大连水泥厂反渗透膜污染清洗工艺

中国环境学会  2011年 03月31日

   张伟, 费庆志,许芝

  (大连交通大学环境工程研究所,辽宁 大连,邮编116028,电话0411-84106793

   

  摘要:根据大连水泥厂反渗透的流程和原水特点以及运行情况,对大连市水泥厂反渗透系统膜的污染进行了分析和三十多次实验室单独清洗试验研究,从清洗配方、工艺、监督和操作中探索出了一套解决临近大海地区的膜清洗技术问题的方案.探索出一套海水水域地区反渗透膜清洗的方案,并提出了相关建议.

  关键词: 碳酸盐结垢,硫酸盐结垢,膜污染,化学清洗;

 

  0引言

 

  反渗透技术已经不仅广泛应用于工业的净水处理,也一步一步地走进了人们的生活.其中的膜污染问题越来越值得引起我们的注意,膜污染对我们的工业安全生产和人民的生活需要产生了很大的威胁.膜污染的特点是因为水质的不同,污染物也各不相同.存在着地域性的差别.

  大连市水泥厂反渗透处理的水主要用于锅炉用水和员工的生活饮用水,分为一级过滤和二级过滤处理方式,设计产水量为20T/H. 系统运行6个月以来,一直未经过清洗.造成了膜元件的严重污染.

  正常运行时,产水量20T/H,脱盐率为97%以上,进水电导率为15001us/cm,出水电导率为40 us/cm.

 

  1反渗透运行情况及污染物的确定.

 

  1.1原水特点

  大连市水泥厂的原水是当地的地下水,由于距海岸线特别近,由于海水倒灌,地下水中不仅碳酸钙、镁盐含量高而且有氯化钠、钾等盐类.正常情况下,原水的电导率在1500μS/cm.

 

  1.2 反渗透系统的流程

  井水→加氯操作箱→细沙过滤器→活性炭过滤器→阻垢剂加药箱→一级反渗透→二级反渗透→设备用水和生活饮用水.

 

  1.3  污染物的确定

  (1)从系统运行情况来看,出水为0.膜元件完全堵死.从工作人员那了解到,系统运行期间,由于阻垢剂供应不及时,一段时间阻垢剂停用,初步判断主要是结垢显现严重.

  (2) 取出膜元件后发现压力容器内壁及端板摸起来较粗糙;称取重量,发现膜由原来的16公斤增加到35公斤.

  (3)从膜元件的两端取少量米黄色颗粒物放入烧杯进行化学实验分析,加入盐酸后大部分固体溶解,有少量白色不容物质,用滤纸过滤发现滤纸上有白色不溶物质和红褐色物质,往滤液中加入HCl 有大量气泡产生,BCl2过有少量白色沉淀,判断大部分为碳酸盐结垢,微量硫酸盐结垢,还有微量铁盐.(1)(2)

  (4)由于原水含有无机物,胶体,微生物,由此判断膜元件也受到无机物,胶体,微生物的污染.

                                               

  1.4 原因及分析

  由于原水水质很差,有机物含量高,管理不善,预处理不好,是造成膜污染的主要原因.

   

  2.反渗透膜清洗.

 

  2.1膜污染清洗方案的确定

  常规的膜清洗步骤为碱洗、酸洗、盐洗、杀菌剂清洗.清洗方式为顺流清洗和逆流清洗;分段清洗和分段清洗;单一清洗和复合清洗;动态清洗和动静交替清洗;单管清洗和整体清洗.

  因为此次膜污染完全被堵死,如果采用整体清洗药液无法进入清洗系统,故采用单管清洗的方案.清洗方式为顺流清洗.为了让药剂充分与膜污染物反映,采用动静交替清洗.

  取一根被污染的膜元件放入清洗设备中,开启清洗泵,发现出水为0.药液根本无法进入膜组件中.然后取出膜组件在膜组件加1%的酸,有气泡产生.因为主要污染为结垢,故清洗方案采用酸洗碱洗二次酸洗杀菌剂清洗.清洗设备见图(3

 

  2.2.清洗步骤

  (1)膜元件清洗前预处理

      为了节省在清洗系统中的清洗时间.我们采用对膜组件进行预处理,把所有的膜组件先放在1%的酸液中进行浸泡,时间为24小时.定时检测浸泡液的pH值,如果pH上升则及时调整,使浸泡液的PH值保持在2.

