反滲透膜汙堵原因分析及解決措施

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一種經久耐用、性能卓越的水處理設備球盟会(中国)——反滲透膜，並向您詳細分析反滲透膜汙堵原因及解決措施。

導讀

某電廠鍋爐補給水處理係統水源為水庫水，水庫水經淨水站混凝澄清處理後送至鍋爐補給水處理車間，處理工藝為“超濾+反滲透+一級除鹽+混床”。在運行過程中反滲透係統出現一級反滲透進水壓力和壓差偏高、出力偏低以及清洗頻繁等問題，采用常規酸、堿進行離線清洗，係統性能難以恢複。對此，筆者對反滲透係統進行了深入分析，對係統故障原因進行了診斷。

一、膜元件分析結果

1、膜元件標準性能測試

取一級反滲透一段和二段膜元件各1支在標準試驗狀況下進行性能測試（編號分別為1#和2#），結果見表 1。

表1 反滲透膜元件標準性能測試結果

結果表明，使用後的膜元件產水量下降了31%，產水量衰減明顯。新膜質量為14 kg，送檢的2隻 膜元件質量分別為15.69、15.56kg，膜質量分別增長了12.07%和11.14%。2隻膜元件脫鹽率均≥99.5%，脫鹽率正常。由此分析，反滲透出力下降的原因為膜表麵存在汙染物的沉積。

2、膜元件探針測試

膜元件探針測試是通過將1根直徑約為25.40 mm的塑料管插入整個膜組件的產水中心管內，檢測產水電導率在中心產水管內的分布。探針測試試驗表明，1#膜元件內部產水電導率在22.0~27.4 μS/cm，2#膜元件內部產水電導率在20.5~24.9 μS/cm。2隻膜元件內部產水水質分布都比較均勻，可以排除機械損傷和化學損傷導致的鹽泄漏，也說明膜元件在使用的過程中沒有出現背壓現象。

3、膜表麵無機結垢分析

采用電感耦合等離子體發射光譜（ICP）對反滲透膜片無機元素進行分析，結果見表 2。

表2 膜元件ICP分析結果

分析結果表明，膜元件汙染物成分中，各金屬元素含量非常低，膜表麵無機物總單位麵積質量僅為33.96mg/㎡，其中，結垢性無機鹽單位麵積質量隻有18.71mg/㎡，無機結垢類物質在膜表麵的附著量很低。ICP分析結果說明膜表麵無機結垢現象輕微，不是導致係統運行故障的原因。

4、膜表麵有機汙堵分析

采用電鏡-能譜（SEM-EDX）對膜表麵汙染層形態和元素組成進行分析，見表 3。

表3 膜表麵汙染物質EDX 分析結果

電鏡分析結果表明，膜表麵汙染層結構致密、平整，形態均勻，屬於黏附性強、產水阻力較大的凝膠汙染層。因此，采用常規酸、堿難以恢複膜元件產水性能。表3的分析結果表明，膜表麵汙染物中C、N、O的含量很高，質量分數合計達到98.42%，說明膜表麵含有大量的有機汙染物質。除此之外，膜表麵還有少量的Na、Si、Al等元素，質量分數合計＜2%，表明膜表麵無機物沉積量很少。EDX的分析結果和ICP的結果基本吻合。

采用氣相色譜/質譜聯用（GC-MS）對膜表麵有機物做進一步分析，分析結果表明，膜表麵汙染物主要為有機烷烴類物質和含鹵族元素的化合物，還有少量的烯烴類和胺類物質。

二、有機汙堵原因分析

對反滲透係統進水中的有機物進行了分析，結果見表 4。

表4 反滲透係統進水有機物分析結果

由表4可知，進水COD變化較大，最高達到30 mg/L。反滲透設計回收率為75%，濃水側COD將達到100mg/L以上，進水有機物含量偏高是造成反滲透膜汙堵的主要原因之一。

另外，對現場運行情況進行勘察，發現超濾進水餘氯在0.1 mg/L以下，沒有起到有效的殺菌作用。夏季微生物的活性明顯高於春季和冬季，因此有效的殺菌處理是保證係統穩定運行的關鍵。如果殺菌劑投加不到位，微生物會在係統內滋生，微生物新陳代謝過程中將產生胞外聚合物，加上進水中的有機物，造成膜進水有機物含量過高，導致反滲透有機汙堵。

