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1、概述
在反滲透系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,反滲透膜表面會(huì)由于原水中泥澤、膠狀物、有機(jī)物、微生物等污染物質(zhì)的存在及膜分離過(guò)程中對(duì)難溶物質(zhì)的濃縮而產(chǎn)生的沉積,進(jìn)而形成對(duì)反滲透膜的污染。我們都知道,反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理裝置是為盡可能多地去除引起膜污染的物質(zhì)而專門設(shè)計(jì)的,盡管如此,即便系統(tǒng)有著相當(dāng)完善的預(yù)處理設(shè)備也不能完全避免膜在使用過(guò)程中的污染,所以需要在設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行周期性的去除膜系統(tǒng)中污染物的作業(yè),這個(gè)操作過(guò)程就叫做反滲透系統(tǒng)的就地清洗(CIP,Cleaning In Place)。
反滲透膜被污染后,就會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量減少、鹽的透過(guò)率增加等膜性能方面的衰退。但由于反滲透設(shè)備在使用過(guò)程中,影響膜性能的其它主要因素(壓力、溫度等)的變化,膜污染的現(xiàn)象有可能被其它因素掩蓋,因此應(yīng)予以注意。
目前,市面上大部分芳香聚酰胺反滲透復(fù)合膜,在較寬的pH值范圍內(nèi)具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和一定的耐溫性,所以用戶可以對(duì)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行**有效的清洗。多年的工程實(shí)踐表明,若不及時(shí)對(duì)已產(chǎn)生一定程度污染的反滲透系統(tǒng)進(jìn)行清洗處理,想較為徹底地去除已長(zhǎng)時(shí)間附著膜表面的污染物是**困難的。
一般在考慮膜系統(tǒng)清洗方案時(shí),應(yīng)注意如下幾點(diǎn):
■ 應(yīng)把清洗排放廢液對(duì)環(huán)境的影響(EDTA,殺菌劑等)降低到*低限度。
■ 應(yīng)盡可能使本次清洗過(guò)程去除污染物*大化。
■ 應(yīng)在清洗時(shí)對(duì)膜的損傷*小化(應(yīng)首先考慮選擇對(duì)膜性能 影響小的藥劑)。
■ 在實(shí)際清洗操作時(shí),在**清洗效果的前提條件下,盡可能使清洗費(fèi)用*低化
2、反滲透膜發(fā)生污染的原因
■ 不恰當(dāng)?shù)念A(yù)處理
8226;系統(tǒng)配備預(yù)處理裝置相對(duì)于原水水質(zhì)及流量不合適,或在系統(tǒng)內(nèi)未配備必要的工藝裝置和工藝環(huán)節(jié)。
8226;預(yù)處理裝置運(yùn)行不正常,即系統(tǒng)原有的預(yù)處理設(shè)備對(duì)原水SDI成分、濁度、膠狀物等的去除能力較低,預(yù)處理效果不理想。
■ 系統(tǒng)選擇了不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備或設(shè)備材質(zhì)選擇不正確(泵、配管及其它)。
■ 系統(tǒng)化學(xué)藥品注入裝置發(fā)生故障(酸、絮凝/助凝劑、阻垢/分散劑,還原劑及其它)。
■ 設(shè)備間斷運(yùn)行或系統(tǒng)停止使用后未采取適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)措施。
■ 運(yùn)行管理人員不合理的設(shè)備操作與運(yùn)用(回收率、產(chǎn)水量、濃縮水量、壓差、清洗及其它)。
■ 膜系統(tǒng)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間的難溶沉淀物堆積。
■ 原水組份變化較大或水源特性發(fā)生了根本的改變。
■ 反滲透膜系統(tǒng)已發(fā)生了相當(dāng)程度的微生物污染。
3、膜污染物質(zhì)分析
■ 首先應(yīng)認(rèn)真分析在此之前所記錄的、能反映設(shè)備運(yùn)行狀況的近期設(shè)備運(yùn)行記錄資料。
■ 分析原水水質(zhì)。
■ 確認(rèn)之前已做的清洗結(jié)果。
■ 分析系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)在測(cè)定SDI值測(cè)試時(shí)留在濾膜上的異物質(zhì)。
■ 分析反滲透系統(tǒng)配置的保安過(guò)濾器濾芯上的堆積物。
■ 檢查原水流入系統(tǒng)的配管內(nèi)部和反滲透膜的進(jìn)水端的異物質(zhì)。
