行业专项 研究：电厂中水处理反渗透膜污染分析及清洗方法

某电厂中水脱盐处理系统的反渗透工艺单元在长期运行过程中出现了严重的膜污堵情况。本文通过对反渗透单元进水水质及膜表面微观形貌的检测，分析了导致该系统反渗透膜污染的原因，并基于此针对性的开展了反渗透膜在线、离线清洗工艺的相关研究，实现了反渗透脱盐单元在较低压差下的正常工作，保证了中水处理系统的安全经济运行。

0 T' K8 K9 S! G. A  b# k1 前言

随着我国社会与经济的不断发展，水资源紧缺问题日趋严峻。中水回用作为一种技术可行、经济适用的水资源综合利用技术，愈发受到国内企业、科研单位的关注和认可。其中利用反渗透技术，使中水经过脱盐处理后达到电厂冷却水甚至锅炉补水水质要求，更成为电厂解决水资源紧缺，控制污水排放量的一种主要手段。
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; I% E  }) n1 H  H' S* [) @. L某电厂根据其现有 2×350MW 燃煤发电机组设计了中水深度处理系统，该系统以“超滤-反渗透”作为核心工艺单元，实现了中水回用为锅炉补给水源。自投运以来，获得了良好的社会与经济效益。但是，由于城市中水来水水质不稳定，在长期运行过程中，该系统的反渗透工艺单元出现了严重的膜污染情况，反渗透一、二段压差上升，膜元件脱盐率和出力下降，严重影响系统的安全与经济运行。

0 k6 U- E( n6 L' `3 A5 H) G; g* p本文针对该电厂中水处理系统出现的反渗透膜污染情况，对反渗透系统进水进行水质及受污染膜表面微观形貌进行了检测，分析了导致反渗透膜污染的原因，并针对性的开展了反渗透膜在线、离线清洗工艺的相关研究，以确保反渗透脱盐系统发挥其正常效能，延长膜运行周期和寿命，实现中水处理系统的安全稳定经济运行。
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- X! r9 @; p* m9 V( A3 V+ l2 研究方法

$ f8 u7 C$ n6 |2.1 水质及膜污染分析
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  F) {+ e3 }& T7 M( t采用哈希预制管消解比色法以及分光光度法对系统各点水样进行了 COD、UV254 的分析，同时通过分子量分布测试初步确定了水样的有机物成分。利用扫描电子显微镜 SEM 对反渗透膜污染后的表面微观结构进行了表征。

3 q9 A2 v( H$ \* P$ Y2.2 在线清洗工艺

( S% E0 |) `4 s3 ?; J8 x(1)清洗对象：中水脱盐处理系统中四台反渗透装置，清洗过程中反渗透工艺段回收率暂由 75%调整至 70%；
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(2)清洗剂种类：①自配：氢氧化钠+十二烷基苯磺酸钠；②外购：反渗透膜专用清洗剂；
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(3)清洗温度：35℃、40℃。
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2.3 离线清洗工艺

2 {% P( J2 R% K+ o; y( F4 ~: L% K杀菌处理：用反渗透产品水配制杀菌剂溶液，循环 20 分钟，浸泡 30 分钟；
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碱洗：按照 0.025 % 的十二烷基苯磺酸钠 +1 % 的EDTA-4Na+1 %的三聚磷酸钠配制碱洗清洗液，采用氢氧化钠调节清洗液 pH 值至 12，在 0.3Mpa 左右的压力下高流量循环 20 分钟后，浸泡 60 分钟后继续循环 20 分钟。持续同样步骤循环，期间检测清洗剂 pH 的变化，通过投加 NaOH 调节 pH 维持在 12 左右，直至清洗溶液 pH 变化不大为止；

; R0 b9 k/ E' f酸洗：按照 1 %柠檬酸配制酸洗清洗液，用 HCl 调节 pH 至2.5。在 0.3Mpa 左右的压力下高流量循环 20 分钟后，浸泡 30 后继续循环 20 分钟，期间检测清洗剂 pH 的变化，通过投加 HCL调节 pH 维持在 2.5 左右，直至清洗溶液 pH 变化不大为止。

3 结果与讨论
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3.1 水质与膜形貌分析

) N4 J  S8 z2 E6 Z; @/ ~表 1-1 为中水处理系统各工艺单元的中 COD 分析结果，从有机物指标来看，中水处理过程中系统整体的 COD 较小，基于此可以推断该系统的 TOC 也相对较小，其中反渗透膜进水 COD 为13，能够符合 RO 膜对进水 COD 的要求。

