反渗透膜使用中的运行维护

摘要：结合反渗透运行中出现的问题，提出了运行中的注意事项和改进措施，从而提高反渗透的产水量和使用寿命。

关键词：反渗透膜；运行；维护

一、反渗透膜介绍

反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜 而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。系统具有水质好、耗能低、工艺简单、操作简便等优点。

反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的透过速度相对较快。因此一种满意的反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。

1、反渗透膜应具有以下特征：

（1）在高流速下应具有脱盐率；

（2）具有较高机械强度和使用寿命；

（3）能在较低操作压力下发挥功能；

（4）能耐受化学或生化作用的影响；

（5）受pH值、温度等因素影响较小；

（6）制膜原料来源容易，加工简便，成本低廉。

反渗透膜的结构，有非对称膜和均相膜两类。当前使用的膜材料主要为醋酸纤维素和芳香聚酰胺类。其组件有中空纤维式、卷式、板框式和管式。可用于分离、浓缩、纯化等化工单元操作，主要用于纯水制备和水处理行业中。

2、反渗透原理

反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。　

反渗透时，溶剂的渗透速率即液流能量N为：　

N=Kh（Δp－Δπ) 　

式中Kh为水力渗透系数，它随温度升高稍有变大；

Δp为膜两侧的静压差；

Δπ为膜两侧溶液的渗透压差。

稀溶液的渗透压π为：　

π=iCRT　

式中i为溶质分子电离生成的离子数；

C为溶质的摩尔浓度；

R为摩尔气体常数；

T为温度。　

反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备，主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。　

反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水（见卤水）淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，其应用范围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。

3、反渗透膜过滤精度

反渗透膜能截留大于0.00001微米的物质，是很精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。

二、概述

反渗透膜因其脱盐率高、无需频繁再生、无酸碱废液排放、运行操作简单而在电厂广泛采用。我公司2*300MW机组水处理超滤、反渗透装置于2005年11月份投入运行。水处理工艺流程为：深井水→机械搅拌加速澄清器→变缝隙滤池→叠片式过滤器→超滤→保安过滤器→反渗透→阳床→除碳器→阴床→混床。

三、运行中如何对反渗透系统进行维护

反渗透膜的使用寿命与其运行维护有着直接的关系，不恰当的运行方式会造成一二段压差增高、产水量下降、脱盐率下降，而频繁的清洗会降低膜的使用寿命。根据经验，运行中应着重关注以下几方面：

1、加强予处理，提高进水品质。

预处理系统运行的好坏是反渗透系统能否稳定运行的关键因素之一。

2×300MW机组原水予处理采用石灰澄清处理，为有效降低水中胶体和微生物，加入一定剂量的混凝剂聚合铁和助凝剂聚丙烯酰胺。石灰、聚合铁、聚丙烯酰胺的加药量决定了澄清器的出水品质，因而对反渗透的运行起着及其重要的作用。运行中应严格控制澄清器出水各项指标,通过调整试验确定石灰、混凝剂、助凝剂的加药量，一方面力求降低出水硬度、碱度、悬浮物、胶体、微生物，另一方面又要避免出水中残留药剂量过大影响后期制水。

2、合理进行系统杀菌，防止微生物滋生。

使用水源为地下水，通过抽水泵进入蓄水池，然后通过升压泵进入电厂。原设计运行中加少量氧化剂。但运行中发现随季节性及黄河水位的变化，原水中有机物含量较高，超滤及反渗透运行压差很快超过要求需进行清洗。为此运行中采取的杀菌措施如下：超滤每次反洗时自动加入次氯酸钠；超滤运行时连续加入次氯酸钠，然后加入还原剂亚硫酸氢钠控制氧化还原电位不超过300mV；每月一次用进口非氧化性杀菌剂对系统进行杀菌，夏季高温时改为每月两次。通过这些措施，可以有效的防止微生物污染。

3、合理加入阻垢剂。

尽管原水通过石灰处理和变缝隙滤池后可以除去水中部分的碱度和硬度，残余的碱度和硬度仍威胁着反渗透膜的稳定运行。为防止膜表面结垢，在水中加入一定剂量的阻垢剂,通过螯合作用、分散作用、晶格歪曲作用等来有效地水质结垢。为避免运行中由于阻垢剂泵不出药导致阻垢剂药量不足发生结垢的现象，采取在阻垢剂泵进口加装测量杯的方法，每天一次通过测量杯测试泵的出药情况。