※各種污染物質(zhì)結(jié)垢時(shí)的表現(xiàn)
(1)碳酸鹽垢
結(jié)垢后表現(xiàn):標(biāo)準(zhǔn)滲透水流量下降,或是脫鹽率下降。
原因:膜表面濃差極化增加
(2)鐵/錳
污染后表現(xiàn):標(biāo)準(zhǔn)壓差升高(主要發(fā)生在裝置前端的膜元件),也可能引起透水量下降。通常錳和鐵會(huì)同時(shí)存在。
(3)硫酸鹽垢
若發(fā)生沉積,首先影響鹽濃度*高的系統(tǒng)*后面的膜元件,表現(xiàn)為二段壓差明顯升高。需要用專用清洗劑。
(4)硅
顆粒硅:污堵膜元件水流通道,導(dǎo)致系統(tǒng)壓差升高。采用0.4%二氯胺對(duì)于溶解嚴(yán)重污染的硅垢是有效的。
膠硅:與顆粒硅相似。
溶解硅:形成硅酸鹽析出,應(yīng)采用二氯胺清洗。
(5)懸浮物/有機(jī)物
污堵表現(xiàn):透水量下降,一段壓差明顯升高。若給水SDI大于4或濁度大于1,有機(jī)物污染的可能性較大。
(6)微生物
污堵表現(xiàn):標(biāo)準(zhǔn)壓差升高或標(biāo)準(zhǔn)透水量下降??刹捎梅茄趸詺⒕鷦┘訅A進(jìn)行清洗。
(7)鐵細(xì)菌
污堵表現(xiàn):標(biāo)準(zhǔn)壓差升高??刹捎肊DTA鈉鹽加堿進(jìn)行清洗。
4、反滲透系統(tǒng)清洗時(shí)機(jī)的判斷與選擇
當(dāng)有下述情況發(fā)生之—時(shí)應(yīng)對(duì)反滲透膜系統(tǒng)予以清洗
■ 標(biāo)準(zhǔn)化后的設(shè)備產(chǎn)水量減少了10~15%;
■ 標(biāo)準(zhǔn)化后的膜系統(tǒng)運(yùn)行壓力增加了15% ;
■ 標(biāo)準(zhǔn)化后的膜系統(tǒng)鹽透過(guò)率較初始正常值增加了10~15%;
■ 運(yùn)行壓差較初始作業(yè)時(shí)增加了15%
(建議以設(shè)備*初運(yùn)行25~48小時(shí)所得到的運(yùn)行記錄為標(biāo)準(zhǔn)化后對(duì)比依據(jù))
反滲透設(shè)備的性能參數(shù)與壓力、溫度、pH值、系統(tǒng)水回收率及原水含鹽濃度等諸多因素的變化有關(guān)。因此,依據(jù)初始試機(jī)時(shí)而得到的正常技術(shù)參數(shù)(產(chǎn)品水流量、壓力、壓差及系統(tǒng)脫鹽率)作為依據(jù)及與標(biāo)準(zhǔn)化后現(xiàn)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)比較是**重要的。此外,清洗時(shí)間的選擇也因使用反滲透設(shè)備地區(qū)的原水水質(zhì)條件及環(huán)境特性的差異而有所不同,因此,有必要根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的條件施以適當(dāng)?shù)墓芾泶胧?。但是無(wú)論如何,對(duì)于任何一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良和管理完善的反滲透系統(tǒng)來(lái)說(shuō),化學(xué)清洗的*短周期均應(yīng)**在累計(jì)連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月以上,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間一般達(dá)到6-12個(gè)月左右*好,否則就必須考慮對(duì)原有系統(tǒng)的預(yù)處理設(shè)備或其運(yùn)行管理有所改善。
5、清洗箱容積的確定及清洗液的用量計(jì)算
清洗箱的容積和清洗液的用量可以通過(guò)以下幾種方式計(jì)算而獲得:
1)運(yùn)用壓力容器的空體積和管道的空體積進(jìn)行估算:
壓力容器的空體積為:
V1 = NπR2L
其中: N = 每次清洗時(shí)的壓力容器數(shù)目
R = 壓力容器的半徑
L = 壓力容器的有效長(zhǎng)度
管道空容積體積為:
V2=L1πd2/4
其中: L1 = 為清洗管道總長(zhǎng)度
d = 為清洗管道直徑
清洗箱總?cè)莘e(即清洗液配制量):
V= 1.2(V1+ V2)
2)根據(jù)膜元件的型號(hào)規(guī)格和污染程度來(lái)計(jì)算清洗箱的容積和清洗液的配制量:
對(duì)于正常污染情況:一般按每根4英寸的膜元件配制8.5升的清洗液;每根8英寸的膜元件按34升來(lái)配制清洗液的方法來(lái)計(jì)算反滲透清洗箱的容積。
對(duì)于污染較為嚴(yán)重的情況:每根4英寸膜元件配制16升清洗液;每根8英寸膜元件按55升配制清洗液并由此而得到清洗箱的容積和清洗液的配制量。
6、膜清洗過(guò)程
1)首先用反滲透產(chǎn)品水(*好采用反滲透產(chǎn)品水,也可以用符合反滲透進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)的軟化水或過(guò)濾水)沖洗反滲透膜組件和系統(tǒng)管道,
