摩尔反渗透膜的性能参数和清洗维护
一.常用反渗透膜的基本参数:
|
TW-50G |
TW-75G |
ESPA4-4021 |
ESPA1-4040 |
ESPA4-4040 |
ESPA1-8040 |
ESPA4-8040 | |
|
进水浓度(PPM) |
＜250 |
＜250 |
＜500 |
＜1500 |
＜500 |
＜1500 |
＜500 |
|
最大操作压力(MPa) |
0.86 |
0.86 |
4.16 |
4.16 |
4.16 |
4.16 |
4.16 |
|
工作压力(MPa) |
0.34 |
0.34 |
0.7 |
1.05 |
0.7 |
1.05 |
0.7 |
|
产水量(GPD) |
50 |
75 |
1000 |
2600 |
2500 |
12000 |
12000 |
|
一般去除率 |
98% |
98% |
99% |
99.2% |
99.2% |
99.3% |
99.2% |
|
进水PH |
2-11 |
2-11 |
3-10 |
3-10 |
3-10 |
3-10 |
3-10 |
|
回收率 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
|
生产厂商 |
陶式 |
陶式 |
海德能 |
海德能 |
海德能 |
海德能 |
海德能 |
二、RO膜清洗、消毒方法
1、反渗透膜清洗时间和污染特征的确定。
当反渗透系统(或装置)出现以下症状时，需要进行化学清洗或物理冲洗：
在正常给水压力下，产水量较正常值下降10～15％；
为维持正常的产水量，经温度校正后的给水压力增加10～15％；
产水水质降低10～15％，透盐率增加10～15％；
给水压力增加10～15％；
系统各段之间压差明显增加
定时监测系统整体性能是确认膜元件是否已发生污染的基本方法，污染对膜元件的影响是渐进的，并且影响的程度取决于污染的性质。下表(表1)“反渗透膜污染特征及处理方法”列出了常见的污染现象。
表1反渗透膜污染特征及处理方法
污染种类 |
可能发生之处 |
压降 |
给水压力 |
盐透过率 | |||
|
金属氧化物(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 | |||
|
胶体(有机和无机混合物) |
一段，最前端膜元件 |
逐渐增加 |
逐渐增加 |
轻度增加 | |||
|
矿物垢(Ca、Mg、Ba、Sr) |
末段，最末端膜元件 |
适度增加 |
轻度增加 |
一般增加 | |||
|
聚合硅沉积物 |
末段，最末端膜元件 |
一般增加 |
增加 |
一般增加 | |||
|
生物污染 |
任何位置，通常前端膜元件 |
明显增加 |
明显增加 |
一般增加 | |||
|
有机物污染(难溶NOM) |
所有段 |
逐渐增加 |
增加 |
降低 | |||
|
阻垢剂污染 |
二段最严重 |
一般增加 |
增加 |
一般增加 | |||
|
氧化损坏(Cl2、Ozone、KmnO4) |
一段最严重 |
一般增加 |
降低 |
增加 | |||
|
水解损坏(超出pH范围) |
所有段 |
一般降低 |
降低 |
增加 | |||
|
磨蚀损坏(碳粉) |
一段最严重 |
一般降低 |
降低 |
增加 | |||
|
O型圈渗漏(内连接管或适配器) |
无规则，通常在给水适配器处 |
一般降低 |
一般降低 |
增加 | |||
|
胶圈渗漏(产水背压造成) |
一段最严重 |
一般降低 |
一般降低 |
增加 |
|||
|
胶圈渗漏(清洗或冲洗时关闭产水阀造成) |
最末端元件 |
增加(污染初期和压差升高) |
增加 |
||||
2、污染情况分析
碳酸钙垢：
碳酸钙垢是一种矿物结垢。当阻垢剂/分散剂添加系统出现故障时，或是加酸pH调节系统出故障而引起给水pH增高时，碳酸钙垢有可能沉积出来。尽早地检测碳酸钙垢，对于防止膜层表面沉积的晶体损伤膜元件是极为必要的，早期检测出的碳酸钙垢可由降低给水的pH值至3～5，运行1～2小时的方法去除。对于沉积时间长的碳酸钙垢，可用低pH值的柠檬酸溶液清洗去除。
硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢：
硫酸盐垢是比碳酸钙垢硬很多的矿物质垢，且不易去除。硫酸盐垢可在阻垢剂/分散剂添加系统出现故障或加硫酸调节pH时沉积出来。尽早地检测硫酸盐垢对于防止膜层表面沉积的晶体损伤膜元件是极为必要的。硫酸钡和硫酸锶垢较难去除，因为它们几乎在所有的清洗溶液中难以溶解，所以，应加以特别的注意以防止此类结垢的生成。
磷酸钙垢：
磷酸钙垢在有高含磷量的市政废水和污染中是较为常见的。通常这种垢可用酸性清洗液去除。
金属氧化物/氢氧化物污染：
典型的金属氧化物和金属氢氧化物污染为铁、锌、锰、铜、铝等。这种垢的形成导因可能是装置管路、容器(罐/槽)的腐蚀产物，或是空气中氧化的金属离子、氯、臭氧、钾、高锰酸盐，或是由在预处理过滤系统中使用铁或铝助凝剂所致。
聚合硅垢：
硅凝胶层垢由溶解性硅的过饱和态及聚合物所致，且非常难以去除。需要注意的是，这种硅的污染不同于硅胶体物的污染。硅胶体物污染可能是由与金属氢氧化物缔合或是与有机物缔合而造成的。硅垢的去除很艰难，可采用传统的化学清洗方法。
胶体污染：
胶体是悬浮在水中的无机物或是有机与无机混合物的颗粒，它不会由于自身重力而沉淀。胶体物通常含有以下一个或多个主要组份，如：铁、铝、硅、硫或有机物。
非溶性的天然有机物污染(NOM)
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导致的。有机污染的化学机理很复杂，主要的有机组份或是腐植酸，或是灰黄霉酸。非溶性NOM被吸附到膜表面可造成RO膜元件的快速污染，一旦吸收作用产生，渐渐地结成凝胶或块状的污染过程就会开始。
微生物沉积：
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，尤其是在给水通路被完全堵塞的情况下。给水通路堵塞会使清洁的进水难以充分均匀的进入膜元件内。为抑制这种沉积物的进一步生长，重要的是不仅要清洁和维护RO系统，同时还要清洁预处理、管道及端头等。
3、清洗液的选择
1、化学清洗药剂的选择和使用准则
a) 选用的专用化学药剂，首先要确保其已由化学供应商认定并符合用于海德能公司膜元件的要求。药剂供应商的指导/建议不应与海德能公司此技术服务公告中推荐的清洗参数和限定的化学药剂种类相冲突；
b) 采用组合式方法完成清洗工作，包括适宜的清洗pH、温度及接触时间等参数，这将会有利于增强清洗效果；
c) 在推荐的最佳温度下进行清洗，以求达到最好的清洗效率和延长膜元件寿命的效果；
d) 谨慎地由低至高调节pH值范围，可延长膜元件的使用寿命。保守的pH范围是4～10，强烈的pH范围为2～12；
e) 典型地、最有效的清洗方法是从低pH至高pH溶液进行清洗。对油污染膜元件的清洗不能从低pH值开始，因为油在低pH时会固化；
f) 清洗和冲洗流向应保持相同的方向；
g) 当清洗多段反渗透装置时，最有效的清洗方法分段清洗，这样可控制最佳清洗流速和清洗液浓度，避免前段的污染物进入下游膜元件；
h) 用较高pH产品水冲洗洗涤剂可减少泡沫的产生；
i) 如果系统已发生生物污染，就要考虑在清洗之后，加入一个杀菌剂化学清洗步骤。杀菌剂必须可在清洗后立即进行，也可在运行期间定期进行(如一星期一次)连续加入一定的剂量。必须确认所使用的杀菌剂与膜元件相容，不会带来任何对人的健康有害的风险，并能有效地控制生物活性，且成本低；
j) 为保证安全，溶解化学药品时，切记要慢慢地将化学药剂加入充足的水中并同时进行搅拌；
k) 为保证安全，在接触化学药品操作时，必要时戴上安全眼镜，穿好防护服装；
l) 从安全方面考虑，不能将酸与苛性(腐蚀性)物质混合。在要使用下一种溶液之前，从RO系统中彻底冲洗干净滞留的前一种化学清洗溶液。
2、清洗液的选择