  (2)酸洗过程

  配置好0.5%HCl清洗液,用氨水调节PH值为2对单根膜进行清洗.因为膜元件被完全堵死,如果单独开启清洗泵,清洗液很难进入膜内部,从而不能和污染物反应.清洗时间太长.所以在开始的时候采用清洗泵与高压泵同时开启的方案,但需要注意的是如果开启高压泵,因为压力过高很容易造成水锤现象,损害清洗设备同时对膜元件造成不可恢复的损伤.为了达到较高的压力的同时防止产生水锤现象,我们先开启清洗泵,同时打开清洗泵直接和膜元件相连接的管道阀门,然后在开启清洗泵.具体操作如下:

  开启阀门F1F3F4F7F8,关闭阀门F2F5F6.(见图4.开启清洗泵和高压泵.然后调剂阀门F4为半开状态.直到出水达到200L/H时关闭高压泵,关闭F4.

  然后每15分钟测一次酸液的PH,当PH变化为0.5以上时,往酸液中加酸,使PH调节到2.然后接着清洗.为了防止因为酸液中的盐浓度太大堵塞过滤器和再次污染膜元件,酸液加4次后则排掉,重新配置酸液,温度控制在40以下.

  PH值不在上升时开始动静交替清洗,停止清洗泵和高压泵,关闭清洗液进水阀、清洗液浓水回流阀和清洗液产水回流阀,让膜组件浸泡1小时,然后在开启清洗泵,打开清洗泵,开启清洗液进水阀、清洗液浓水回流阀和清洗液产水回流阀从而进行动静循环的清洗.清洗液温度控制在40oC.

  2)碱洗过程

  配制0.1%的氢氧化钠、1.0%EDTA四纳和0.025%的十二烷苯磺酸钠混合溶液.温度控制在30oC.进行动静循环清洗,清洗30分钟,浸泡1小时.3)二次酸洗

  配制2%的柠檬酸药液调节PH=4,温度控制在40oC.然后对膜元件进行和第一次酸洗步骤一样的动静混合清洗.

  4)杀菌过程

  配制0.02%的异塞唑啉酮杀菌剂对系统进行整个杀菌.清洗时也采用和以前一样的清洗步骤.

    

  2.3.效果评价

  对膜清洗完毕后效果如下表1,按照一般膜清洗的效果脱盐率应该达到95%以上.此清洗脱盐率达到94.7%.因为本次污染特别严重对膜元件造成了一定不可恢复的损坏.所以很难达到新膜产水的效果.大连水泥厂对本次的清洗效果比较满意.

  1单个膜元件系统运行参数

  膜编号

清洗前

清洗后

进水压力(MPa)

出水压力(MPa)

浓水流量(L/H)

清水流量(L/H)

清水电导率(μS/cm)

进水压力(MPa)

出水压力(MPa)

浓水流量(L/H)

清水流量(L/H)

清水电导率(μS/cm)

F2388550

-

-

-

0

-

0.92

0.8

2200

900

8

F2388572

-

-

-

0

-

1

0.97

2300

860

17

F2388599

-

-

-

0

-

1.01

1

2300

880

4

A6687537

-

-

-

0

-

0.85

0.84

1400

700

25

F2388553

-

-

-

0

-

1.05

1

2000

800

30

F2388579

-

-

-

0

-

0.99

0.97

2000

800

26

F2388591

-

-

-

0

-

1

0.99

1500

850

24

F2388599

-

-

-

0

-

1.1

1.09

2000

900

40

F2388521

-

-

-

0

-

0.7

0.7

1300

900

35

A6687043

-

-

-

0

-

0.9

0.88

1150

850

36

  

  2 清洗后反渗透膜系统运行参数

  一段进水压力(MPa)

二段进水水压力

浓水压力(MPa)

进水温度(ºC

进水流量(T/H)

产水流量

浓水流量(T/H)

进水电导率(μS/cm

产水电导率(μS/cm)

1.05

1

0.98

25-27

22

19.5

2.5

1150

60

   

  3常规膜污染和清洗时机的判断

 

  3.1 初步分析

  由于反渗透膜系统的性能随着温度、压力、PH、进水TDS等因素的变化而变化(如温度每降低3oC,产水量降低10%PH有较大变化是对产水电导产生影响),故有时膜系统性能的变化并非是系统受到了污染所致,为了准确判断系统的清洗时机,应依据膜元件生产商提供的标准化软件对运行数据进行标准化计算,运行数据标准化后若出现下列情况之一时应及时对反渗透膜系统进行化学清洗:

  (1), 数据标准化后,系统产水量比初始值下降15%以上.

  (2),数据标准化后,盐透过率比初始值增加10%以上.

  (3),数据标准化后,进水与浓水之间的压差比初始值增加10%以上.

  达到化学清洗条件后必须及时进行化学清洗,一般情况下清洗后都能基本恢复初始性能;但若不及时清洗将会造成膜污染系统的深度污染,导致化学清洗效果甚微,则很难恢复系统较好的性能.

  膜系统出现上述故障时,分析步骤一般如下:

  1)根据故障的症状、位置及日常运行的数据记录初步判断污染属于那里类型(污堵、结垢、微生物等);若无日常运行记录,则需对原水及浓水进行水质分析给预处理出水控制指标进行检测,帮助分析故障可能的原因.

  2)目测、称重、膜元件现场解剖等手段进一步确定故障的原因.

  目测:打开压力容器的一段进水端板和第二段出水端板,查看膜元件间断面及压力容器内壁,若内壁有滑腻感切有腥味则存在微生物污染;若内壁摸起来较粗糙,则存在结垢污染.

  称重:对第一段第一支和第二段最后一支膜元件称重,若一段第一支膜元件较重则可能存在悬浮物、胶体污染;若第二段最后一支膜元件较重则可能存在结垢污染.

  膜元件现场解剖:观察分析膜面污染物,在膜面加酸或加碱观察现象.

  3)通过对膜元件污染物的分析,制定合理的清洗方案和纠正措施.

 

  3.2 胶体污堵

  出现胶体污毒的原因:

  (1)预处理中絮凝剂投加量不足,未进行烧杯试验确定最佳加药量,在线絮凝效果不佳;

  (2)多介质和活性炭过滤负荷过大,过滤流速设计偏大,没有及时进行反冲洗、正洗;微滤或超滤的孔径设计偏大.

  (3)日常运行管理中没有检测SDI及浊度值,重视不够.

 

  3.3 金属氧化物污堵

  金属氧化物污堵主要发生在第一段,通常故障原因是

  (1)进水中含铁、猛和铝等离子;

  2)进水中含H2S并有空气进入,产生硫化盐;

  3)管道、压力容器等部件产生腐蚀产物.

 

  3.4 结垢

  结垢是微溶或难溶盐类沉积在膜表面,一般出现原硬度、碱度高且回收率较高的苦盐碱水系统中,常常发生在RO系统的最后一段,然后向前一段扩散.含钙、重碳酸根或硫酸根的原水可能会在数小时内出现结垢堵塞膜系统,而其他结垢一般形成较慢.结垢污染的原因:

  1)未对原水进行水质分析,阻垢剂投加量偏小或效果差;

  2)原水硬度高,且回收率太高,仅投加阻垢剂已不能抑制沉淀析出.

  3)膜污染污染物的确定

  此反渗透处理系统到最后产水为0,完全堵死.

  把膜元件全部取出,称重,发现一段所有膜均达到35公斤左右,二段在27公斤左右.由此判断污染物中还有部分胶体和金属氢氧化物污毒.

 

  4结论与建议

 

  (1)对于严重结垢的膜清洗需要采取清洗前预处理,PH2的酸浸泡.

  (2)对于多种复合型膜污染清洗,尤其是主要污染物为结垢的膜污染,先采取EDTA +酸洗的方法是必要的,先进性碱洗效果不明显. 为了达到最佳效果,最好进行二次酸洗.

  (3)清洗开始可以采用高压小流量然后转为低压大流量的清洗方式.同时注意防止水锤现象.

  (4)采用静态浸泡与动态清洗相结合的方法经济实惠,效果较好

  (5)对于反渗透膜的日常管理工作必须进行严格的管理,预处理工作必须做好,严格控制进水的水质.

  (6)以后的反渗透清洗设计可以考虑定时清晰的方法,比如运行10小时,系统自动进行反洗半个小时,及时对膜进行清洗,延长膜是使用寿命.

 

  参考文献:

  [1]张葆宗. 反渗透水处理应用技术[M] . 北京: 中国电力出版社, 2004.

  [2]施燮钧. 热力发电厂水处理[M] . 北京: 中国电力出版社,2004.

  [3]赵素梅,吴虹.国内膜产业领域生产和应用现状与展望[J].辽宁城乡环境科技.2000,(20):1214

  [4]Baker R W,Cussler E L et al.Membrane S0eparation System[J].Park Ridge,NJ:Noyes Data Corporation,1991

  [5]高从堦,鲁学仁,张健飞.膜科学与技术[J].1993 133):1

  [6]佐佐木武,徐平.美国海德能公司产品技术手册[Z]20057780

  [7]贵州汇通源泉膜产品与技术手册[Z]2006

  [8] 陈志善,谭斌,樊雄. 反渗透处理地表水膜污集的控制众清洗, 2008,2

   

   

 
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