探讨提升反渗透膜运行性能的方法

林景峰（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）



探讨提升反渗透膜运行性能的方法

林景峰
（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

摘要：反渗透纯水装置是贵溪冶炼厂动力车间的主要设备之一，它的运行性能衰减、失效将直接影响闪速炉、转炉余热锅炉用水。本文简述了反渗透膜的工作原理，针对反渗透膜运行性能的评价指标、影响因素，结合1#动力中心工段生产实际情况进行分析，并介绍了反渗透膜的运行维护与保养方法。

关键词：纯水；反渗透膜；指标；阻垢剂；运行性能；影响因素

1　引言

江铜贵溪冶炼厂动力车间1#动力中心反渗透纯水装置于2013年1月建成投入使用，系统设有3套一级反渗透装置［1］、2套二级反渗透装置，最大产水能力可达180t/h（一级除盐水）、80 t/h（二级除盐水），生产的纯水主要供给熔炼车间闪速炉、转炉余热锅炉使用。

2　反渗透膜的工作原理

通常的渗透原理［2］为：将溶液和水置于渗透膜的两侧时，水将透过渗透膜向溶液侧流动；而当对浓溶液施加外加压力时，浓溶液中的水将穿过膜扩散至稀溶液中，这种现象便是反渗透，该膜称为半透膜，即RO（Reverse Osmoses）膜。其原理如图1所示：

图1　反渗透膜的工作原理

3　评价反渗透膜运行性能的指标

3.1反渗透膜性能

（1）具有耐腐蚀、耐酸且不易被微生物侵蚀。

（2）反渗透膜支撑层压实合理，且强度好。

（3）在单位面积RO膜上，穿过膜的水量大且除盐率高。

（4）根据用户需求，性价比高。

（5）使用寿命长，运行中产水量及脱盐率衰减慢。

3.2评价反渗透膜指标

3.2.1透盐率和除盐率

透盐率：溶液中穿过膜的溶剂百分比。

除盐率：溶液中不能穿过膜的溶剂百分比。

透盐率=100％-除盐率

除盐率=1-（产水含盐量/进水含盐量）×100％

3.2.2产水量

产水量：是指透过反渗透装置的水量，其单位一般用t/h或加仑/天来表示。

渗透流速：是指透过单位膜面积上的液体流速，其单位一般用加仑/平方英尺每天（GFD）来表示。如透过单位膜面积上的液体流速过高，将会导致膜污染加快。

3.2.3回收率

回收率：是指穿过膜的液体百分比。反渗透装置的回收率一般由用户的进水水质而定，在设计安装时已经设定。回收率的极限值应以膜元件内不会因盐类等物质发生沉淀为标准。

回收率=（产水量/进水量）×100％

4　反渗透膜运行性能衰减的原因

反渗透装置运行过程中的关键参数为膜的产水量和除盐率，它们将受到进水压力、温度、pH值、含盐量、悬浮物及杂质、回收率等因素的影响，一旦这些因数未在规定范围内，将直接影响反渗透膜的运行性能［3］。

4.1进水压力

通常情况下，进水压力并不会影响盐透过量，但是当进水压力提高时，将会使反渗透膜的产水量增加，而此时透过膜的盐量不发生变化，这样，增加的产水量将稀释透过膜的盐分，导致反渗透膜透盐率降低，而除盐率相应提高。但进水压力超过一定限度时，产水量和脱盐率将不再增加，因此在实际运行过程中，进水压力应不超过该限度。

4.2进水温度

在反渗透运行中，影响膜元件脱盐率、压降、运行压力最为明显的因素是进水温度。如果提高给水温度，TCFA增大（水的粘度降低），膜元件的渗透性能将会增加，产水量增加，其运行的压力就会相应降低，从而影响反渗透各段膜元件的压降。

进水温度对脱盐率的影响比较复杂，因为其一方面引起产水量上升，一方面也使盐扩散能力提高，这两种因素对脱盐率的影响正好相反；但对于一般的纯水系统来说，当温度上升的时候，盐扩散能力提高所带来的影响更大，从而使脱盐率下降，导致产水电导率上升。