表2列出了在清洗不同的膜污染物时美国海德能公司所推荐的化学溶液，表3列出了海德能公司RO膜清洗液配方。表2中的数字代表表3中的清洗液配方，表3—海德能公司清洗液配方提供的清洗溶液是将一定重量(或体积)的化学药品加入到100加仑(379升)的洁净水中(RO产品水或不含游离氯的水)。溶液是按所用化学药品和水量的比例配制的。溶剂是RO产品水或去离子水，无游离氯和硬度。清洗液进入膜元件之前，要求彻底混合均匀，并按照目标值调pH值且按目标温度值稳定温度。常规的清洗方法基于化学清洗溶液循环清洗一小时和一种任选的化学药剂浸泡一小时的操作而设定的。
表4—海德能公司膜元件清洗最大pH和温度极限——表明了对特定膜元件的最大pH和温度极限值，超出这一限制会造成不可恢复的膜元件损坏。建议的最小温度极限是21℃，但在较高温度下清洗效力和清洗药剂的溶解性会有明显改善。
表2美国海德能公司推荐的化学清洗溶液
污染物 |
弱洗时 |
强洗时 |
|
碳酸钙垢 |
1 |
4 |
|
硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢 |
2 |
4 |
|
金属氧化物/氢氧化物(Fe、Mn、Cu、Ni、Al) |
1 |
5 |
|
无机胶体 |
1 |
4 |
|
无机/有机胶体混合物 |
2 |
6 |
|
聚合硅沉积物 |
- |
7 |
|
微生物类 |
2 |
3或6 |
|
天然有机物(NOM) |
2 |
3或6 |
表3海德能公司清洗液配方(以100加仑，即379升为基准)
清洗液 |
主要组份 |
药剂量 |
清洗液pH值 |
最高清洗液温度 |
|
1 |
柠檬酸(100％粉末) |
17.0磅(7.7公斤) |
用氨水调节pH至4.0 |
40℃ |
|
2 |
三聚磷酸钠(STPP)(100％粉末) |
17.0磅(7.7公斤) |
用硫酸或盐酸调节pH至10.0 |
40℃ |
|
3 |
三聚磷酸钠(STPP)(100％粉末) |
17.0磅(7.7公斤) |
用硫酸或盐酸调节pH至10.0 |
40℃ |
|
4 |
盐酸(HCl)(密度22波美度或浓度36％) |
0.47加仑(1.8升) |
缓慢加入盐酸调节pH至2.5， |
40℃ |
|
5 |
亚硫酸氢钠(100％粉末) |
8.5磅(3.86公斤) |
缓慢加入亚硫酸氢钠调节pH |
40℃ |
|
6 |
氢氧化钠(100％粉末) |
0.83磅(0.38公斤) |
缓慢加入氢氧化钠调节pH |
40℃ |
|
7 |
氢氧化钠(100％粉末) |
0.83磅(0.38公斤) |
缓慢加入氢氧化钠调节pH |
40℃ |
表4海德能公司清洗液pH值和温度极限(见表3目标pH和温度值)
膜元件 |
45℃ |
35℃ |
30℃ |
|
CPA |
2～10 |
2～11.5 |
2～12 |
|
ESPA |
2～10 |
2～11.5 |
2～12 |
|
LFC |
2～10 |
2～11.5 |
2～12 |
|
SWC |
2～10 |
2～11 |
2～12 |
|
ESNA |
3～10 |
2～11.5 |
2～12 |
3、清洗液介绍
[溶液1]
2.0％(W)柠檬酸(C6H8O7)的低pH(pH值为4)清洗液。以于去除无机盐垢(如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢等)、金属氧化物/氢氧化物(铁、锰、铜、镍、铝等)及无机胶体十分有效。
[溶液2]
2.0 (W)％STPP(三聚磷酸钠Na5P3O10)和0.8％(W)的Na-EDTA混合的高pH(pH值为10)洗液。塔专用于去除硫酸钙垢和轻微至中等程度的天然有机污染物。STPP具有无机螯合剂和洗涤剂的功用。Na-EDTA是一个具有螯合性的有机螯合清洗剂，可有效去除二价和三价阳离子和金属离子。STPP和Na-EDTA均为粉末状。
[溶液3]
