膜污染与清洗Word格式.doc
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轻度增加
难溶盐类
(Ca/Mg/Ba/Sr)
末段最末端膜元件
适度增加
一般增加
聚合硅沉积物
增加
生物污染
任何位置通常前端膜元件
明显增加
有机物污染
(难溶NOM)
所有段
降低
阻垢剂污染
末段最严重
氧化损坏
一段最严重
水解损坏(超出pH范围)
一般降低
磨蚀损坏(颗粒物)
O型圈渗漏(内连接管或适配器)
无规则
(通常在两端适配器)
膜元件外壳破损
(由撞击造成)
(运输或安装间隙)
可能降低
可能增加
膜卷突出
(压差过大导致)
两端膜元件
当膜元件仅仅是发生了轻度污染时,重要的是清洗膜元件。
重度污染则会阻碍化学药剂深入渗透至污染层,影响清洗效果。
如果膜元件的性能降低至正常值的30-50%,那么,欲完全恢复膜元件出厂时的初始性能是不可能的。
在反渗透系统设计中,可使用反渗透产品水冲刷系统中的污染物以降低清洗频率。
用产品水浸泡膜元件可有助于污垢的溶解、脱落,降低化学清洗的频率。
清洗何种污染物以及如何清洗要根据现场污染情况而进行。
对于几种污染同时存在的复杂情况,清洗方法是采用低pH和高pH的清洗液交替清洗。
膜元件受到污染时,往往通过清洗的方式来恢复膜元件的性能。
清洗的方式一般有两种,物理清洗(冲洗)和化学清洗(药品清洗)。
物理清洗(冲洗)是不改变污染物的性质,使用机械性的冲刷清除膜元件中的污染物,恢复膜元件的性能。
化学清洗是使用相应的化学药剂,改变污染物的组成或属性,然后排出膜元件,恢复膜元件的性能。
吸附性低的粒子状污染物,可以通过冲洗(物理清洗)的方式达到一定的效果,像生物污染这种对膜的吸附性强的污染物使用冲洗的方法很难达到预期效果。
冲洗已经很难去除污染物时,应停止装置并采用化学清洗。
为了提高化学清洗的效果,清洗前,有必要通过对污染状况进行分析,确定污染的种类(详细参照第九章相关内容)。
在掌握污染物种类、成分、数量的基础上,选择合适的清洗药品是清洗成功的关键因素。
化学清洗与物理清洗并是可以相互配合的两种清洗手段。
在面对轻度污染时,采用物理清洗时添加一些化学药品可以使清洗效果倍增,同样在严重污染采用化学清洗时也可以使用一些物理性的强化手段来增强化学清洗的效果。
8.3污垢成份
碳酸钙垢
碳酸钙垢是一种矿物结垢。
当阻垢剂/分散剂添加系统出现故障时,或是加酸pH调节系统出故障而引起给水pH增高时,碳酸钙垢有可能沉积出来。
尽早地检测碳酸钙垢,对于防止膜层表面沉积的污垢结晶损伤膜元件是极为必要的。
早期检测出的碳酸钙垢可由降低给水的pH值至3-5,运行1-2小时的方法去除。
对于沉积时间长的碳酸钙垢,可用低pH值的柠檬酸溶液清洗去除。
硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢
硫酸盐垢是比碳酸钙垢硬很多的矿物质垢,且不易去除。
硫酸盐垢可在阻垢剂/分散剂添加系统出现故障或加硫酸调节pH时沉积出来。
尽早地检测硫酸盐垢对于防止膜层表面沉积的污垢结晶损伤膜元件是极为必要的。
硫酸钡和硫酸锶垢较难去除,因为它们几乎在所有的清洗溶液中难以溶解,所以应特别加以注意。
磷酸钙垢
磷酸钙垢在高含磷的市政污水处理中是较为常见的。
通常这种垢可用酸性清洗液去除。
目前在海德能公司的RO设计软件中未包含磷酸盐垢的计算。
如果在给水中磷酸盐的含量达到或大于5ppm,请与海德能公司联系。
金属氧化物/氢氧化物污染
典型的金属氧化物和金属氢氧化物通常为铁、锌、锰、铜、铝等金属的化合物。
这种垢可能是管路、容器(罐/槽)的腐蚀产物,金属材料会被空气、氯、臭氧、高锰酸钾氧化,或者来自于预处理过滤系统中使用的铁或铝混凝剂。
聚合硅垢
硅胶垢去除困难,来自于可溶性硅过饱和或聚合反应。
