某锅炉补给水一级反渗透压差频繁升高的原因分析

谢峰

(江苏利港电力有限公司，江苏 江阴 214444)

某电厂的采用全膜法[1]为工艺制取锅炉补给水，该电厂的水源为长江水，水处理工艺流程为地表水→平流斜板沉淀池→超滤→一级反渗透→二级反渗透→电除盐系统，该系统运行良好，出水水质一直很稳定。但一级反渗透系统却发生一系列问题，进入2010年以来，一级反渗透一段压差频繁升高，虽然尝试了通过更换多家清洗剂、增加清洗温度，延长清洗浸泡时间，提高清洗液pH的最高最低控制值等多种清洗方法，清洗效果较差。

1 一级反渗透压差升高的原因分析

1.1 一级反渗透压差升高情况

以该电厂32号一级反渗透为例，从2010年6月到2010年12月31日短短半年时间，总共进行了6次清洗，更为严重的是每次清洗效果都不佳，一段压差仅轻微下降，而且清洗后迅速反弹。2010年11月16日一级反渗透清洗前后运行主要参数变化如表1所示。

表1 一级反渗透清洗前后运行主要参数变化

1.2 保安过滤器检查情况

该电厂的保安过滤器的运行周期也较短，季节不同，更换周期有所不同，一般在1～3个月之内。在滤芯更换期间，安排对保安过滤器滤芯和连接部件进行检查。污染的保安过滤器滤芯表面多次检查，且颜色不尽相同，主要为浅黄、暗黑色，表面手摸略有滑腻感觉，塑料接头和保安过滤器内壁从进水处约1/3内表面处有明显滑腻的污染物，如图1所示。燃烧后有明显烧焦头发的味道，且判断主要污染物为微生物。

图1 保安过滤器滤芯和器壁检查

1.3 反渗透本体检查情况

一级反渗透压差升高主要原因为结垢和污堵[2，3]，该电厂的主要表现是一段压差升高，而末段无任何结垢迹象，所以基本可以排除结垢的原因，针对可能造成反渗透污堵的原因进行如下分析检查。

（1）针对淤泥和黏土堵塞的检查。查看运行报表，4套超滤出水污染指数（SDI）都小于3（正常出水SDI平均小于2），发生过一次一个超滤系统出水SDI大的情况，检查为超滤膜元件接头坏，更换后恢复。通过设备异动在保安过滤器之前增加了SDI测点，测量SDI为1.5左右。这个数据说明淤泥和黏土污堵不是反渗透一段压差升高的主要原因。

（2）胶体硅污堵。从保安过滤器进口SDI的测量值和本厂进水硅含量（只有4000～8000 μg/L）看胶体硅污染的可能性应该比较小。用电感耦合等离子体发射光谱法ICP (Indμctively Coμpled Plasma Emission Spectroscopy)对膜面污染物体进行分析，如表2所示。表明污染物中硅含量并不高，这进一步说明胶体硅不是反渗透一段压差升高的主要原因。

（3）金属胶体污染。从表2可以看出膜面受到一定程度的铁胶体污染，这和膜元件进水曾被高铁含量的水污染有关，正常检测一级反渗透的进水铁小于3 μg/L，远小于膜元件要求的进水铁的控制值。曾有报道[3]铝盐和阻垢剂不兼容会发生反应生并沉积污染膜元件。ICP对膜元件污染物分析中铝离子含量也很小。反渗透进水检测铝离子含量一般只有2 μg/L左右。所以基本可以排除铝离子与阻垢剂反应造成污染的可能。

表2 膜表面污染ICP分析结果 %

（4）细小砂粒污染。该电厂反渗透预处理为超滤再加5 μm的保安过滤器，结合SDI的测量值，这种污染不会存在。通过检修对膜元件的的端面和对一段第一根膜元件进行解剖没有发现砂粒存在。

（5）其他异物堵塞。在更换膜的过程中，对膜端面进行检查，发现一段第一根膜端面有黑色碎片的物质，如图1所示。解剖更换下来的膜元件，肉眼观察膜页完整无损，如图2所示。为了进一步分析污染物的来源，对保安过滤器滤芯连接件进行详细检查，没有发现问题。由于冲洗保安过滤器较长时间没有更换，检查发现滤芯内部颗粒物体比较多，对冲洗/清洗保安过滤器滤芯进行更换。检查冲洗管道，没有发现衬塑脱落情况。黑色物质可能为清洗水箱中的杂质穿透冲洗保安过滤器滤芯带入或滤芯接头没有压紧泄漏带入，更换了冲洗保安过滤器滤芯后再没有发现类似黑色物质。对黑色物质清理后，一段压差没有明显回升，这说明端盖上黑色物质的污堵并不是一级反渗透一段压差升高的主要原因。

图2 反渗透膜元件端面污染物检查

（6）微生物污堵。解剖一段第一根膜元件，膜面进水端1/3处存在污染物，如图3所示。污染物已经布满浓水网格，这是一段压差增高的主要原因。污染物水分含量大，有黏性，燃烧后有明显的烧焦羽毛的味道，初步判断主要成分为微生物。

图3 一段第一根膜元件有明显的污染物

（7）超滤水箱检查。发现水箱内壁有明显附着物，颜色为棕色至暗红色，如图4所示，有明显微生物污染的迹象，该污染物附着在内壁，很难去除。取污染物水样分析，铁和铝含量不高，化学耗氧量（COD）含量不高。对超滤水箱进行清理后，保安过滤器的更换周期明显延长，更换周期从原来1个月左右增加到3个月左右更换1次滤芯。

图4 超滤水箱内壁的污染物照片

（8）有机物污染。取样对反渗透进水测量总有机碳（TOC）为2.13 mg/L，在膜元件进水要求范围内[2]，不需要对原水进行专门处理。需要说明的是即使TOC在膜厂家要求的控制范围内，有机物污染并不能排除。

为了进一步了解微生物污染原因，解剖一段第二根膜元件观察，膜面干净，无明显污染物，把一段的第一根膜元件与末端元件更换位置或更换成新膜元件，一段压差明显下降。2010年2月把31号一级反渗透一段首位膜元件位置进行更换，一段压差从0.32 MPa下降到0.2 MPa，说明污堵主要发生在第一根膜元件。对一段第一只膜元件进行性能测试，测试结果表明该膜元件产水量高，在标准化产水量情况下测试压差，其压降在0.5 MPa以上，远高于新膜元件大概0.1 MPa的压降，如表3所示。对单只污染膜元件进行清洗[4]，清洗方法选用pH为12.5的NaOH碱洗，以及pH为2的HCl酸洗。具体试验数据和结果如表4所示。

清洗后，单只膜元件的产水量下降4.36%，脱盐率上升0.38%，压差基本不变。清洗试验数据表明，无论碱洗还是酸洗，对降低产水量和提高脱盐率都没有明显效果。 用强酸对污染物进行浸泡，该污染物不与强酸发生反应。 用强碱对污染物进行浸泡，发现随时间增加，碱液中细微絮状物质有逐渐增多的趋势。

表3 性能测试

表4 试验数据和结果

1.4 污染原因分析

综上分析认为该电厂膜元件主要受到微生物污染。该电厂一直没有制定反渗透（RO）进水加还原剂前的杀菌剂残余量控制标准，对于可能发生微生物/有机物污染的反渗透系统前，反渗透还原剂前余氯控制值最好控制在1.0 mg/L左右，最低不应低于0.5 mg/L，该厂超滤后的超滤水箱因与大气连通，容易发生微生物滋生，所以应控制RO进水加还原剂前的杀菌剂余氯量大于0.5 mg/L。

该电厂膜元件2008年查出一段膜元件存在氧化现象后，RO进水余氯控制值控制降低，不能有效杀死残存微生物，相关记录表明，该电厂在从2008到2011年长达近3年的时间里，反渗透还原剂前余氯值一直控制0.05 mg/L左右。

由于该电厂的一级反渗透膜元件曾受到过氧化伤害，透水量增加（见表3、表4），在设计回收率的情况下运行，一段第一根膜元件的透水量远远大于设计的透水量，回收率更大。甚至远远超过单只膜设计要求。同时整个反渗透的产水流速、浓水流速在各个膜元件上分配不均的情况趋于严重。前端元件流速高，后端元件流速低。

与新膜相比，前端元件污染几率更大，后端元件的结垢几率更大。这是污染主要集中在一段第一根膜元件的原因。有段时间，在膜压差升高后没有严格按照膜生产厂家要求的条件进行清洗，而是在一段压差升高到0.3 MPa左右才进行清洗。这也是造成污染后清洗效果差的原因之一。

2 采取措施

针对微生物污染，采取如下措施：

（1）2011年1月对31号一级反渗透的一段膜元件进行更换。更换后的膜元件在5月份因压差由更换时的0.20 MPa上升到0.25 MPa后进行清洗，清洗后压差基本恢复，清洗周期延长到3个多月。

（2）对进口余氯控制过低的问题，准备在超滤进口用计量泵单独增加杀菌剂剂量，把余氯控制在合格范围内。

（3）定期安排对超滤水箱检查清理。水箱清理后，保安过滤器运行周期从清洗前1个月左右延长到3个月左右。

（4）增加非氧化杀菌剂的频率和用量。

采用以上措施后，该电厂反渗透膜的清洗周期有效延长到3个月左右。最近一年，进口压力和运行压差基本维持不变。

3 结束语

（1）该厂一级反渗透压差升高原因主要是受到微生物污染。而微生物污染的主要原因是反渗透进水加还原剂前杀菌剂余量控制过低。

（2）膜元件曾受到氧化使得一段第一根膜元件相比新膜更容易污堵，这使得清洗后压差迅速反弹。对于受的氧化的反渗透系统应通过降低出力，降低回收率，适当增加浓水流量，适当增加阻垢剂的方法来保证设备正常运行。

（3）由于膜受到氧化伤害，表现出来的标准化进水压力并不上升，这给微生物污染的判断增加了难度。

（4）反渗透系统压差升高后，一定要严格按照膜生产厂家要求条件进行清洗，否则长期的微生物/有机物污染，造成生物膜污染后一般不能通过清洗恢复。如反复清洗压差无法恢复只能更换膜元件。

[1]谢 峰.利港电厂反渗透运行中发生的问题及处理[J].电力科学与工程，2011，27（5）：67-70.

[2]聂艳秋，曹海峰.反渗透制水的低温影响及对策[J].水处理技术，2004，30（6）：182-184.

[3]阿默加德Z.反渗透-膜技术水化学[M].北京：化学工业出版社，1999.

[4]谢 峰.超滤在线清洗系统的设计与应用[J].电力科学与工程，2011，27（7）：76-78.