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反渗透系统的故障分析排除及清洗和维护


来源:  作者:  日期:2009-07-01 08:37:34

一、反渗透系统的故障分析

反渗透系统中最常见的问题是脱盐率的下降和产品水量的降低,如果二者或其中之一缓慢地降低,则可能是污垢或水垢产生的常见现象,可以通过适当的清洗来解决问题;而突然或快速的性能下降,则表明处理系统出了问题或操作失当。发生了问题,需要尽早解决,延误时机会导致反渗透膜无法恢复原有的性能。

及时发现问题的先决条件是保存相应的记录。当发现系统脱盐率和产水量下降时,首先应该校正仪表,以避免因仪表原因而误判。这些仪表包括电导率表、流量表、压力表、温度表等。其次,要对记录的运行数据进行“标准化”。因温度、进水TDS、回收率、使用年限和水通量等发生变化,都会引起脱盐率和产水量的变化。通过计算得到标准化的产水量和脱盐率,然后与初始的运行数据进行比较,确认系统有无故障。

 反渗透系统的故障现象主要有三类:透水量减少、盐透过率增大(脱盐率下降)以及压降增大,但造成这些故障的原因很多,应尽量从这些故障现象中找出问题的实质,从而尽快实施检修和维持等对策。

故障分析项目与对策见表4—3。

  

通过分析这些运行参数的变化及变化趋势,可以确定故障引起的原因,表4-4列出了从另一个角度看反渗透系统的故障原因及解决方法,供参考。

 

二、反渗透系统故障排除的主要措施

1.核实仪表操作

包括压力表、流量计、pH计、电导率计、温度计等,必要时重新校正。

2.重新检查操作数据

检验操作记录、通量及脱盐率的变化,考虑温度、压力、给水浓度、膜的年龄等对产量和脱盐率的影响。

3.评估可能的机械和化学问题

机械问题主要是O形圈的损坏、盐水密封的损坏、泵的损坏、管道和阀门的损坏、不精确的仪表等。化学问题一是酸添加的不适当,高剂量的酸会损坏膜或引起基于硫酸盐的结垢(若使用硫酸),低剂量会导致碳酸盐或基于金属氢氧化物的垢或污染;二是阻垢剂添加的不适当,高剂量可能导致污染,低剂量可能导致结垢。

4.分析进料水化学条件的变化

将现行的进料水分析和设计时的基准数据相比较,进料水化学条件的变化会产生增添预处理或更新原有预处理设备的需求。

5.鉴定污染物

一是分析进料液、盐水和产品液的无机成分,总有机碳(TOC)、浊度、pH值、TDS、总悬浮固体(TSS)、SDI和温度,其中SDI、TSS和浊度的测定能提供微粒物质污染的依据,TOC的测定可预示有机物的污染倾向;二是浸渍和分析进料液筒过滤器(优先采用的方法)或SDI过滤器滤垫。

6.选择合适的清洗方案

    在清洗方案的选择中,应考虑以下因素:膜的类型和清洗剂选择的相容性,清洗设备的需求,系统的结构材料,污染物的鉴定等。

三、反渗透膜的清洗

反渗透装置在长期运行中,膜表面会逐渐积累各种污染物,如胶体、微生物、无机物垢、金属氧化物等。这些物质沉积在膜表面上,会引起反渗透装置性能的下降。为了恢复膜的性能,需对膜进行化学清洗和消毒。

1.清洗的判断标准

反渗透系统运行过程中,必须密切注意系统的脱盐率、浓水量、透过水量以及膜组件给水侧进出口压差的变化,尽早发现问题,并根据原水分析报告预测可能发生的污染,调整预处理方法和变更操作条件。当出现下列情形之一时需对膜元件进行化学清洗:①标准化后盐的透过率增加10%~15%;②标准化后透过液流量降低10%~15%;③进水和浓水的压差△p较基准状况上升了15%(基准状况为反渗透设备最初24~48h的操作参数或上次清洗后的操作参数),各段压力差增加15%;④作为日常维护,一般在正常运行3~6个月后;⑤需长期停用,在用保护液进行保护前。

