影响海水反渗透膜在线清洗效果的因素分析

刘卫兵，郑小钢

广东惠州平海发电厂有限公司，广东惠州 516363

0 引言

随着运行周期加长以及高浓度含盐海水的冲刷，海水反渗透膜表面会逐渐结垢、污堵，此时膜端压差升高、产水流量下降、产水含盐量逐渐升高。为了反渗透系统安全运行和恢复反渗透膜脱盐性能，需要进行化学清洗。化学在线清洗是指不拆卸反渗透膜，利用系统配套的反渗透设备（清洗水箱、清洗保安过滤器、清洗水泵、压力表、温度计、阀门、取样点及在线PH表等）进行清洗。每一次在线化学清洗的效果直接影响反渗透膜的产水水质及运行周期。

1 系统概况

平海电厂海水淡化系统采用海水反渗透技术，包括海水预处理混凝澄清池、超滤系统、反渗透系统以及所有必需的辅助系统等。海水经海水提升泵抽水至预处理混凝澄清池，通过加混凝剂（聚合氯化铝）混凝沉淀及加次氯酸钠杀菌处理，然后经超滤过滤处理后收集到超滤水池，超滤水池清水经反渗透保安过滤器过滤后经反渗透高压泵升压，再经能量回收装置再次升压后进入反渗透膜系统进行除盐淡化处理，达到净化海水的目的。

2 清洗条件

反渗透系统在正常的运行过程中，标准化的产水流量和系统脱盐率会因污染出现分别下降或同时恶化。其根本原因为反渗透元件内的膜元件受到污染。污染来源包括：无机盐垢、微生物、胶体颗粒和不溶性的有机物质。这些污染物因设备运行而沉积在膜表面，导致设备运作环境下降。当下列情况出现时，需要进行化学清洗膜元件：

1）标准产水量降低10%以上；

2）进水和浓水之间的标准化压差上升15%以上；

3）标准化透盐率增加5%以上。

以上的标准（基准）比较条件取自系统经过最初48小时运行的标准性能。

3 化学清洗方案选择

平海电厂海水淡化系统至投产以来，系统运行情况良好，但反渗透膜化学清洗一直在摸索和试验，经过长期的分析试验以及对反渗透膜清洗方案的多次改进，大大的提高了反渗透膜清洗质量，维持并保证了海水淡化反渗透系统的安全、稳定运行。

3.1 确定污染物

对海水淡化原水（海水）水质分析结果以及对反渗透保安过滤器截留杂质进行检查分析。因原水水质随季节、气候、温度、涨潮落潮等变化而变化导致反渗透预处理产水水质也不稳定，微生物滋生以及钙镁垢的沉积是影响反渗透系统性能的主要原因。

3.2 选择清洗药剂

通过对污染物性质的确认，对清洗方式和药剂进行确认。如加柠檬酸或EDTA的酸清洗剂或在高pH下用EDTA等专用清洗剂清洗。经供应商及专家组沟通协商，选择反渗透膜专用的化学清洗药剂及适用于反渗透膜的非氧化性杀菌药剂。经过多次的清洗及调整试验，以确定合适的化学药剂和清洗方案。

3.3 确定清洗方案

3.3.1 清洗程序

酸洗：去除无机盐垢、金属氧化物或氢氧化物、无机胶体。

碱洗：清除膜表面的生物污染、有机污染等。

杀菌：杀灭或抑制微生物(藻类、霉菌、真菌)的生长。

3.3.2 复合清洗

通常膜元件的污染一般分为三层：微粒、胶体及生物物质等会粘附在第一层，各种盐类及铁铝等金属化合物会积沉在第二层，交叉结合的复杂硅酸盐、络合性的有机物等则会粘附在最靠近膜的第三层。只有通过复合清洗，将酸洗、碱洗、杀菌等程序统一连接起来清洗，才能达到最终的清洁目的。

3.3.3 动静交替清洗

动静交替清洗是指在流动状态下同时将温度、pH值等参数设置完毕，再将膜元件中置于清洗液静态浸泡。多次实验证明，动静交替的清洗效果突出，远超于清洁剂以流动状态单一动态清洗的效果。

3.3.4 清洗方案的确定

经多次试验最终确定清洗程序为：

1）酸洗循环→浸泡→酸洗循环→清水冲洗；

2）碱洗循环→浸泡→碱洗循环→清水冲洗；

3）杀菌循环→浸泡→杀菌循环→清水冲洗；

4）酸洗循环→浸泡→酸洗循环→清水冲洗。

4 清洗过程关键要素控制

4.1 pH

酸洗的pH控制2～2.5，不允许低于2。碱洗的pH控制11～11.5，不允许高于12。杀菌的pH控制7-8。随着清洗的进行，膜元件上附着的污染物会消耗掉清洗药品，引起pH值产生改变，导致清洗效果降低。因此在清洗过程中，设备管理人员应清洗液pH值随时监测，根据实际情况调节pH值。当测定的pH值偏离目标PH值0.5以上时，对清洗液进行添加相应药品。