硅胶垢与硅基胶体污染不同,后者可能与金属氢氧化物和有机物有关。
采用传统的清洗方法几乎无法对付硅垢,如果遇到清洗不利的情况请联系海德能公司。
现在也有一些非常利害的药剂,如氟化氢氨在一些地方成功应用,但它的毒性很大,对设备也有害。
胶体污染
胶体是悬浮在水中的无机物或是有机与无机混合物的颗粒,它不会由自身重力而沉淀。
胶体物通常含有以下一个或多个主要组份:
铁、铝、硅、硫或有机物。
溶解性天然有机物污染(NOM)
溶解性天然有机物污染(NOM,NaturalOrganicMatter)通常是由地表水或深井水中的营养物分解所致。
有机污染的化学机理很复杂,主要的有机组份或是腐植酸,或是灰黄霉酸。
非溶性NOM被吸附到膜表面可造成RO膜元件的快速污染,一旦吸附作用产生,凝胶或块状的污染过程就会开始。
微生物沉积
有机沉积物是细菌粘泥、真菌和霉菌等沉淀物,这种污染物较难去除,尤其是在给水通路被完全堵塞的情况下。
给水通路堵塞会使清洁的进水难以充分均匀的进入膜元件内。
为抑制这种沉积物的进一步生长,重要的是不仅要清洁和维护RO系统,同时还要清洁预处理、管道及端头等。
对膜元件采用氧化性杀菌时,请与海德能公司技术支持部门联系,使用海德能公司认可的杀菌剂。
8.4物理清洗
1物理清洗的意义
物理清洗是通过低压力、高流速的进水冲刷膜元件,将短时间内在膜表面附着的污染物和堆积物清洗掉的方式。
图-1 清洗时膜面的状态示意图
2清洗要点
清洗时的要点是高流速,低压力和清洗频率。
(1)清洗的流速
装置运行时,附着性高的颗粒状污染物逐渐堆积在膜表面。
如果清洗时的流速与运行时的流速相等或更低,则很难把这些污染物从膜元件中冲洗出来。
因此,清洗时应使用比正常运行时更高的流速(一般可考虑为正常运行浓水流速的1.2倍)。
而实际上膜元件两端的压差与进水流量成正比,单只膜元件的压力差不允许超过0.7bar,因此海德能公司对单只膜元件的最大进水流量作了严格的限制,请在清洗时遵循以下规定。
表-2 运行时单只膜壳浓水流量范围
规格
单只容器的浓水流量
单只容器的最大进水流量
8英寸膜壳
7.2-12.0m3/hr
17.0m3/hr
4英寸膜壳
1.8-2.5m3/hr
3.6m3/hr
(2)清洗压力
正常高压运转时,压力直接垂直作用膜面,使进水透过膜面得到产水,同时污染物也被压向膜面。
所以在清洗时,如果采用同样的高压,则污染物被积压在膜表面,清洗的效果就会降低。
清洗时尽可能的通过低压,高流速的方式,增加水平方向的剪断力把污染物冲出膜元件。
清洗压力一般建议控制在3.0bar以下。
如果在3.0bar以下,很难达到流量要求时,尽可能控制进水压力,以不出产水为标准。
一般进水压力不能大于4.0bar。
(3)清洗频率
条件允许的情况下,建议经常对系统进行清洗。
增加清洗的次数比延长1次清洗的时间更为有效。
一般清洗的频率推荐为1天1次以上。
根据具体的情况,顾客可以自行规定清洗的频率。
清洗用水一般使用合格的预处理产水即可,清洗时的流量、时间以及压力条件归纳在表-3中。
表-3清洗条件
膜尺寸
(inch)
压力
(bar)
频率
(次/日)
时间
(分)
8
3.0以下
1次以上
10-15
4
3清洗步骤
(1)停止装置
缓慢地降低操作压力,逐步停止装置。
急速停车造成的压力急速下降会形成水锤,将会对管道、压力容器以及膜元件造成冲击性损伤。
(2)调节阀门
首先全开浓缩水阀门;
然后关闭进水阀门;
接着全开产水阀门(如关闭系统后关闭了产水阀门)。
如果错误的关闭产水阀门,压力容器中的后端的膜元件可能因为产水背压而造成膜元件机械性损伤。
(3)清洗作业
首先启动低压清洗泵;
然后缓慢地打开进水阀,同时观察浓缩水流量计的流量;
调节进水阀门直至流量和压力调节到设计值;