4.3进水pH值

反渗透膜组对进水pH值有一定要求，虽然不会影响产水量，但会影响膜组的脱盐率。原因如下：

（1）进水pH值会影响反渗透膜组的产水电导率；

（2）进水pH高低直接影响水中溶解的CO2，当给水pH值在7.5～8.5间时，反渗透膜组的脱盐率达到最高。

4.4进水含盐量

反渗透膜的进水含盐量越高，透过膜组的渗透压将越大，这样当进水压力不变时，反渗透膜的净推动力将减小，从而导致产水量下降；同时，进水含盐量增高还会引起盐透过膜的速度增大，从而导致脱盐率下降。因此对同一装置来说，给水中的含盐量不同，其运行时的压力和产水电导率也有区别，通过计算，给水中的含盐量每增加l00ppm，进水压力需增加约0.007MPa，同时由于浓度的增加，产品水电导率也相应的增加。

4.5悬浮物及杂质

进入反渗透膜的给水首先应经过过滤处理，被过滤装置拦截的粒子成分即为水中的悬浮物及杂质。如过滤装置效果不佳，导致给水悬浮物含量高，这样反渗透膜很快会发生堵塞，从而影响膜的产水量和水质。

4.6产水量

反渗透运行时，并不是产水量越大越好，这是因为在进水总流量保持一定时，产水量增大，反渗透高压侧的浓水流量就会相应减少，从而增加浓水中的含盐量，浓水中的一些离子杂质具有饱和特性，该特性可能引起离子在膜表面的沉积和结垢，阻碍产水流过膜，并最终损坏系统。根据具体应用，反渗透系统回收率通常在70％～80％之间。

5　保障反渗透装置性能的具体措施

5.1控制进水水质指标

反渗透原水采用动力车间供水工段的工业自来水（净化水Ⅱ），属低温低浊的地表水，对反渗透系统来说，是一种比较难处理的原水。原水在进入反渗透膜前，先经过预处理系统处理。它由叠片过滤器、双介质过滤器、多介质过滤器以及袋式过滤器和精密过滤器组成，去除或减少原水中有机物和余氯，还可去除原水中的胶体、铁化物、悬浮物，降低色度、浊度。同时，工艺运行人员根据运行时间以及进、出水压差及时对预处理系统进行手动反冲洗和更换滤袋、滤芯；视水温情况，蒸汽加热系统自动调整进水温度，使进水温度达到反渗透膜的要求。进水水质指标表如表1所示。

表1　反渗透进水水质指标表

5.2合理添加药剂

5.2.1阻垢剂

反渗透浓水端尤其时系统中的最后一根膜元件的浓水侧容易出现Mg2+、硫酸盐、碳酸盐和Ca2+的结垢物，影响膜组的性能，为此，在反渗透系统运行时需在给水中加入阻垢剂。

阻垢剂的添加量必须通过理论计算和现场实验确定，当添加的阻垢剂量过小，将会使膜容易污堵和结垢，从而影响产水量及水质，影响膜的性能并导致使用寿命减少；当添加的阻垢剂量过大时，一是多余的药剂会吸附于膜表面，致使产水量下降，二是在气温过高的夏天或水中细菌数量较多时，细菌增生比较快，将更使这一过程加剧，出现这种现象时，应减少药剂使用量，随着时间推移，药剂会重新溶于浓水侧排出。在设备停机时需将阻垢剂彻底冲洗出来，否则会留在膜上产生污染问题。

5.2.2杀菌剂

反渗透运行的环境为：温度在20℃左右，pH值接近7.0，这与微生物生长的环境条件基本一样。微生物加有机物沉积污染在膜的污染中占据比例将近50％左右，这种污染状况极难恢复，如不采取措施及时清洗和维护，会日趋严重，严重者会导致膜性能失效，为避免这种情况发生，在系统中投加杀菌剂是必要的。

车间技术人员通过反复摸索和实验，选择了适合自身水质现状的杀菌剂，并确定了能兼顾经济性与有效性的杀菌周期。投运一年多来，反渗透系统未发生明显微生物污染。

5.2.3氢氧化钠

反渗透对CO2的脱盐率很低，在超纯水中，会使水质pH值变的不稳定，为消除CO2的不利影响，只要投加NaOH使RO膜进水pH值大于8.2，水中的CO2将全部转化为HCO3-，这样HCO3