4、严格控制加酸量。

不同的反渗透膜以及不同的厂家对进水PH有不同的要求，反渗透膜能承受的PH一般在2.0 -9.0。厂家的规定主要是从对膜本身的损害制定的，在实际应用中还应充分考虑到其它因素，PH较高的水碱度比较大，易于结垢，PH较低的酸性水易于微生物滋生，并且会直接影响到产品水电导率。运行中也发生过膜的结垢和微生物污堵。

通过实际运行经验，我们将进水PH规定在6.5-8.0的范围内，膜运行状况比较稳定，出水电导率在20цs/cm以下。

5、加强监视，定期进行设备维护。

运行中应严密监视反渗透及前期设备各运行参数如超滤进出水压力、进出水浊度、保安过滤器进出水压力、反渗透各级压力、进水SDI、进水PH等，以便及时发现问题和采取措施。此外，对叠片式过滤器采取每月一次打开检查，防止滤片反洗后不能及时回位；对超滤出现的断丝现象及时进行检查和封堵；保安过滤器滤芯用于截留水中大于5微米的物质，是保证反渗透膜不受污染的一道关口，为保证反渗透装置正常运行，运行中采取每三个月进行强制性更换，避免由于维护不及时，保安过滤器出现穿透，造成反渗透膜的污堵，也可借机检查滤芯、支架有无断裂。同时还应注意把好滤芯质量关，防止不合格的滤芯截污能力差，长期运行形不成压差。通过这些定期工作，可以有效的延长反渗透运行周期。

四、反渗透膜的污染

反渗透膜常见的故障是膜的污染，污染种类有：

1、垢类。

天然水中的低溶解度盐类如碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、二氧化硅等，在反渗透过程中浓缩时，可能超过其溶度积而在膜表面析出沉淀。

2、有机物污染。

原水中的微生物在膜表面滋生时，膜所除去的盐类将不容易被水冲走。生物污染还会使醋酸纤维素膜发生生物降解，使膜的醋酸化度减少，脱盐率大大下降。

3、金属氧化物沉积。

常见的是氢氧化铁，其次是氢氧化铝、氧化锰沉淀。金属氧化物的来源有水源中的铁铝腐蚀产物、预处理凝聚剂中的亚铁或铝离子、反渗透系统部件铁的腐蚀产物等。

4、悬浮物。

由于有大颗粒悬浮物没有被过滤掉，使反渗透进水通道堵塞和膜表面上形成非晶体沉淀。

5、胶体。

膜表面发生胶体沉淀，通常是由于反渗透进水中含有表面带负电荷的胶体颗粒引起的，这个趋向可用污染指数来进行评价。

五、反渗透膜污染时的处理方法

由于水质突然波动、运行条件控制不当、运行周期长等，难免会造成膜的污染，使一二段压差变大，产水能力下降。

发生污堵时应首先打开压力容器端扳，通过目测或化学实验分析判断污染物种类和污染原因，从而采取相应的清洗方法。如果是金属氧化物或碳酸钙，就需要用酸洗，酸洗一般用盐酸或柠檬酸；盐酸清洗碳酸垢效果较好，柠檬酸清洗铁的氧化物较好。如果是有机物或微生物污染，就需要用碱洗，碱洗一般用氢氧化钠或EDTA钠盐，为增强清洗效果，可以添加少量的表面活性剂如月桂酸钠等。清洗时应调整好清洗液的浓度、温度、PH值，并根据具体污堵情况决定采取静态浸泡、动态清洗、分段清洗、循环清洗等方式。

为保证清洗效果，应注意如下几点：控制清洗液的温度不超过40摄氏度；保证药品质量合格；严格控制药液浓度；根据污堵情况决定浸泡时间。

六、结论

通过以上分析，结合工作实际经验，大致介绍了反渗透膜运行维护中的要点以及膜污堵时的处理方法。通过合理调整运行方式、严格控制加药量、定期进行系统维护，就可以有效地减少膜的污堵、保证正常的产水量、延长膜的使用寿命。