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反渗透膜污堵原因的分析及处理措施

[导读]甲醇厂脱盐水反渗透膜污堵速度快进行分析和采取的措施

反渗透技术以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新 型、高效流体分离单元操作技术,30 年来取得了令人瞩目的飞速发 展,已广泛应用于国民经济的各个领域,是当今最先进、最节能、效率 最高的分离技术。

1 反渗透除盐原理 反渗透亦称逆渗透(RO),是用一定的压力使溶液中的溶剂通过 反渗透膜(或称半透膜)分离出来(见图 1)。因为它和自然渗透的方 向相反,故称反渗透。反渗透膜是由具有高度有序矩阵结构的聚合纤 维素组成的,孔径为 0.1 纳米 - 1 纳米。

2 反渗透膜的污堵 原水中均含有一定浓度的悬浮物和溶解性物质。悬浮物主要是 无机盐、胶体和微生物、藻类等生物性颗粒。溶解性物质主要是易溶 盐(如氯化物)和难溶盐(如碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐)金属氧化物,酸 碱等。在反渗透过程中,进水的体积在减少,悬浮颗粒和溶解性物质 的浓度在增加。悬浮颗粒会沉积在膜上,堵塞进水流道、增加摩擦阻 力(压力降)。难溶盐在超过其饱和极限时,会从浓水中沉淀出来,在 膜面上形成结垢,降低 RO 膜通量,增加运行压力和压力降,并导致 产品水质下降。这种在膜面上形成沉积层的现象叫做膜污染,膜污染 的结果是系统性能的劣化。 我厂脱盐水站反渗透膜污堵速度快,清洗完后产水量很快恢复, 运行一周后产水量从 120m3/h 降到 80m3/h,为保证产水量必须再清 洗(清洗频次见表 1),如此反复对反渗透膜造成很大的损害,不仅浪 费水,而且还影响制水量。
3 反渗透膜的清洗

3.1 当反渗透系统出现以下症状时,需要进行化学清洗

 ①在正常给水压力下,产水量较正常值下降 10~15%;

②产品 水质降低 10~15%,透盐率增加 10~15%;

③给水压力增加 10~ 15%,系统各段之间压差明显增加。

3.2 污染情况分析

①碳酸钙垢和硫酸盐垢是矿物结垢,是阻垢剂加药系统或加酸 pH 调节故障时引起给水 pH 增高而沉积出来的。

②金属氧化物和金 属氢氧化物污染为铁、 锌、锰、 铜、铝等。形成原因是装置管路、容器的腐蚀产物,或空气中氧化的金属离子、 氯、臭氧、 钾、高锰酸盐,或由于 预处理中使用铁或铝助凝剂所致。

③硅凝胶层垢由溶解性硅的过饱 和态及聚合物所致,且难以去除。

④胶体是悬浮在水中的无机物或有 机与无机混合物的颗粒,它不会由于自身重力而沉淀。

⑤非溶性天然 有机物污染(NOM—— —Natural Organic Matter)通常是由地表水或 深井水中的营养物的分解而形成。⑥有机沉积物是由细菌粘泥、真 菌、霉菌等生成的,这种污染物较难去除,尤其在给水通路被完全堵 塞的情况下。 3.3 清洗液的选择

①酸清洗液:2%(质量浓度)的柠檬酸溶液,或者 0.2% 盐酸溶 液,pH 值为 2,最高温度 45℃。②碱清洗液:0.1%NaOH,pH 值为 12,最高温度 30℃。

3.4 反渗透装置出现的问题 膜的污堵一般是溶解物质、有机物、胶体、微生物的污堵。溶解物 质污堵的速度比较慢,且反渗透前已投加阻垢剂,浓水回收率一般调 整到﹥75%结垢的可能性很小,每次用碱性清洗剂效果比较好,这 说明反渗透没有结垢。我脱盐水站氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂 交替使用微生物繁殖的速度不是很快,那么污堵的主要原因就是有 机物。为什么有机物会直接造成反渗透污堵呢?原因是预处理存在根 本问题:

①还原剂的大量投加,加重反渗透膜污堵。

②用液碱作为清 洗剂,导致反渗透膜出水电导增加。

③2010 年 10 月甲醇厂大检修 时,反渗透膜离线清洗。

④用盐酸作为清洗剂,对反渗透膜损坏较严 重,减少膜的使用寿命 4 多介质过滤器影响 我厂脱盐水站多介质过滤器出水装置采用球形孔板(孔径 16mm),上部铺设粒径为 32- 64mm 石英石为衬托层,衬托层上部 从大到小依次共铺设 7 层石英砂,最上一层粒径为 0.4- 1.0mm、厚 度为 200mm 的石英砂为过滤层。上部铺设 500mm 无烟煤,由于衬 托层在铺设中级配比不好,缝隙较大在运行中有漏砂现象,投加絮凝 剂后絮凝的物质不能被有效的截留,漏入超滤造成超滤膜污堵速度 加快。

5 超滤装置问题 由于多介质过滤器精度不够,絮凝后的水漏入超滤,造成超滤膜 污堵速度快,而且很难清洗,目前絮凝剂已停止投加,超滤膜污堵的 现象减少,但反渗透膜污堵速度加快,原因是超滤过滤精度一般为 0.1- 0.01μm,而有机物粒经为 10- 4- 10- 6 那么超滤只能截留大粒径 的有机物而粒径小的有机物则漏到反渗透造成反渗透膜污堵。

6 反渗透装置问题 反渗透装置的污染主要是超滤没有截留的一些物质所造成的, 还有一个主要原因就是还原剂的大量投加,我厂采用亚硫酸氢钠作 为还原剂,1ppm 的余氯需要 1.47ppm 的还原剂还原。因反渗透高 压泵出口慢开阀内漏,2# 反渗透膜被氧化后,氧化剂(次氯酸钠)一 直没有投加;超滤出水余氯为 0.01ppm,显然也不需要投加还原剂。 可是我厂 ORP 表计(氧化还原电位)自投运以来一直不稳定,漂移 现象严重,水中在没有余氯的情况下 ORP 值显示 400- 600mv 之 间,(工艺指标应控制在 200mv 左右)为了控制 ORP 值操作人员大 量投加还原剂,这样富余的还原剂就造成了反渗透膜污堵。还原剂又 是还原菌的营养源,造成还原菌大量繁殖,反渗透膜污堵加快。

7 处理措施

7.1 将多介质过滤器改造为精度较高的过滤器。

7.2 将现有的四台多介质过滤器石英砂更换掉,按级别要求重 新铺设石英砂。

7.3 在反渗透进水总管和保安过滤器出水管分别安装 3 台余氯 监测仪,可有效的控制还原剂的投加量,防止还原剂药量过多造成反 渗透膜污堵。

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