)藥劑，首先要確保其已由海德能公司認(rèn)定并符合用于海德能公司膜元件的要求。藥劑供應(yīng)商的指導(dǎo)/建議不應(yīng)與海德能公司此技術(shù)服務(wù)公告中推薦的清洗參數(shù)和限定的化學(xué)藥劑種類(lèi)相沖突；
如果正在使用指定的化學(xué)藥劑，要確認(rèn)其已在此海德能公司技術(shù)服務(wù)公告中列出，并符合海德能公司膜元件的要求（咨詢(xún)海德能公司）；
采用組合式方法完成清洗工作，包括適宜的清洗pH、溫度及接觸時(shí)間等參數(shù)，這將會(huì)有利于增強(qiáng)清洗效果；
在推薦的******溫度下進(jìn)行清洗，以求達(dá)到******的清洗效率和延長(zhǎng)膜元件壽命的效果；
以最少的化學(xué)藥劑接觸次數(shù)進(jìn)行清洗，對(duì)延續(xù)膜壽命有益；
謹(jǐn)慎地由低至高調(diào)節(jié)pH值范圍，可延長(zhǎng)膜元件的使用壽命。pH范圍為2~12(勿超出)；
典型地、最有效的清洗方法是從低pH至高pH溶液進(jìn)行清洗。但對(duì)油污染膜元件的清洗不能從低pH值開(kāi)始，因?yàn)橛驮诘?SPAN lang=EN-US>pH時(shí)會(huì)固化；
清洗和沖洗流向應(yīng)保持相同的方向；
當(dāng)清洗多段反滲透裝置時(shí)，最有效的清洗方法分段清洗，這樣可控制******清洗流速和清洗液濃度，避免前段的污染物進(jìn)入下游膜元件；
用較高pH產(chǎn)品水沖洗洗滌劑可減少泡沫的產(chǎn)生；
如果系統(tǒng)已發(fā)生生物污染，就要考慮在清洗之后，加入一個(gè)殺菌劑化學(xué)清洗步驟。殺菌劑必須在清洗后立即進(jìn)行，也可在運(yùn)行期間定期進(jìn)行(如一星期一次)連續(xù)加入一定的劑量。必須確認(rèn)所使用的殺菌劑與膜元件相容，不會(huì)帶來(lái)任何對(duì)人的健康有害的風(fēng)險(xiǎn)，并能有效地控制生物活性，且成本低；為保證安全，溶解化學(xué)藥品時(shí)，切記要慢慢地將化學(xué)藥劑加入充足的水中并同時(shí)進(jìn)行攪拌； 從安全方面考慮，不能將酸與苛性(腐蝕性)物質(zhì)混合。在要使用下一種溶液之前，從RO系統(tǒng)中徹底沖洗干凈滯留的前一種化學(xué)清洗溶液。
5 清洗液的選擇
表2-常規(guī)清洗液配方提供的清洗溶液是將一定重量(或體積)的化學(xué)藥品加入到100加侖(379升)的潔凈水中(RO產(chǎn)品水或不含游離氯的水)。溶液是按所用化學(xué)藥品和水量的比例配制的。溶劑是RO產(chǎn)品水或去離子水，無(wú)游離氯和硬度。清洗液進(jìn)入膜元件之前，要求徹底混和均勻，并按照目標(biāo)值調(diào)pH值且按目標(biāo)溫度值穩(wěn)定溫度。常規(guī)的清洗方法基于化學(xué)清洗溶液循環(huán)清洗一小時(shí)和一種任選的化學(xué)藥劑浸泡一小時(shí)的操作而設(shè)定的。
表2 常規(guī)清洗液配方(以100加侖，即379升為基準(zhǔn))
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清洗液 |
主要組份 |
藥劑量 |
清洗液pH值 |
******清洗液溫度 |
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1 |
檸檬酸(100%粉末) |
17.0磅(7.7公斤) |
用氨水調(diào)節(jié)pH至3.0~4.0 |
40℃ |
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2 |
鹽酸(HCl)(密度22波美度或濃度36%) |
0.47加侖(1.8升) |
緩慢加入鹽酸調(diào)節(jié)pH至2.5，調(diào)高pH用氫氧化鈉 |
35℃ |
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3 |
氫氧化鈉(100%粉末) 或(50%液體) |
0.83磅(0.38公斤) 0.13加侖(0.5升) |
緩慢加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至11.5，調(diào)低pH時(shí)用鹽酸 |
30℃ |
6 常規(guī)清洗液介紹
[溶液1]
2.0%(W)檸檬酸(C6H8O7)的低pH清洗液。用于去除無(wú)機(jī)鹽垢(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢等)、金屬氧化物/氫氧化物(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)及無(wú)機(jī)膠體十分有效。
[溶液2]
0.5%(W)鹽酸低pH清洗液，主要用于去除無(wú)機(jī)物垢(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢等)，金屬氧化物/氫氧化物(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)，及無(wú)機(jī)膠體。這種清洗液比溶液1要強(qiáng)烈些，因?yàn)辂}酸(HCl)是強(qiáng)酸。
[溶液3]
0.1%(W)氫氧化鈉高pH清洗液。用于去除聚合硅垢。這一洗液是一種較為強(qiáng)烈的堿性清洗液。
7 RO膜元件的清潔和沖洗程序
RO膜元件可置于壓力容器中，在高流速的情況下，用循環(huán)的清潔水(RO產(chǎn)品水或不含游離氯的潔凈水)流過(guò)膜元件的方式進(jìn)行清洗。RO的清洗程序完全取決于具體情況，必要時(shí)更換用于循環(huán)的清潔水。
RO膜元件的常規(guī)清洗程序如下：
在60psi(4bar)或更低壓力條件下進(jìn)行低壓沖洗，即從清洗罐中(或相當(dāng)?shù)乃?SPAN lang=EN-US>)向壓力容器中泵入清潔水然后排放掉，運(yùn)行幾分鐘。沖洗水必須是潔凈的、去除硬度、不含過(guò)渡金屬和余氯的RO產(chǎn)品水或去離子水。
在清洗罐中配制特定的清洗溶液。配制用水必須是去除硬度、不含過(guò)渡金屬和余氯的RO產(chǎn)品水或去離子水。溫度和pH應(yīng)調(diào)到所要求的值。
啟動(dòng)清洗泵將清洗液泵入膜組件內(nèi)，循環(huán)清洗約一小時(shí)或是要求的時(shí)間（咨詢(xún)海德能技術(shù)人員）。在起始階段，清洗液返回至RO清洗罐之前，將最初的回流液排放掉，以免系統(tǒng)內(nèi)滯留的水對(duì)清洗溶液造成稀釋。在最初的5分鐘內(nèi)，慢慢地將流速調(diào)節(jié)到******設(shè)計(jì)流速的1/3。這可以減少由污物的大量沉積而造成的潛在污堵。在第二個(gè)5分鐘內(nèi)，增加流速至******設(shè)計(jì)流速的2/3，然后，再增加流速至設(shè)計(jì)的******流速值。如果需要，當(dāng)pH的變化大于1，就要重新調(diào)回到原數(shù)值。
根據(jù)需要，可交替采用循環(huán)清洗和浸泡程序。浸泡時(shí)間建議選擇1至8小時(shí)（請(qǐng)咨詢(xún)海德能公司）。要謹(jǐn)慎地保持合適的溫度和pH。
化學(xué)清洗結(jié)束之后，要用清潔水(去除硬度、不含金屬離子如鐵和氯的RO產(chǎn)品水或去離子水)進(jìn)行低壓沖洗，從清洗裝置/部件中去除化學(xué)藥劑的殘留部分，排放并沖洗清洗罐，然后再用清潔水完全注滿清洗罐以作沖洗之用。從清洗罐中泵入所有的沖洗水沖洗壓力容器至排放。如果需要，可進(jìn)行第二次清洗。
一旦RO系統(tǒng)已用貯水罐中的清潔水完全沖洗后，就可用預(yù)處理給水進(jìn)行最終的低壓沖洗。給水壓力應(yīng)低于60psi(4bar)，最終沖洗持續(xù)進(jìn)行直至沖洗水干凈，且不含任何泡沫和清洗劑殘余物。通常這需要15~60分鐘。操作人員可用干凈的燒瓶取樣，搖勻，監(jiān)測(cè)排放口處沖洗水中洗滌劑和泡沫的殘留情況。洗液的去除情況可用測(cè)試電導(dǎo)的方法進(jìn)行，如沖洗水至排放出水的電導(dǎo)在給水電導(dǎo)的10~20%以?xún)?nèi)，可認(rèn)為沖洗已接近終點(diǎn)；pH表也可用于測(cè)定，來(lái)比較沖洗水至排放出水與給水的pH值是否接近。
一旦所有級(jí)段已清洗干凈，且化學(xué)藥劑也已沖洗掉，RO可重新開(kāi)始置于運(yùn)行程序中，但初始的產(chǎn)品水要進(jìn)行排放并監(jiān)測(cè)，直至RO產(chǎn)水可滿足工藝要求(電導(dǎo)、pH值等)。為得到穩(wěn)定的RO產(chǎn)水水質(zhì)，這一段恢復(fù)時(shí)間有時(shí)需要從幾小時(shí)到幾天，尤其是在經(jīng)過(guò)高pH清洗后。
8 反滲透膜的化學(xué)清洗與水沖洗
清洗時(shí)將清洗溶液以低壓大流量在膜的高壓側(cè)循環(huán)，此時(shí)膜元件仍裝在壓力容器內(nèi)而且需要專(zhuān)門(mén)的清洗裝置來(lái)完成該工作。
清洗反滲透膜元件的一般步驟：
一、用泵將干凈、無(wú)游離氯的反滲透產(chǎn)品水從清洗箱(或相應(yīng)水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。
二、用干凈的產(chǎn)品水在清洗箱中配制清洗液。
三、將清洗液在壓力容器中循環(huán)1小時(shí)或預(yù)先設(shè)定的時(shí)間。
四、清洗完成以后，排凈清洗箱并進(jìn)行沖洗，然后向清洗箱中充滿干凈的產(chǎn)品水以備下一步?jīng)_洗。
五、用泵將干凈、無(wú)游離氯的產(chǎn)品水從清洗箱(或相應(yīng)水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。
六、在沖洗反滲透系統(tǒng)后，在產(chǎn)品水排放閥打開(kāi)狀態(tài)下運(yùn)行反滲透系統(tǒng)，直到產(chǎn)品水清潔、無(wú)泡沫或無(wú)清洗劑(通常15~30分鐘)。 | 