4.2 温度

在温度升高的环境中，清洁液的化学反应加快，对清洗的效果有所提高，但同时也会使膜元件本身的溶解性增大。而清洗液温度较低时将会导致清洗效果变差。为达到最佳的清洗效果，在最终的清洗方案中，控制清洗液温度35℃左右。碱对膜伤害更大，pH≤10，温度可到40℃；pH≤11，温度可到35℃；pH≤12，温度可到30℃；不能同时提高pH值和温度。

4.3 清洗时间

酸洗循环清洗30-60分钟后浸泡，浸泡时间2小时或更长（视污染程度），浸泡过程中，每30分钟，循环1次约5min。浸泡结束后再循环清洗30min～60min或更长（视污染程度）。对于高压差状况，建议隔夜浸泡8-12小时，每1小时，循环1次约10min～15min，保证系统内的清洗液浓度不降低，因为酸对反渗透膜的伤害小，建议长时间浸泡渗透(碱洗需要适当缩短时间)，每次循环需要测量溶液的pH，如果pH值上升至3以上，需要添加新的酸液。

碱洗和杀菌过程，循环清洗30min～60min后浸泡，碱洗时浸泡时间2h或更长（视污染程度），杀菌时视情况定是否需要浸泡。浸泡过程中，每30min，循环1次约5min。浸泡结束后再循环清洗30-60分钟或更长（视污染程度）。

4.4 清洗流量

通过总结我厂多次清洗经验，低压力、高流速可以防止清洗循环的浸泡阶段脱落的污染物重新沉降到膜表面。最合适清洗的流量是现行基准的1.0～1.2倍。化学清洗的过程中，此流速可保证清洗药剂与粘附在膜表面和网络中的污染物进行充分接触，污染物充分溶解和分散后被冲刷出去，避免出现死角和偏流现象，取得良好的清洗效果。我厂现今循环清洗液流量维持在450至520m3/h，即单支膜的清洗进口流量6.9m3/h ～8m3/h。

4.5 清水冲洗

酸洗、碱洗、杀菌后需冲洗至产水清洁、无异味、无泡沫、无清洗剂，电导正常，否则不能开启系统。

5 清洗注意事项

1）当准备清洗液时，应确保在进入膜元件之前，所有的清洗化学品充分溶解和混合。须使用反渗透产水，或经过滤的低硬度水配置清洗液；

2）设备在化学清洗后需恢复到正常操作压力和流量，但此前应采用反渗透产水对膜元件进行冲洗（最低温度＞20℃），并且必须注意需要使用低流量和压力下冲洗残留化学药剂；在清洗过程中清洗液也会进入到反渗透的产水侧，因此，产水必须经不合格产水排放阀排放10分钟以上；

3） 在清洗液循环期间，清洗液温度不应超过35℃。一般测定pH值偏离设定pH值0.5以上时，就要添加清洗药剂；

4）清洗液流动方向与正常运行时介质的流动方向必须相同，以防止元件出现“望远镜”现象，因为反渗透膜壳内的止推环仅安装在反渗透膜壳的浓水端。

6 清洗过程中的运行监督和效果评估

系统压降是清洗全程中重点监督项目，确保各项清洗液各项指标（流量、温度、浓度、 pH值及清洗液颜色变化等参数）都在规定的范围内。清洗过程中，当以下条件（药剂浓度或pH 值）连续两次测定值稳定不变，且两次测定的时间间隔在半个小时以上视为达到要求，清洗结束。

清洗结束后，将阀门回复正常运行状态。启动系统，记录产水电导率、产水量和各段压力等。按公式计算压降、脱盐率及回收率等，并与上次清洗的效果比较，若效果不明显则需要重复清洗至膜的性能接近初始值。脱盐率有三种情况（无变化，相差2%内、大于3%）分别对应为无变化，效果理想和需要调整配方，实现对清洗工艺的严格控制。

7 结论

清洗的最终目的是恢复膜元件的性能，并不能单纯以物理与化学手段硬性划分清洁手段，将两种方法有机结合更可以有效提升清洁效果。如膜元件出现严重堵塞，则需要通过物理手段强化，达到最佳的清洗效果。

反渗透膜的化学清洗是反渗透系统运行维护中的一个重要环节，其清洗效果直接影响反渗透膜的使用性能及使用寿命。科学优化清洗手段，监督调整反渗透预处理，可有效实现膜系统的安全、稳定及经济运行。

[1]周柏青.全膜水处理技术.中国电力出版社，2006，4.

[2]冯敏.现代水处理技术.化学工业出版社，2006，5.