反渗透膜化学清洗的应用

陈士凯 雷占友

摘 要：介绍了反渗透膜污染的产生、特征及化学清洗的方法;通过320m3污水深度处理及回用装置生产实例阐明在反渗透脱盐系统中，膜的污染已成为反渗透系统长期稳定运行的最大障碍，需要有效实用的化学清洗技术以实现反渗透系统的长期稳定運行。防治膜污染是确保反渗透膜系统稳定运行的关键之一。

关键词：反渗透;膜污染;化学清洗;膜分离

以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型的流体分离的单元操作技术，三十年来取得了令人瞩目的巨大发展，已广泛应用于化工、食品、医药、电子等行业。但是膜在使用过程中会受到污染，使膜的性能下降，更严重时会使膜分离失去实际应用价值而不得不更换膜元件。相对于最初的投资成本来说，经常更换RO膜元件（并计入增加相关仪器、取样阀门和清洗设备）则显得昂贵得多，同时也是一种不必要的浪费。原水预处理质量的好坏，只能解决膜被污染速度的快慢问题，而无法从根本上解决膜污染的问题。然而膜的化学清洗技术不仅可以彻底解决膜的污染问题，而且可以延长膜的使用寿命，保证反渗透系统稳定正常的运行。

1 膜污染的产生

对于分离膜技术，尽管选择了较合适的膜和适宜的操作条件，但是在运行过程中仍然会出现膜的透水量随运行时间增长而下降的现象，即膜污染问题必然产生。膜污染是指料液中的某组分在膜表面或膜孔中沉积导致通量下降。对于膜来说，一旦料液与膜接触，膜污染即开始。具体地说，膜污染就是指膜装置在运行过程中，水中污染物质没有从膜表面传质回到进水中，在膜表面或膜孔中吸附、富集，使水透过膜的阻力增加，妨碍了膜表面上的溶解扩散，膜表面会被它截留的各种杂质所覆盖，从而导致膜的产水量和水质下降;同时由于沉积物占据了盐水通道空间，膜孔也会被更细小的杂质堵塞变小，限制了组件中的水流流动，增加了水头损失，从而使其分离性能下降。最终结果是缩短了膜的使用寿命，增加了系统运行成本。一般认为，膜的污染是造成膜组件运行失常的主要影响因素之一。因此必须采取有效的清洗方法，去除膜表面上或膜孔内的污染物。

2 清洗方案

膜的清洗方法一般包括化学清洗和物理清洗两种。物理清洗方法包括水力清洗和机械清洗，而通常应用较多的是化学清洗。化学清洗实质上是污染物与清洗剂之间的一种多相反应。

2.1 常见的污染物和化学清洗剂

在一般水处理过程中，反渗透膜元件经常会受到给水中存在的悬浮物质或难溶物质、颗粒、胶体、微生物等的污染。这些污染物中最常见的有无机沉积物，如碳酸盐垢、硫酸盐垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机沉积物或生物沉积物等。

化学清洗剂包括酸、碱、螯合剂、表面活性剂、酶、消毒剂和专用清洗剂。常用的有柠檬酸、盐酸、氢氧化钠、三聚磷酸钠、十二烷基笨磺酸钠、EDTA等。由于膜污染的复杂性，有时清洗剂不只使用一种，可以混合使用，也可以分开使用。

2.2 膜污染的确定

不同的沉积物会对膜元件性能造成不同程度的损害。反渗透膜污染是以颗粒物质、胶体、有机物或微生物为主体的复合污染，不同类型污染的相互作用与相互促进使膜污染变得非常复杂。其中胶体和有机物是加速促进膜污染的重要因素。首先，根据反渗透系统水质分析报表、运行操作记录和当前反渗透装置的运行状况，初步判定膜污染物的种类。

在不能采用化学分析的情况下，可以根据SDI的测定情况，测试膜片上残留物的颜色、密度，然后对污垢进行分类。比如，呈褐色的残留物引导我们判断是否为铁污垢;白色残留物则可能是硅、砂质粘土、钙垢等;晶状体外形是无机胶体、钙垢的一个特征;生物污垢或者有机污垢，除了从气味上分析判断外，通常还可以看出这类污染物呈现粘稠状。

2.3 清洗程序选择

确定了膜表面的污染物，那么就必须选择正确的清洗程序。如果认为污垢为金属氢氧化钠，比如：含铁的氢氧化物、或者钙垢，那么可采用柠檬酸清洗;如果确定主要污垢为有机物或者微生物，那么建议使用碱性清洗方法。另外在选择清洗方法是还应该参考发生污堵的部位，如一段堵塞先碱洗，二段堵塞先酸洗，因为实际生产中结垢主要是在二段，而一段的主要是细菌、微生物等污染，如果在不确定的情况下，可打开膜壳端盖分析污染物再进行确定。本文实例选择先酸洗再碱洗浸泡的方法，酸洗以清除膜表面的无机垢污染为主，时间较短，可以去除钙盐等无机物垢类，之后碱洗对膜的有机物污染、生物污染效果较好（见表1）。

3 化学清洗的应用

3.1 化学清洗实例

320m3污水深度处理回用装置于2007年投用，设计要求以上游300m3污水处理厂合格出水为原料，产水指标达到动力锅炉给水系统的补水水质要求。主体工艺为：曝气生物滤池+纤维过滤+微滤+反渗透的组合工艺。其中反渗透单元回收率75%，总脱盐率达97%以上。

3.2 清洗步骤

①停机需要清洗的反渗透系统，清洗水箱;②配制清洗溶液：采用清洗液1，药液量5加仑（等于22173L），配制时用不含游离氯的反渗透产品水并混合均匀，温度32℃～36℃，pH控制在酸洗2～3左右，碱洗11.5左右;③循环--浸泡：循环压力015MPa左右，排放最初回流洗液，每次60～120min，电导率：4000～6000μs/cm，停泵浸泡2h。重复以上循环—浸泡操作;④排放：清洗完成后，将清洗液排放;⑤冲洗：开启冲洗泵将反渗透内洗液全部置换完。

4 清洗效果评价

效果评价包括对产水量和水质两部分。从实际生产可以看出：洗膜后的过滤阻力明显下降，过滤膜前后压降从洗膜前的827～1103kPa降到洗膜后的379～621kPa;水通量明显提高，产水量和水质都有不同程度的提高，可恢复性比较明显，产水量增加30%～70%，电导率降低019～218μs/cm。这说明此项清洗工艺是合理可行的，能够达到预期的目的，延长了膜的使用寿命。

5 结束语

由于膜的更换费用是膜运行费用中最大的一项，为了恢复良好的透水和除盐性能，维护膜表面的洁净，延长膜的使用寿命，周期性清洗膜以除去污染物是非常必要的。它不仅有利于确认污染原因，消除污染源，确定适宜的化学清洗配方进行化学清洗，同时也可以对前期处理系统提出运行评价与改进方案。