除盐水反渗透系统膜污染原因分析与措施

田志娟，晏凤俊

(中国石化洛阳分公司，河南洛阳 471012)

洛阳石化动力部除盐水站以深层地下水为源水，采用反渗透+混合离子交换床组合工艺，共有4套反渗透。产品除盐水用于锅炉给水以及化纤用水等。反渗透膜运行三年后，4#反渗透膜出现膜污染，污堵严重，无法正常运行。本文结合除盐水站生产实际情况，分析了4#反渗透膜膜污染的原因，并根据实际情况，进行了相应的改造措施，为反渗透系统的长期良好运行打下了基础。

1 膜污染初步鉴定

该除盐水站系统反渗透膜采用的是复合膜，生水来源为深井地下水，一般地下水矿物质含量较高，微生物含量较低，反渗透膜元件相对较易发生的污染为无机物结垢。

在4#反渗透运行过程中，出现了以下现象:①产品水流量降低，4#反渗透系统产品水流量由100 m3/h降低至85 m3/h。②二段压差增加，达到0.4 MPa，超过设备运行最大限值0.35 MPa。③将其膜元件取出以后，发现膜表面有细微白色颗粒状结晶物。特别是二段末端膜元件表面，形成微小片状白色垢状物。采取适量垢质放入1%HCl溶液中后，垢质溶解，并伴有气泡产生，可以判定垢质中存在CaCO3。综合，最终判断4#反渗透膜发生的污染为无机物结垢。

2 膜污染处理

4#反渗透膜元件结垢发生以后，产水量降低，压差超规，严重影响到反渗透系统正常使用。为恢复反渗透膜良好的透水性和除盐性能，将4#反渗透膜停运并进行了化学清洗。

根据我公司动力部的规程，清洗无机盐垢质最佳清洗液为0.5%(质量分数)HCl溶液。化学清洗前，进行了简单的模拟实验。从膜上采取适量垢质，观察其在清洗液中能否快速溶解，确定清洗液的有效性。确定垢质可快速溶解以后，用0.5%HCl溶液严格按照反渗透清洗步骤对反渗透膜元件进行清洗操作。清洗操作完成以后，反渗透初期产品水排放。产品水电导、污染指数等指标合格后投入运行。清洗完成后，4#反渗透系统产水流量及各段压差均恢复到正常范围内，恢复了正常使用性能。

3 结垢原因分析

针对出现的问题，我们对整个除盐水系统进行了分析，可能存在预处理不完善、加药系统设计有缺陷、停运维护不周等问题，具体分析如下。

3.1 预处理不完善

对反渗透进水进行充分预处理是防止膜结垢、维持膜稳定的重要措施，典型反渗透预处理流程如图1所示。该除盐水站反渗透预处理流程为多介质过滤器+保安过滤器。多介质过滤一般只能实现粗滤，就流程来讲，本套预处理措施并不充分，可能会导致预处理不彻底，增加保安过滤器负担，也给反渗透膜带来了负担，使反渗透膜较易受到污染。而且若原水水质发生较大波动，这套预处理措施不足以应对突发水质事故。

图1 典型的反渗透预处理流程

3.2 加药系统设计缺陷

无机物结垢可通过添加阻垢剂来避免，阻垢剂的作用是相对增加水中物质溶解性，有效防止膜结垢。动力部反渗透选用的阻垢剂是308，一种复合配方阻垢剂，具有高效能抑垢能力。

该除盐水站加药系统原设计为:加药系统为4套反渗透系统共用，其管道走向如图2所示。4套反渗透同时运行时，1#加药泵、3#加药泵(2#加药泵为备用泵)同时运行。出现的问题是，日常考查进药量是4套反渗透总药剂使用量，每列反渗透存在加药不均的问题，这可能是造成4#反渗透结垢的主要原因。

图2 阻垢剂加药管道走向示意图

3.3 停运维护问题

4#反渗透出现结垢之前，在因外界供水需求量的变化需要启/停反渗透时，经常优先停运4#反渗透系统。按照要求，反渗透膜在短时间停运时，应立即用反渗透产水或除盐水进行低压冲洗。出现的问题是，由于各种原因在反渗透停运时快速降压以后，没有及时进行冲洗或者冲洗力度、冲洗时间不够等，二段浓水侧可能会有浓水残余。由于膜浓水侧无机盐浓度高于原水，浓水或残余盐分有时间成长和结晶，极易结垢而污染膜。而经常性启/停4#反渗透系统，形成了恶性循环，使得4#反渗透膜结垢日益严重，这也是导致4#反渗透膜结垢的原因之一。

4 系统调整及改进

4.1 严格控制反渗透进水

在双滤料过滤器之后，保安过滤器之前加设一套活性炭过滤器，进一步去除水中有机物等，可大大保障系统预处理效果，提高反渗透系统运行安全系数。该调整目前不具备条件，待条件成熟时再予以考虑。

在不改变现有流程条件下，除盐水站要求职工严格执行运行过程中的检查与调整，保证双滤料过滤器有效运行。定期取样化验过滤器出水浊度、污染指数、余氯、COD，将过滤器运行时间、检测指标值共同作为对象，切实杜绝过滤器出水水质不达标。每天观察保安过滤器压差大小，保持压差小于0.1 MPa，如压差增大，及时更换滤芯(平均3～6月更换一次)，确保反渗透进水合格。

4.2 改进加药系统

根据反渗透运行情况，推测2列反渗透进药量不足，对3#、4#反渗透造成影响。3#、4#反渗透的膜元件本身安装质量有所差异，3#反渗透运行正常，4#反渗透由于长期加药量不足引起膜结垢。垢质一但在反渗透膜表面形成，其增长速度较快，最终4#反渗透膜元件无机物结垢，产水量下降，压差增加。推测，化水加药系统设计缺陷是4#反渗透二段结垢的主要原因。

根据问题分析，对阻垢剂的加药系统进行了改造，增加了一个加药箱，采取分列进药，实现单列单箱进药。改造之后，每列反渗透均匀加药，实现单列反渗透进药的控制与监测。通过调整加药泵出力，确保合适剂量均匀加入到各套反渗透系统中，有效防止浓水侧无机物结垢。

4.3 做好停运维护

4#反渗透膜出现问题后，除盐水站制定了严格的停运维护规定。停运反渗透后，短时间停运(1～3 d)，必须及时用反渗透系统出水对反渗透进行低压冲洗，并保证充足的冲洗时间(至少15 min)，每天清洗一次。在停运状态下，阻垢剂连续少量加入，以防止在停运期间无机盐等沉积在膜元件表面。

5 结语

通过以上分析，当地下水作为反渗透进水时，由于矿物质含量高，易发生无机物结垢，在运行过程中加药系统顺利进行、停运维护等显得尤为重要。4#反渗透通过化学清洗恢复性能后，经过系统调整及加强日常维护后，至今已顺利运行1年的时间，未出现过堵塞及产水量下降，运行状况良好。