最后在10-15分钟后慢慢地关闭进水阀门,停止进水泵。
8.5化学清洗
1化学清洗药品的选择与使用
选择适宜的化学清洗药剂及合理的清洗方案涉及许多因素。
首先要与设备制造商、RO膜元件厂商、或RO特用化学药剂及服务人员取得联系。
确定主要的污染物,选择合适的化学清洗药剂。
有时针对某种特殊的污染物或污染状况,要使用RO药剂制造商的专用化学清洗药剂,并且在应用时,要遵循药剂供应商提供的产品性能及使用说明。
特殊情况下可针对具体情况,从反渗透装置取出已发生污染的单支膜元件进行测试和清洗试验,以确定合适的化学药剂和清洗方案。
为达到最佳的清洗效果,有时会使用多种化学清洗药剂进行组合清洗。
典型地程序是先进行低pH值清洗,去除矿物质污染物,然后再进行高pH清洗,去除有机物。
有些情形下,是先进行高pH清洗,去除油类或有机污染物,再进行低pH清洗。
有些清洗溶液中加入了洗涤剂以帮助去除严重的生物和有机碎片垢物,同时可用其它药剂如EDTA(乙二氨四乙酸)等螯合剂来辅助去除胶体、有机物、微生物及硫酸盐垢。
需要慎重考虑的是,如果选择了不适当的化学清洗方法和药剂,污染情况会更加恶化。
使用化学清洗药品时需要符合以下原则:
(1)选用的专用化学药剂,首先要确保其已由化学供应商认定并符合用于海德能公司膜元件的要求。
药剂供应商的指导和建议不应与海德能公司此技术手册中推荐的清洗参数和限定的化学药剂种类相冲突。
(2)如果正在使用指定的化学药剂,要确认其已在此海德能公司技术手册中列出,并符合海德能公司的要求。
(3)影响清洗效果的因素是多方面的,应该采用组合式方法完成清洗工作,包括适宜的清洗pH、温度及接触时间等参数,这将会有利于增强清洗效果。
(4)在推荐的最佳温度下进行清洗,同时应尽可能减少化学药剂与膜元件的接触次数,以求达到最好的清洗效率和延长膜元件寿命的效果。
(5)应该谨慎地控制清洗液的pH值范围,可延长膜元件的使用寿命。
保守的pH范围是4-10,允许使用的最大pH范围为2-12(见表-6)。
(6)最有效的典型清洗方法是从低pH至高pH溶液进行清洗;
但对油污染膜元件的清洗不能从低pH值开始,因为油在低pH时会固化。
(7)当清洗多段反渗透装置时,最有效的清洗方法是分段清洗,这样可控制最佳清洗流速和清洗液浓度,避免后段的膜元件受到前段污染物的堵塞。
(8)如果系统已发生生物污染,就要考虑在清洗之后加入一个杀菌剂化学清洗步骤。
杀菌剂必须可在清洗后立即进行,也可在运行期间定期进行(如一星期一次)连续加入一定的剂量。
必须确认所使用的杀菌剂与膜元件相容,不会带来任何对人的健康有害的风险,并能有效地控制生物活性,且成本低。
(9)为安全起见,要确保在清洗时所有的软管和管路可承受清洗温度、压力和pH条件下的操作。
(10)为保证安全,溶解化学药品时,切记要慢慢地将化学药剂加入充足的水中并同时进行搅拌。
(11)从安全方面考虑,不能将酸与苛性(碱性)物质混合。
在要使用下一种溶液之前,应从RO系统中彻底冲洗干净滞留的前一种化学清洗溶液。
2海德能推荐的清洗药品
表-4列出了在清洗不同的污染物时所推荐的化学清洗方案。
重要提示:
要从化学品供应商处力求得到化学药剂的性能参数、操作指南和安全注意事项,并且在处理和保存所有化学品时严格按照说明书要求执行。
表-4海德能公司推荐的化学清洗溶液
污染物
弱洗时
强洗时
1
2
金属氧化物/氢氧化物(铁、锰、铜、镍、铝等)
5
无机胶体污染物
无机/有机胶体混合污染物
6
无
7
微生物类
3或6
天然有机物(NOM)
表-5“海德能公司清洗液配方”提供的清洗溶液是将一定重量(或体积)的化学药品加入到100加仑(379升)的洁净水中(RO产品水或不含游离氯的水)。
溶液是按所用化学药品和水量的比例配制的。
溶剂是RO产品水或去离子水,无游离氯和硬度。