-通过系统全部去除，间接实现了去除CO2的目的。

反渗透系统中如果pH值为酸性，则不易结垢［4］，如果pH为碱性，则结垢倾向十分明显。因为二级进水是一级的产水，含盐量极低，即使添加了碱液，对二级脱盐能力的影响也微乎其微，因此在二级反渗透前投加NaOH调整pH值，达到去除CO2的目的。

1#动力中心反渗透装置pH计安装在二级浓水管道流量计前，通过将浓水pH值控制在6.8～7.5之间，来保证RO膜进水pH值在8～9之间。

5.3定期化学清洗反渗透膜

由于进水中含有微量的悬浮物、胶体、某些难溶性盐和金属氧化物及细菌等杂物，并由于浓差极化的影响，当反渗透装置在长期使用后，膜易被一层沉淀物覆盖而结垢，因此必须清洗膜面，除去积聚在膜面上的金属氧化物和有机物等污垢，以恢复膜的性能［5］。

1#动力中心化学清洗是使用相应的化学药剂（酸、碱性清洗剂）与污染物发生反应，使其溶于水中，然后排出膜元件，恢复膜元件的性能。酸性清洗剂用于清洗包括铁污染在内的无机物污染；而碱洗清洗剂用于清洗包括微生物在内的有机污染物［6］。

5.4停运保养

反渗透系统短期内停运，仍应保持水流，让出水流入浓水道；如系统停运一周以上，须用0.5％的福尔马林溶液浸泡处理，每天检查一次。

6　结语

通过近年来对反渗透装置运行性能的摸索与观察，动力车间技术人员已经全面掌握了影响反渗透运行性能的因素，特别是对反渗透的运行维护与保养，制定了一套详细的运行操作规程，反渗透膜的平均寿命［7］已达到6年以上，为工厂节约了可观的成本费用，同时满足了熔炼车间闪速炉、转炉余热锅炉纯水用量。

参考文献：

［1］郑晨，祖学卉.反渗透技术简介与应用分析［J］.辽宁化工，2014（4）:8-8.

［2］李莉楠.浅析在制药工程中应用反渗透技术［J］.中小企业管理与科技，2013（13）:314-314.

［3］仲惟雷，梁宏书，李文超，等.反渗透技术在钢厂废水回用项目中的应用［J］.工业水处理，2013，33（8）:83-84.

［4］毛维东，周如禄.矿井水反渗透处理系统设计要素［J］.辽宁工程技术大学学报，2013（7）:916-919.

［5］刘娟，李茂东，杨麟，等.一种快速评价反渗透阻垢剂性能的方法—浊度法［J］.清洗世界，2015（4）:17-21.

［6］李丽，杨成，龙超.印染生化尾水反渗透深度处理工艺膜污染成因分析［J］.环境工程学报，2014（1）:77-81.

［7］张首军，张叶来，孙正华，等.反渗透经济膜通量的选择与分析［J］.给水排水，2015（2）:55-58.

Method to Improve the Running Performance of Reverse Osmosis

LIN Jing-feng
（Guixi Smelter，Jiangxi Copper Corporation，Guixi 335424，Jiangxi，China）

Abstract:Reverse osmosis pure water equipment is one of the main equipment of Guixi Smelter power workshop.Its operational performance attenuation and failure will affect the flash furnace and converter waste heat boiler water directly.In this paper，the working principle of reverse osmosis membrane is briefly described，in view of the reverse osmosis membrane performance evaluation index，influence factors，in combination with the practical situation of 1 # power center section production is analyzed，and the operation maintenance and maintenance method of reverse osmosis membrane is introduced.

Keywords:pure water；reverse osmosis membrane；indicator；scale inhibitors；running performance；influence factor

中图分类号：TK223.5

文献标识码：A

文章编号：1009-3842（2016）02-0067-03

收稿日期：2015-12-02

作者简介：林景峰（1983-），男，湖南株洲人，主要从事水处理工艺管理工作。E-mail:59548419@qq.com