2.膜污染特征和清洗药剂

(1)膜污染特征

反渗透膜面上常见的污染物有金属氧化物、碳酸盐、硫酸盐、胶体、微生物、有机物等,不同的膜污染物表现出不同的特征,如表4—5所示。

(2)膜清洗剂

不同的膜生产厂商对上述污染物采用的清洗药剂不完全相同。具体的清洗方式或专用清洗剂参照膜厂商的技术手册。但一般来说,酸清洗除去无机沉淀物如金属氧化物、碳酸盐,pH值调至2~4;碱清洗除去有机物、微生物,一般pH值调至10~12。常用化学清洗试剂如下。

①酸  HCl、H2S04、H3P04、柠檬酸、草酸等。其中柠檬酸较常用,其缺点是与

Fe2+形成难溶化合物,需要用氨水调节pH=4,使Fe2+形成易溶的铁铵柠檬酸盐来解决。

②碱  有P03-4、C02-3和OH-等,对污染物有松弛、乳化和分散作用,与表面活性

剂一起对油、脂、污物和生物物质有去除作用;另外对Si02—也有一定的效果。

③螯合剂  最常用的为EDTA,与Ca2+、Mg2-、Ba2+、Fe2+等形成易溶的络合物,故对碱土金属的硫酸盐很有效,其他螯合剂有磷羧酸、葡萄糖酸等。

④表面活性剂  可降低膜的表面张力,起湿润、增溶、分散和去污作用,最常用的为非离子表面活性剂,如TritonX-100,但应注意目前复合膜与TritonX-100不相溶。

⑤酶  主要有蛋白酶等,有利于有机物的分解。

表4—6列举了一些常用的清洗剂配方。表4—7为建议使用的常见清洗剂。

表4—8列出了常见污染物对膜性能的影响及处理方法。

美国军队用反渗透化学药品见表4—9。

 

 

3.清洗装置

一般的清洗装置由清洗箱、清洗泵、5~l0μm保安过滤器、管道、阀门和控制仪表(压力表、流量表、温度计)等组成。特殊要求时,清洗箱可装上加热或冷却装置,清洗流程如图4—8所示。

(1)清洗箱

清洗箱应用耐腐蚀材料,如聚丙烯、玻璃钢等制作。清洗箱的容积根据一次清洗的压力容器的体积、清洗回路的管件和滤器等的容积来确定。

【例4-1】  反渗透装置有8个¢8”压力容器,每个压力容器内装6个40”长的膜元件,试计算清洗箱的体积。

解:每个压力容器的体积

8个压力容器的容积  V8=0.194×8=1.552m3。

假设使用DN80mm管径30m清洗管道,管道内储水的体积

总体积  V=V8+Vp=1.552+0.151=1.703m3

考虑到未预见因素,总体积乘以系数1.2,即总体积V总=1.703×1.2=2.04m3

(2)清洗泵

    清洗泵通常是316不锈钢离心泵或玻璃钢泵。清洗泵的扬程应考虑保安过滤器的压降、管道的阻力损失等,一般选用压力为0.3—0.5MPa。

    膜厂商对不同规格的膜组件的清洗流速有一规定的范围。如¢8”膜元件的清洗流量为6.8~9.1m3/h,压力容器并联4根,清洗泵流量为(6.8~9.1)×4=27.2~36.4m3/h。

(3)保安过滤器

该过滤器用以除去清洗下来的沉淀物。大小由清洗流量而定。

4.一般清洗步骤

    ①用反渗透产水配置清洗液,检查溶液的pH值,在清洗之前,要确定所有的药剂都溶解并搅拌均匀。

    ②溶液混合完毕后,以合适的流量和压力开始清洗,清洗液在最初的几分钟排入地沟,然后再循环。    ,

    ③清洗过程中要注意清洗液的升温情况,观察清洗液颜色的变化,如清洗液变色或变得较浑浊,则需重新配置清洗液。在酸清洗时要注意pH值,如pH值升高o.5个单位,则必须再加酸。