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从各单元的分子量分布图 1-1 可以发现，水中的有机物主要是低分子量的腐殖质类污染物。基于上述测试结果可以推断，由于在中水处理过程中，微生物生长条件相对适宜，有机物的存在容易导致微生物的滋生，导致膜微生物污染的出现，这与该系统在实际运行过程反渗透膜污染情况也较为温和，在反渗透膜冬季污染情况相对缓和，进入夏季，由于气温上升，微生物快速繁殖导致膜压差也在该时间段内快速上升。
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: f- x4 @  h6 V# O, y图 1-2 为受污染反渗透膜的表面微观形貌分析结果，从图中可以看到，在污染膜表面已经无法看到聚酰胺反渗透膜表面典型的叶片状结构，膜表面存在一层致密且具有相当厚度的污染层，需要通过化学清洗的方法恢复其正常形貌。


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  a& J0 ^$ |3 m0 E2 ~3.2 反渗透膜在线清洗
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针对上述膜污染问题，本文分别采用自配“氢氧化钠+十二烷基苯磺酸钠”与购买膜专用清洗剂对反渗透系统进行了在线清洗，不同清洗剂清洗前后的参数对比如表 1-2 所示。从表中可以看到，自制的氢氧化钠加十二烷基苯磺酸钠这种清洗方法效果较好，清洗后各段压力均有明显下降，一、二段压差下降 0.13MPa；膜专用清洗剂清洗后各段压力也均有下降，但相对于自制清洗剂，压力下降幅度较小。
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表1-3中为清洗温度对反渗透系统清洗效果影响的相关参数，可以看到，当清洗温度控制在 35℃时，一、二段压差虽然有所下降，但是下降幅度较小 0.01~0.04Mpa；当清洗温度为 40℃时，一、二段压差下降可达 0.1~0.19Mpa，具有更好的清洗效果。除了上述在线清洗对反渗透膜透水脱盐性能的恢复以外，清洗过程还可有效去除膜元件端面、膜组压力容器端盖上附着的有机污堵物。通过多次膜系统耐温性试验，本系统所选用型号的反渗透膜元件在 40℃下清洗强度、外观及各项性能均未受到不良影响。


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& `- j7 M: Y0 H1 C5 q从上述清洗工艺的对比研究可以看到，使用自配的氢氧化钠+十二烷基苯磺酸钠清洗剂，清洗温度 43 度，清洗时间 24 时，清洗后效果优于膜专用清洗剂清洗，能够达到替代膜清洗剂的目的。
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通过成本核算对比，采用自配清洗剂，单次单台反渗透设备的清洗成本为 11.9 元，远低于使用膜专用清洗剂产生的费用，具有较大经济价值。

! d) X- ?! w% Y4 K, ?! @, a+ E% i9 O在对反渗透工艺单元进行在线清洗后，本项目记录了清洗投运 1 个月后各反渗透参数变化情况，各台反渗透膜运行参数如表1-4 所示。可以看到，运行一个月后各段压力和压差明显升高，一段压差较高的已接近 0.2MPa。结合上节膜表面微观形貌的分析结果，可以推断，在前期中水深度处理过程中，反渗透膜元件受到的污染十分严重，常规的在线清洗已不能使其完全恢复正常，需要进行更为彻底且更具针对性的离线清洗。
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% r, p% k) ~* |, v0 @) L9 u3.3 反渗透膜离线清洗
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图 1-3、1-4、1-5 至脱盐系统三台反渗透设备一、二段前两支膜在离线清洗前后运行状况的对比数据。从图中可以看到，根据清洗前后参数对比，各台反渗透系统在进水量与回收率相同的条件下，各反渗透设备压差均有大幅下降，离线清洗效果非常理想。在对离线清洗后反渗透设备运行情况的跟踪发现，离线清洗后的反渗透设备运行状况良好。
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* x; \5 f) _. p: d; C4 I' J  ]根据上述反渗透系统在线及离线清洗试验结果，该电厂采用自配的氢氧化钠氢氧化钠加十二烷基苯磺酸钠的清洗剂，以三至四周为一个清洗周期，同时，考虑到电厂冬季供热和夏季迎峰度夏工作顺利进行，在在线清洗的基础上，每年春秋两季再对反渗透进行两次离线清洗，使得一、二段压差维持在 0.25MPa 左右，通过在线清洗和离线清洗两者有机结合，基本保证了中水脱盐系统安全稳定的运行模式。来源:《广东化工》  作者:周光浩等