反滲透系統在長期運行中,受溫度、壓力、pH值、進水水質等因素的影響。膜表面會逐漸積累各種污染物,如膠體、微生物、無機物垢、金屬氧化物等。這些物質沉積在膜表面上,會引起反滲透裝置性能的下降。為了恢復膜的性能,需對膜進行化學清洗和消毒。
一、清洗的判斷標準
反滲透系統運行過程中,必須密切注意系統的脫鹽率、濃水量、透過水量以及膜組件給水側進出口壓差的變化,盡早發現問題,并根據原水分析報告預測可能發生的污染,調整預處理方法和變更操作條件。為了準確的判斷系統的清洗時機,應依據膜元件生產商提供的系統設計或標準化軟件對運行數據進行標準化計算,并和系統初始穩定運行時的數據對比,當出現下列情形之一時需對反滲透系統(或膜元件)進行清洗:
① 運行數據標準化后,鹽透過率比初始值增加10%以上;
② 運行數據標準化后,系統產水比初始值下降15%以上;
③ 運行數據標準化后,壓力容器壓差比初始值超過15%以上;
④ 作為日常維護,一般在正常運行3~6個月后;
⑤ 需長期停用,在用保護液進行保護前。
二、清洗的方式
清洗的方式大致可分為:物理清洗(沖洗)、化學清洗(藥品清洗)和離線清洗(將膜元件取出清洗)三種方式。
物理清洗(沖洗)
不改變污染物的性質,采用低壓大流量水流沖洗出膜元件中的污染物,恢復膜元件的性能。物理沖洗最好在每次開機和關機時進行,這對于及時清除膜的污染物效果顯著。
沖洗的流速:裝置運行時,顆粒污染物逐漸堆積在膜的表面。如果沖洗時的流速和制水時的流速相等或略低,則很難把污染物從膜元件中沖出來。因此,沖洗時要使用比正常運行時更高的流速。通常單支壓力容器內的沖洗流量(流量=流速×截面積)為:
8 英寸膜元件:7.2~12 m3/h;
4 英寸膜元件:1.8~2.5 m3/h。
沖洗的壓力:系統在正常高壓運行時,污染物被壓向膜表面造成污染。所以在沖洗時,如果采用同樣的高壓,污染物仍會被壓在膜表面上,清洗的效果不會理想。因此在沖洗時,應盡可能的通過低壓、高流速的方式,增加水平方向的剪切力,把污染物沖出膜元件。沖洗壓力通常控制在0.3 Mpa以下。
沖洗的頻率:條件允許的情況下,建議經常對系統進行沖洗。增加沖洗的次數比進行一次化學清洗更有效果。一般沖洗的頻度率推薦以一天1~2次為好。根據具體的情況,用戶可以自行控制沖洗的頻率。
沖洗的步驟:
① 停止反滲透系統的運行。緩慢地降低操作壓力并停止裝置。如果快速停止裝置,壓力會急速下降,這可能會對管道、壓力容器以及膜元件造成損壞。
② 開關相關閥門:順序為全開濃縮水閥門——關閉進水閥門——全開產水閥門(如果運行時產水閥門沒有全開的情況)。如果錯誤的關閉產水閥門,壓力容器中的后半部的膜元件可能發生產水背壓,造成膜元件破損。
③ 調節相關閥門完成沖洗作業:啟動低壓沖洗泵;在緩慢打開進水泵的同時,查看濃縮水流量計的流量;調節進水閥門,調節流量和壓力達到標準值;10~15 分鐘后慢慢地關閉進水閥門,停止進水泵。
④ 恢復正常運行。按日常啟動程序啟動系統。
2.化學清洗(在線)
化學清洗是當反滲透系統運行一段時間后根據反滲透膜的污染情況選擇適合的化學清洗藥劑通過化學清洗裝置對整個系統進行在線清洗,恢復膜元件的性能。
化學清洗一般是在系統運行一段時間(至少三個月)后才能進行,對于多種污染物同時存在時,通常需要多種藥劑結合清洗才能達到良好的清洗效果。
在線化學清洗設備:在線清洗是膜元件保留在壓力容器中進行的,通過系統專用管道(小型設備也常用本身設備的管道)對系統進行清洗,清洗流程圖如下圖所示。
在線清洗設備組成:一般包含清洗水箱,過濾器、清洗泵、壓力表、溫度計、壓力表、閥門、取樣點以及管線。
清洗水箱:
清洗箱容積要保證滿足連接軟管、管路和反滲透壓力容器內置換用水水量的要求。化學清洗常使用酸性和堿性的化學藥劑,因此清洗設備材質需要選擇耐腐蝕材料,如聚丙烯、玻璃鋼等。
清洗泵:
清洗泵通常是316L不銹鋼離心泵或氟塑料泵。清洗泵的揚程應考慮保安過濾器的壓降、管道的阻力損失等,一般清洗壓力為0.3~0.5Mpa。
膜廠商對不同規格的膜組件的清洗流量有一定的范圍。
如8″膜元件的清洗流量為6.8~9.1m3/h,如壓力容器并聯4根,清洗泵流量為6.8~9.1m3/h×4=27.2~36.4m3/h
清洗過濾器:
該過濾器用以除去清洗下來的沉淀物,大小同清洗流量而定。材質多選用不銹鋼或UPVC塑料的。
化學清洗步驟:
① 沖洗膜元件:如前所述采用物理沖洗的方法用反滲透產水或離子交換水進行幾分鐘沖洗。
② 配置藥品。保證藥品完全溶解。
③ 循環清洗:循環運行開始5分鐘,按設定流量1/3的量進行循環;循環 5~10 分鐘間,按設定流量2/3的循環流量循環;10分鐘后按流量要求循環。
循環的時間要根據具體情況決定。一般以1小時為準。這期間要隨時檢測pH值是否變化;壓力應該盡量保持較低的水平,盡可能的沒有產水出現;同時監測壓差是否有變化。
④ 浸泡及再循環。緩慢關閉反滲透膜元件入口的閥門,循環量接近零時,關閉循環泵。為了防止液體流出壓力容器,浸泡時可以關閉相關的閥門。浸泡的時間根據污染的程度決定。一般在 1~12 小時范圍。浸泡后打開相關閥門再進行循環。
⑤ 沖洗。用反滲透產水或離子交換水沖洗膜元件和清洗裝置中的藥液。這時系統從循環狀態替換到排放狀態。用供給水沖洗膜系統。沖洗的時間大約為 20~60 分鐘。可以通過測定排水的pH 值和電導率來判斷沖洗是否徹底,pH值和電導率的數值和進水的數值相近,并不再發生變化時就可以停止沖洗。
⑥ 試運行。正常啟動系統,初期產水要排放掉,直至產水的水質達到要求為止。為了得到穩定的反滲透產水水質,恢復的時間有時要幾小時到幾天時間。尤其采用堿性溶液清洗(高pH值)后,水質恢復需要較長的時間。
3.離線清洗
離線清洗是指從大系統中取出一支膜元件,用特定的清洗裝置進行化學清洗。離線清洗主要有三個優點:
對系統中出現問題的膜元件進行有針對性的檢測;
對大系統進行清洗前,檢驗單支膜元件的清洗效果試驗;
用于小系統清洗,單支膜的清洗方式可以增加清洗的效果。
單支膜元件的清洗系統如下圖所示: