反渗透膜的化学清洗

沈琳琳

(河北西柏坡发电有限责任公司,石家庄 050400)

目前,反渗透膜法水处理工艺被公认为是最有效的脱盐技术之一。反渗透设备在火力发电厂水处理中,以其设备操作简单,可靠性强,不产生二次污染等特点在原水净化脱盐中得到了广泛的应用[1]。然而,在运行中,反渗透膜不可避免的受到一些微量的无机物垢、胶体、微生物、金属氧化物等的污染或阻塞。这些物质沉积在膜表面上,将会越积越多,从而引起反渗透膜透过量下降和脱盐率降低。对反渗透膜进行及时的化学清洗可有效地恢复反渗透膜的性能,延长其使用寿命[2]。

河北西柏坡发电有限责任公司(简称“西柏坡电厂”)三期工程建设安装了2台1 950 t/h的超临界直流锅炉和2台600 MW凝汽式汽轮机发电机组。该工程2台机组均于2006年投产发电,锅炉补给水处理除盐系统采用反渗透、一级除盐+混床的处理工艺。反渗透系统采用2运1备方案,单台反渗透的设计出力为60 t/h,设计反渗透装置的系统回收率为75%,脱盐率为99.5%,总脱盐率3年内保证≥97%。

1 反渗透系统介绍

1.1 反渗透系统的原水特点

根据水务管理需要,本着节约用水和一水多用的原则,西柏坡电厂三期2台600 MW机组锅炉补给水处理系统原水采用三期5号机组循环水系统排放水,其水质在黄壁庄水库蓄水水质基础上浓缩4～5倍,该水含盐量高,致结垢及致污染成分增加,特别是钙镁硬度含量高,有机物含量较高,悬浮物含量较低,水中含有水质稳定剂等复杂成分。

1.2 反渗透系统工艺流程

5 号机组循环水排水或水库水(深井水)→生水池→生水泵→机械搅拌澄清池→无阀滤池→清水箱→清水泵→盘式过滤器→超滤组件→超滤水箱→超滤出水输送泵→反渗透保安过滤器→高压泵→反渗透组件→淡水箱→淡水泵→二级除盐系统。

1.3 反渗透系统膜元件

该系统膜元件选用适用于苦咸水脱盐淡化的架桥芳香族聚酰胺TM L 20-370抗污染膜。反渗透装置采用并列布置,每套反渗透装置包括保安过滤器、高压泵和反渗透膜组件;采用一级两段排列,第1段有9列膜组件,第2段有4列膜组件,每列膜组件内装有6根长40英寸,直径8英寸膜元件。

1.4 反渗透系统运行情况

自投运以来,三期工程反渗透系统基本符合设计要求,出水水质良好。但由于原水中的有机物、悬浮物含量较高,设计的澄清池停留时间不够,盘式过滤装置不能完全拦截过滤絮凝产物,使得细小矾花后移,造成长时间运行后的反渗透进水SDI值偏高,引起反渗透操作压力升高、产水量降低。因此,为防止反渗透膜元件出现不可恢复的损伤,引起不必要的经济损失,需要及时地对系统进行彻底有效的化学清洗以恢复反渗透装置的性能。

2 反渗透膜的清洗

2.1 清洗条件

为了保证反渗透系统的正常运行,延长反渗透膜元件的寿命,按照反渗透的设计要求,在达到以下条件时应尽早实施清洗[3]:

a.同一运转(流量)条件下,各段的压差达到运转初期压差的1.5倍;

b.各段的压差达到各个反渗透元件的规格表记载的允许值;

c.标准运转条件(相同压力、温度、回收率、浓度)下的产水量减少到初期的90%。

2.2 清洗工艺及工艺流程

根据运行数据和对水质的检测分析得知,反渗透污染原因主要为水中的胶体、有机物,同时伴有少量的钙镁垢。因此,采用碱洗 酸洗相结合的反渗透化学清洗工艺。

本期工程的反渗透设备带有一套清洗系统,包括清洗水箱、清洗水泵、反渗透清洗保安过滤器、电加热器及管路系统,其清洗工艺流程见图1。

图1 反渗透系统清洗工艺流程

2.3 清洗药剂及清洗液

2.3.1 清洗药剂的配置

根据典型清洗工艺要求,选择了清洗药剂,其成分和配方见表1,高清洗温度可以提高清洗效果,但是不能高于35℃,否则会加速膜的损坏。

2.3.2 清洗液量的计算

清洗液配置量可根据如下方法计算:

每支8英寸膜元件目标清洗液量为80 L(清洗液越多效果越好)。清洗液主要在以下几部分运行:清洗箱、压力容器和清洗管路系统。

表1 清洗药剂的配置

2.4 清洗步骤

2.4.1 清洗前的冲洗

用反渗透产水或者除盐水冲洗反渗透系统,打开浓水排放阀及产水排放阀,并充分排气,流量根据清洗泵而定,确认压力＜0.3 M Pa,直至浓水排放口电导率低于2倍进水电导率。

2.4.2 碱洗

a.按照表1要求配置碱洗清洗液。

b.向系统注入清洗液。启动清洗水泵,流量控制在目标值的一半(约25m3/h),压力＜0.3 MPa,初期浓水出口的水排放,直至排放水pH值在2左右,将管路切换回流到清洗水箱,循环10 min,如果pH下降超过0.5,则补充NaOH,将pH维持在12左右。

c.低流量循环。维持上述清洗流量,待pH相对稳定,循环15min,注意压力＜0.3 M Pa。

d.高流量循环。将流量升高到50m3/h,循环1 h,注意压力＜0.3 MPa。根据清洗液颜色的变化,酌情延长清洗时间。

e.浸泡。停泵关闭进出水阀门,浸泡12 h。

f.循环冲洗。开启清洗泵,使流量逐渐上升到50 m3/h,循环1 h,注意压力＜0.3 MPa。循环过程中如果pH低于11.5,须及时补充NaOH,将pH值维持在12左右。

g.清水冲洗。排放清洗液,然后采用反渗透产水冲洗,压力＜0.3MPa,至浓水电导率低于2倍进水电导率。此时注意产水阀门要打开,防止背压过高。

2.4.3 酸洗

a.按照表1要求配置酸洗清洗液。

b.向系统注入清洗液。启动清洗水泵,流量控制在目标值的一半(约25 m3/h),注意压力＜0.3 MPa,初期浓水出口的水排放,直至排放水pH值在4左右,将管路切换回流到清洗水箱,循环10 m in, pH若上升超过0.5以上,则补充柠檬酸将pH维持在4左右。

c.低流量循环。维持上述清洗流量,待pH相对稳定,循环15min,注意压力＜0.3 MPa。

d.高流量循环。将流量升高到50 m3/h,循环1 h,注意压力＜0.3 MPa。根据清洗液颜色的变化,酌情延长清洗时间。

e.浸泡。停泵关闭进出水阀门,浸泡12 h。

f.循环冲洗。开启清洗泵,流量逐渐上升到50 m3/h,循环1 h,注意压力＜0.3 MPa。循环过程中如果pH在4.5以上,须及时补充柠檬酸,将pH值维持在4左右。

g.清水冲洗。排放清洗液,然后采用反渗透产水冲洗,压力＜0.3MPa,至浓水电导率低于2倍进水电导率。此时注意产水阀门要打开,防止背压过高。

2.5 清洗效果

清洗前后各组反渗透膜运行参数对比见表2。经过化学清洗后各组反渗透的进水压力明显降低,段间压差减小,产水流量提高25%以上,取得了良好的效果。

表2 反渗透系统清洗前后参数对比

续表2

3 结束语

反渗透膜的化学清洗是反渗透装置运行维护中的一个重要环节,它直接影响着反渗透膜的使用性能和使用寿命。西柏坡电厂采用碱洗-酸洗的复合清洗技术,并配合杀菌处理,清洗过程中采用静态浸泡与动态循环交替的分段清洗方式,收到了很好的效果,保证了反渗透系统的安全、稳定运行。

[1] 阿默加德.反渗透:膜技术、水化学和工业应用[M].殷 琦,华耀祖,译.北京:化学工业出版社,1999.

[2] 何建军.反渗透系统的污染及清洗[J].水处理技术,2002,28 (5):299-301.

[3] 钱俊青,陈 铭.膜的氧化清洗再生方法的研究[J].膜科学与技术,1998,18(3):58-61.