2)用反滲透產(chǎn)品水至少應(yīng)該是合格的軟化水配制清洗液,并且**混合均勻;在清洗前應(yīng)反復(fù)確認(rèn)清洗液pH值和溫度是否適宜。
3)首先用正常清洗流量的1/2及40~60PSI的運(yùn)行壓力向反滲透設(shè)備打入清洗液,并去除膜容器內(nèi)部存留的水。并把剛開(kāi)始循環(huán)回來(lái)的部分清洗液排掉,防止清洗液被稀釋。
在正常清洗時(shí),清洗系統(tǒng)壓力控制準(zhǔn)則是采用幾乎使系統(tǒng)不能產(chǎn)出*水時(shí)的壓力為*好(即清洗系統(tǒng)供給壓力與原水和濃縮水間的壓差大小相等)。因?yàn)楹线m的清洗運(yùn)行壓力可使反滲透膜面上重新堆積異物質(zhì)的可能性降到*低的程度。
4)清洗時(shí),先將以前在壓力容器內(nèi)部存留的水排凈.然后再把清洗過(guò)程產(chǎn)生濃縮水和產(chǎn)出水向清洗槽循環(huán),并注意保持清洗液溫度穩(wěn)定。在開(kāi)始進(jìn)行循環(huán)清洗前,要首先確認(rèn)清洗液溫度和pH值是否已符合標(biāo)準(zhǔn)。并對(duì)其回流清洗液的濁度等直觀情況進(jìn)行確認(rèn):如果回流清洗液已明顯變色或變濁則應(yīng)重新準(zhǔn)備清洗液;若回流清洗液pH變化值超過(guò)0.5時(shí),*好重新調(diào)整PH值或更換清洗液。
5)在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗時(shí),一般操作方法是:首先對(duì)需要清洗的壓力容器采用低流量(1/2標(biāo)準(zhǔn)清洗流量)循環(huán)清洗5~15分鐘,然后再采用中流量(2/3標(biāo)準(zhǔn)清洗流量)循環(huán)清洗10~15分鐘。
6)然后停泵并關(guān)掉閥門,使膜元件浸泡在清洗液中,浸泡時(shí)間大致為1個(gè)小時(shí)。如膜污染情況較為嚴(yán)重或是清洗較難去除的污染物,該過(guò)程的浸泡時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)。為**長(zhǎng)時(shí)間浸泡時(shí)的清洗液溫度,也可采用反復(fù)進(jìn)行循環(huán)與浸泡相結(jié)合的方式。一般說(shuō)來(lái)清洗液的溫度至少應(yīng)保持在20℃以上和40℃以下,適宜的清洗液溫度可增強(qiáng)清洗效果;請(qǐng)注意:溫度過(guò)低的清洗液可能在清洗過(guò)程中發(fā)生藥品沉淀。當(dāng)清洗液溫度過(guò)低時(shí),清洗應(yīng)安排在將清洗液溫度升高到較為合適的溫度后在進(jìn)行。
清洗時(shí)各反滲透壓力容器的流量控制
壓力容器直徑
(英寸) 每個(gè)反滲透壓力容器通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)清洗流量
GPM m3/hr
2.5 ~5 ~1.1
4 ~10 ~2.3
8 ~40 ~9
7)在正常清洗時(shí),在結(jié)束清洗液的浸泡之后,以標(biāo)準(zhǔn)清洗流量再次循環(huán)清洗20~60分鐘一般即可以結(jié)束清洗。然后再用同樣容積的反滲透產(chǎn)品水對(duì)反滲透膜組件進(jìn)行沖洗,并將沖洗水排入下水道中。在確認(rèn)沖洗干凈后,即可重新運(yùn)行反滲透設(shè)備。我們建議至少應(yīng)排放掉在化學(xué)清洗后重新運(yùn)行系統(tǒng)后15分鐘內(nèi)所生產(chǎn)出的產(chǎn)品水.并在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)產(chǎn)品水水質(zhì)進(jìn)行認(rèn)真的化學(xué)分析結(jié)果確認(rèn)后,再將系統(tǒng)運(yùn)行所得到的系統(tǒng)產(chǎn)出水打入產(chǎn)品水水箱。另外,在采用多種藥品進(jìn)行清洗時(shí),為防止化學(xué)藥品之間的化學(xué)反應(yīng),在每次進(jìn)行清洗前產(chǎn)品水側(cè)排出的水*好也應(yīng)排凈。
※ 若是多級(jí)設(shè)備,建議分級(jí)進(jìn)行清洗,以避免流量無(wú)法控制的局面——即**級(jí)流量太少或*末級(jí)流量過(guò)多,這樣做,也可以防止在**級(jí)被洗掉的污染沉淀物又重新流入下一級(jí),形成二次污染。
8)若欲防止微生物的再次污染,在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清洗之后,可用膜廠商允許使用的殺菌溶液對(duì)膜系統(tǒng)進(jìn)行**清洗,其操作方式同前。請(qǐng)注意:對(duì)**清洗后的沖洗務(wù)必要徹底,以避免將**液帶入產(chǎn)品水中。