清洗液进入膜元件之前,要求彻底混和均匀,并按照目标值调节pH、温度。
常规的清洗方法基于用化学清洗溶液循环清洗1小时和1种任选的化学药剂浸泡一小时的操作而设定的。
表-5海德能公司清洗液配方(以100加仑,既379升为基准)
编号
主要组份
药剂量
pH调节值
最高温度
柠檬酸
(100%粉末)
17.0磅
(7.7公斤)
用氨水调节PH=4.0
40
三聚磷酸钠
NA-EDTA
7.0磅
(3.18公斤)
用硫酸或盐酸调节PH=10.0
3
十二烷基苯磺酸钠
17磅
2.13磅
(0.97公斤)
用硫酸或盐酸调节
PH≤10.0
盐酸
(36%HCl)
0.47加仑
(1.8升)
用盐酸缓慢调节
PH≤2.5
35
亚硫酸氢钠
8.5磅
(3.86公斤)
用氢氧化钠调PH≥11.5,
再加盐酸调PH≤11.5
氢氧化钠
十二烷基磺酸钠
0.83磅
(0.38公斤)
0.25磅
(0.11公斤)
30
(100%粉末)
表-6“清洗液pH和水温极限的关系”表明了对特定膜元件的最大pH和温度极限值,超出这一限制会造成不可恢复的膜元件损坏。
海德能公司建议的最小清洗温度极限是21℃,因为在较高温度下清洗效力和清洗药剂的溶解性会有明显改善。
表-6 清洗液pH和水温极限的关系
清洗液pH值
产品
45℃(T>
35)
35℃(T>
30)
30℃以下
CPA
2-10
2-11.5
2-12.0
ESPA
LFC
SWC
2-11.0
ESNA
3-10
在清洗过程中,污染物会消耗清洗药品,pH值会因此发生变化,同时药品的清洗效力会降低。
化学清洗时需要随时监测pH值的变化,及时调节pH值。
一般测定pH值偏离设定pH值0.5以上时,需要再进行化学药品添加。
清洗液介绍
溶液1
2.0wt%柠檬酸(C6H8O7)的低pH清洗液(pH值为4)。
对于去除无机盐垢(如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢等),金属氧化物/氢氧化物(铁、锰、铜、镍、铝等),及无机胶体十分有效。
注意:
使用氢氧化铵(氨水)向上调节pH值是因为形成的,柠檬酸铵具有很好的螯合性。
这时不能用氢氧化钠调pH值。
溶液2
2.0wt%STPP(三聚磷酸钠Na5P3O10)和0.8wt%的Na-EDTA混合的高pH洗液(pH值为10)。
它专用于去除硫酸钙垢和轻微至中等程度的天然有机污染物。
STPP具有无机螯合剂和洗涤剂的功用。
Na-EDTA是一个具有螯合性的有机螯合清洗剂,可有效去除二价和三价阳离子和金属离子。
STPP和Na-EDTA均为粉末状。
溶液3
2.0wt%STPP(三聚磷酸钠Na5P3O10)和0.25wt%的Na-DDBS[十二烷基苯磺酸钠,C6H5(CH2)12-SO3Na]混合液的高pH洗液(pH值为10)。
该洗液用于去除重度的天然有机物(NOM)污染。
STPP具有无机螯合剂和洗涤剂的功用,Na-DDBS为阴离子洗涤剂。
溶液4
0.5wt%盐酸低pH清洗液(pH为2.5),主要用于去除无机物垢(如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢等),金属氧化物/氢氧化物(铁、锰、铜、镍、铝等),及无机胶体。
这种清洗液比溶液1要强烈些,因为盐酸(HCl)是强酸。
可以使用以下浓度的盐酸:
27.9wt%(波美度18),31.4wt%(波美度20),36.0wt%(波美度22)。
溶液5
1.0wt%亚硫酸氢钠(Na2S2O4)高pH清洗液(pH为11.5)。
它用于去除金属氧化物和氢氧化物,且可一定程度的扩展至去除硫酸钙、硫酸钡和硫酸锶垢。
亚硫酸氢钠是强还原剂,亚硫酸氢钠为粉末状。
溶液6
0.1wt%氢氧化钠和0.03wt%SDS(十二烷基磺酸钠)高pH混合液(pH为11.5)。
它用于去除天然有机污染物、无机/有机胶体混合污染物和微生物(菌素、藻类、霉菌、真菌)污染。
SDS是会产生一些泡沫的阴离子表面活性剂型的洗涤剂。
溶液7
0.1wt%氢氧化钠高pH清洗液(pH为11.5)。
用于去除聚合硅垢。
这一洗液是一种较为强烈的碱性清洗液。
3化学清洗系统
(1)化学清洗设备配置:
在线清洗时,膜元件通常放在压力容器中进行清洗,除运行装置以外,需要另外设置清洗装置。
清洗系统的示意图如图-2所示。
清洗设备一般包含清洗水箱、过滤器、循环泵、压力表、温度计、阀门、取样点、管线等。
清洗水箱的容积要保证,连接软管、过滤器、管路和RO压力容器内置换用水水量的要求。
图-2 RO化学清洗装置示意图
表-7化学清洗系统规格和配置
设备名称
规格及配置
清洗水箱
水箱材质应选用玻璃钢或聚乙烯
能方便药品添加,应设置搅拌混合措施
清洗水箱底部应设置锥形底,方便箱内液体排尽
应设有液面计观察液位,并标明体积刻度
循环泵
SUS316L以上材质
循环泵的出口处设有排气口,兼用为取样口
循环泵的扬程不小于50m
保安过滤器
能除去化学清洗中产生的5μm以上的粒子
流量计/压力表/温度计
测定清洗流量、压力和温度
取样口
设置在供给水和浓水管路,测定pH、TDS、电导
配管
软管和聚氯乙稀(PVC)
提携式计量器
pH计和TDS计(或电导仪)
秤/量筒
称量药品(粉末状)/称量药品体积(液体药品)
(2)清洗用水体积计算
计算RO膜元件、保安过滤器以及管路的体积,概算所需清洗液的体积,保证清洗液量。
RO膜元件清洗液的体积计算法参考表-8中。
表-8 单支RO膜元件所需清洗液的体积
膜元件规格
常规污染
重度污染
直径4英寸长度40英寸
9.5升
19升
直径6英寸长度40英寸
38升
直径8英寸长度40英寸
34升
68升
直径8.5英寸长度40英寸
76升
注:
不包括管路输送、过滤器及初始20%排放所需的体积量。
(3)化学清洗流量
表-9化学清洗时单支膜壳流量(入口压力≤4bar)
单位GPM
单位LPM
单位m3/h
直径4英寸
6-10
23-38
1.4-2.3
直径6英寸
12-20
45-76
2.7-4.5
直径8英寸
24-40
91-151
5.5-9.1
直径8.5英寸
27-45
102-170
6.1-10.2
(4)清洗用水的水质
因为清洗用水是用于溶解酸和碱等药品,因此建议使用RO产水,如果没有RO产水时,所使用的水必须是不含硬度、游离氯及铁离子的离子交换水或蒸馏水。
(5)清洗前的注意事项和准备工作
●使用药品前,仔细阅读从药品公司处得到的药品安全表格(MSDS)和药品说明;
●操作时,穿戴安全眼睛、手套、工作服;
●使用前校正pH计;
●估算所用清洗液体积;
●保证清洗液进入系统前,所有的清洗药品完全溶解和混合;
●清洗液的温度和pH值范围符合规定值。
4化学清洗过程
(1)在4Bar(60psi)或更低压力条件下进行低压冲洗,即从清洗水箱中(或合适的水源)向压力容器中泵入清洁水并排放几分钟。
冲洗水必须是洁净的、去除硬度、不含过渡金属(Fe、Mn等)和余氯的RO产品水或去离子水。
(2)在清洗水箱中配制指定的清洗溶液。
配制用水必须是去除硬度、不含过渡金属和余氯的RO产品水或去离子水。
将清洗液的温度和pH应调到所要求的值。
(3)启动清洗泵将清洗液泵入膜组件内,循环清洗约1小时或是要求的时间。
在初始阶段,在清洗液返回至RO清洗水箱之前,应将最初的回流液排放掉,以免系统内滞留的水稀释清洗溶液。
在化学药剂与RO装置接触后,装置内的污染物在化学反应的作用下会被大量冲出,为了避免污染清洗液,这些清洗液也应该被排放掉,直至清洗液颜色转淡再进
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