三、清洗方案及效果

1、表麵活性劑SDS（二烷基璜酸鈉）等藥劑進行清洗。采用NaOH、EDTA和SDS分別在pH=11的條件下進行靜態清洗試驗，結果如圖 2所示。

圖2 不同藥劑清洗效果

由圖2可知，在pH=11條件下，NaOH、EDTA和SDS 3種藥劑洗出物質量分別為0.95、1.87、1.42mg/cm2。采用單一堿洗難以去除膜表麵黏附的有機汙染物；EDTA可絡合重金屬，在高pH條件下可分解有機物，采用EDAT堿洗對汙染物的去除效率為單一堿洗的2倍左右；SDS為表麵活性劑，SDS有親水、親油2種基團可以吸附有機物使其溶解在清洗液中，SDS堿洗效果為單一堿洗的1.67倍。EDTA堿洗對反滲透膜有機汙染的清洗效果最佳。

2、清洗效果分析

結合反滲透膜片靜態清洗試驗結果，現場采用EDTA堿洗（pH=11）與鹽酸酸洗（pH=2）相結合的清洗方案，采用動態循環與靜態浸泡相結合的清洗方式。膜清洗前後反滲透係統運行效果對比如表 5所示。

表5 膜清洗前後反滲透運行效果對比

清洗後單列反滲透出力由42m³/h恢複到59m³/h，係統回收率由55%恢複到74%，進水壓力和段間壓差明顯降低，清洗效果顯著。

四、運行優化措施

1、提高反滲透進水殺菌效果

電廠在水源取水口加氯，但預處理管線內餘氯濃度偏低。根據監測結果，預處理設備進口餘氯在0.2~0.3 mg/L，小於餘氯0.5~1.0 mg/L的控製要求。而且餘氯采用恒定投加量控製方式，即在水源水質發生變化時，取水口殺菌劑的投加量恒定。水庫水在夏季有機物和微生物偏高，由於有機物會耗氯，而且次氯酸鈉殺菌效果隨溫度的升高而降低，導致殺菌效果偏差。建議電廠根據水源水質情況，動態調節次氯酸鈉投加量，並在預處理設備進口增設餘氯表計，根據餘氯實時監測值，調節加藥量。

2、 強化混凝澄清處理設備的運行性能

水庫水先進淨化站進行混凝澄清處理，混凝劑采用聚合氯化鋁。電廠運行情況表明，運行人員沒有根據進水水量和水質合理投加混凝劑，混凝劑投加混亂，預處理運行效果差。混凝過程對懸浮態和膠態有機物的去除率在90%以上，對溶解性有機物去除率約為30%左右。因此需針對進水水質情況，通過試驗確定混凝劑最佳投加量，優化混凝工藝運行參數，提高預處理係統對有機物的去除率。

3、優化超濾運行參數

超濾設計出力為2×115m³/h，實際運行過程中單列超濾出力在160~175m³/h，高出設計出力40%~50%，膜通量在123~135 L/（ ㎡·h）之間。采用瀅格公司生產的dizzer@XL0.9MB60型號超濾膜組件，最高膜通量為120 L/（㎡·h）。由此可見，超濾運行通量高出膜組件上限。在偏高的膜通量運行條件下，易造成超濾跨膜壓差升高，加速膜汙堵並影響出水品質。為確保後續反滲透係統的正常運行，需降低超濾膜出力至設計值。

五、結論

1、根據膜元件分析結果，反滲透膜表麵無機結垢現象輕微，有機汙堵是造成反滲透膜汙堵的主要原因。

2、通過對電廠運行情況的了解，分析造成膜有機汙堵的主要原因為進水有機物含量偏高以及原水殺菌效果差。

3、采用EDTA 堿洗（pH=11）與鹽酸酸洗（pH=2）相結合的清洗方案對反滲透係統進行清洗，清洗後回收率恢複到74%，清洗效果顯著。

4、通過采取提高反滲透進水殺菌效果，強化混凝澄清設備的運行性能以及優化超濾運行參數等措施，可提高反滲透係統運行的穩定性。

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