2.0(W)％STPP(三聚磷酸钠Na5P3O10)和0.25％(W)的Na-DDBS[C6H5(CH2)12-SO3Na，十二烷基苯磺酸钠]混合的pH值为10的高pH洗液。该洗液用于去除较重度的天然有机物(NOM)污染。STPP具有无机螯合剂和洗涤剂的功用，Na-DDBS则作为阴离子洗涤剂。
[溶液4]
0.5％(W)盐酸低pH清洗液(pH为2.5)，主要用于去除无机物垢(如碳酸钙垢、硫酸垢、硫酸钡、硫酸锶垢等)，金属氧化物/氢氧化物(铁、锰、铜、镍、铝等)，及无机胶体。这种清洗液比溶液1要强烈些，因为盐酸(HCl)是强酸。盐酸的下述浓度值是有效的：(18°波美＝27.9％，20°波美＝31.4％，22°波美＝36.0％)。
[溶液5]
1.0％(W)亚硫酸氢钠(Na2S2O4)高pH清洗液(pH为11.5)。它用于去除金属氧化物和氢氧化物，且可一定程度的扩展至去除硫酸钙、硫酸钡和硫酸锶垢。亚硫酸氢钠是强还原剂，也被称为连二亚硫酸氢钠。亚硫酸氢钠为粉末状。
[溶液6]
0.1％氢氧化钠和0.03％(W)SDS(十二烷基磺酸钠)高pH混合液(pH为11.5)。它用于去除天然有机污染物、无机/有机胶体混合污染物和微生物(菌素、藻类、霉菌、真菌)污染。SDS是会产生一些泡沫的阴离子表面活性剂型的洗涤剂。
[溶液7]
0.1％(W)氢氧化钠高pH清洗液(pH为11.5)。用于去除聚合硅垢。这一洗液是一种较为强烈的碱性清洗液。
4、RO膜元件的清洗和冲洗程序
RO膜元件可置于压力容器中，在高流速的情况下，用循环的清洁水(RO产品水或不含游离氯的清洁水)流过膜元件的方式进行清洗。RO的清洗程序完全取决于具体情况，必要时更换用于循环的清洁水。清洗一般所需的时间为4～8小时。
RO膜元件的常规清洗程序如下：
1. 在60psi(4bar)或更低压力条件下进行低压冲洗，即从清洗罐中(或相当的水源)向压力容器中泵入清洁水然后排放掉，运行几分钟。冲洗水必须是洁净的、去除硬度、不含过渡金属和余氯的RO产品水或去离子水。
2. 在清洗罐中配制特定的清洗溶液。配制用水必须是去除硬度、不含过渡金属和余氯的RO产品水或去离子水。温度和pH应调到所要求的值。
3. 启动清洗泵将清洗液泵入膜组件内，循环清洗约一小时或是要求的时间。在起始阶段，清洗液返回至RO清洗罐之前，将最初的回流液排放掉，以免系统内滞留的水对清洗溶液造成稀释。在最初的5分钟内，慢慢地将流速调节到最大设计流速的1/3。这可以减少由污物的大量沉积而造成的潜在污堵。在第二个5分钟内，增加流速至最大设计流速的2/3，然后，再增加流速至设计的最大流速值。如果需要，当pH的变化大于0.5，就要重新调回到原数值。对于4英寸压力容器流速为9～10加仑/分钟(34－38升/分钟).
4. 根据需要，可交替采用循环清洗和浸泡程序。浸泡时间可根据制造商的建议选择1至8小时。要谨慎地保持合适的温度和pH。
5. 化学清洗结束之后，要用清洁水(去除硬度、不含金属离子如铁和氯的RO产品水或去离子水)进行低压冲洗，从清洗装置/部件中去除化学药剂的残留部分，排放并冲洗清洗罐，然后再用清洁水完全注满清洗罐以作冲洗用。从清洗罐中泵入所有的冲洗水冲洗压力容器至排放。如果需要，可进行第二次清洗。
6. 一旦RO系统已用储水罐中的清洁水完全冲洗后，就可用预处理给水进行最终的低压冲洗。给水压力应低于60psi(4bar),最终冲洗持续进行直至冲洗水干净，且不含任何泡沫和清洗剂残余物。通常这需要15～60分钟。操作人员可用干净的烧瓶取样，摇匀，监测排放口处冲洗水中洗涤剂和泡沫的残留情况。洗液的去除情况可用测试电导的方法进行，如冲洗水至排放出水的电导再给水电导的10～20％以内，可认为冲洗已接近终点；pH表也可用于测定，来比较冲洗水至排放出水与给水的pH值是否接近。
7. 一旦所有级段已清洗干净，且化学药剂也已冲洗掉，RO可重新开始置于运行程序中，但初始的产品水要进行排放并监测，直至RO产水可满足工艺要求(电导、pH值等)。为得到稳定的RO产水水质，这一段恢复时间有时需要从几小时到几天，尤其是在经过高pH清洗后。
处理中......