    ④停泵,使元件浸泡在溶液中1h左右。

    ⑤再循环,时间为30~40min。

    ⑥清洗完毕后,以反渗透产水或预处理出水冲洗出残余的清洗液。

⑦冲洗结束,按规定的运行方式运行,最初产水排放至少10min。

5.反渗透设备的清洗范例

参考下述的清洗条件、清洗顺序、清洗药剂量及药液浓度后进行实施。

(1)清洗条件

①酸洗

a.柠檬酸洗净  2%水溶液;pH值2~4(用氨水溶液调整pH值);低压,希望2kg/cm2以下;水温常温;时间1h/段,希望浸泡1夜。

b.草酸洗净  2%水溶液;pH值2~4(用氨水溶液调整pH值);低压,希望2kg/cm2

以下;水温常温;时间1h/段,希望浸泡1夜。

②洗涤剂洗净  JS-200洗涤剂洗净。5%水溶液(原液为100%);pH值7~10(用氨水溶液调整pH值);低压,希望2kg/cm2以下;水温常温,希望为30~40℃;时间,1h/段,希望浸泡1夜。

(2)清洗顺序

 ①第1日

 a.酸洗  酸洗液为柠檬酸2%水溶液,pH值2—4(用氨水溶液调整pH值);草酸0.2%水溶液,pH值2~4(用氨水溶液调整)。清洗顺序为循环60min,浸泡30—60min,再循环30~60min,最后水洗。    .

 b.洗涤剂洗净  JS-200洗涤剂洗净,5%水溶液,pH值7—10。清洗顺序为循环60min,浸泡30—60min,再循环30~60min,浸泡1夜。

 ②第2日  继续用JS-200洗涤剂清洗,循环水洗60min。

 注:可能的话希望能在清洗前进行事前浸泡。酸洗时也希望1夜浸泡。

(3)清洗液量计算(以8”膜元件18支为例)

每支膜元件酸洗液用量为40L,18支用量为720L。其中假定管道内液量80L;每支膜元件压力容器液量(包含膜元件内的水量)为12L,18支为220L;洗净水槽内液量为420L。

注:关于管道内液量要考虑实际设备的管线以及支管分布情况后实测计算。   

(4)药液使用量(以8”膜元件18支为例)

  ①柠檬酸用量=720×2%=14.4kg,25kg/袋,需1袋。

  草酸用量=720×0.2%=1.44kg,25kg/袋,需1袋。

  ②氨水溶液,用于酸洗净时调整pH值,25%水溶液,20kg/罐。

  ③了S-200''洗涤剂用量=720X5%=36L(将原液稀释20倍)。

  ④NaOH水溶液,用于洗涤剂洗净时调整pH值25%水溶液,20kg/罐。

  ⑤浸泡用药液量5—10L/支(4”),20—40L/支(8”)。

注:酸洗净所使用的氨液量可按0.1kg氨/lkg酸(以100%浓度换算)进行估算。

(5)冬季停机时的措施(包括防冻结措施)

  ①停机时将甘油10%水溶液及福尔马林1%水溶液进行置换后再停机。

  ②对于野外露天装置要将压力容器用薄膜油布盖住。

  ③药液使用量  假定水槽容积为500L、管道容积为80L、压力容器(含膜元件)容积为220L。

  甘油需要量=800X10%=80kg,如果每罐22kg,需要4罐。

  福尔马林800X1%/0.37=21.6kg。如水溶液浓度为37%,每罐20kg,需要1罐。

6.清洗效果

成功的清洗应能使膜组件进出口压差明显减小(接近初期水平或上次清洗后的水平),脱盐率、透水量均有所恢复。如果清洗后没有达到预期的效果,应及时与膜生产商和有关清洗公司联系,对膜元件进行取样分析,重新确定清洗方案。应该注意的是,反复进行没有效果的清洗是有害的。

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