反滲透裝置運行管理中若干問題的探討

摘要：近幾年來，隨著超純水在微電子、電力、生物工程、基本粒子研究等尖端工業(yè)的廣泛應用，為使超純水系統(tǒng)長期穩(wěn)定地運行，關鍵在于反滲透裝置的運行管理。本文從幾個方面詳細論述了用反滲透裝置制造工業(yè)超純水時，應注意的問題。

關鍵字：反滲透裝置超純水反滲透膜脫水率產水率純水及超純水是目前微電子、電力（包括核電）、生物工程、基本粒子研究等尖端工業(yè)和科學研究中不可缺少的基礎材料之一。目前工業(yè)化制造超純水的典型工藝流程是反滲透與離子交換技術相結合。由于反滲透工程不僅對陰陽離子具有90％以上的脫除率，而且具有99％的除菌和熱源能力，同時對中性的二氧化硅和分子量300以上的微量有機物具有較高的脫除率。從而使離子交換床的再生周期延長約10倍，廢水排放量是全離子法的1／10左右，尤其重要的是使隨后的混合床出水的電阻率長期穩(wěn)定在17-18MΩ-cm（25℃）。因此，近幾年來，此項技術日趨成熟，我國已具有許多專業(yè)生產反滲透設備廠家，可為電力、治金、輕工、汽車、半導體、化工、制藥、食品、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)提供高品質的純水。超純水系統(tǒng)長期穩(wěn)定地運行的關鍵是反滲透裝置的運行管理。本文就這一問題作一綜合性的討論，供有關人員參考。要使反滲透裝置得到長期穩(wěn)定的性能，除了選用組件和系統(tǒng)工藝設計合理以外，良好的運行管理是一個非常重要的因素，運行管理認真、仔細、嚴格可延長反滲透膜元件的使用壽命，反之要使反滲透裝置達到設計指標也是困難的，因此，在長期運行管理中應著重注意如下問題。1嚴格控制運行條件根據(jù)用戶原水分析報告，為了滿足對脫鹽率、產水率、回收率、壽命等要求，選擇合適的組件進行設計，組裝反滲透裝置。操作壓力、回收率（或濃水排放量）、進水的SDI（污染指數(shù)）、PH、余氯和溫度是反滲透裝置的主要運行控制參數(shù)；脫鹽率、產水量和裝置的壓力降是三個主要監(jiān)視性能參數(shù)。操作管理人員必須嚴格遵守，絕不能隨意改變操作條件。特別要防止提高回收率來增加產水量，導致反滲透膜面產生結垢；要防止在SDI值超標的情況下繼續(xù)運行，導致反滲透膜的堵塞；要防止在允許最大壓差以上繼續(xù)工作而造成膜元件的破壞性損壞。2防止碳酸鈣、硫酸鈣和二氧化硅的沉淀在超純水制造系統(tǒng)中，原水往往是苦咸水或城市自來水，而CaCO3、CaSO4、SIO2是反滲透膜面形成水垢的三種主要物質。在工程中，往往在保安過濾器前注入酸，降低pH值來防止CaCO3的沉淀，對醋纖膜講，調節(jié)進水PH值的另一個重要作用是降低膜的水解速度；注入SHMP或FLOCON－100絡合劑來防止CaSO4的沉淀；或者在預處理系統(tǒng)中設置軟化器來同時防止CaCO3和CaSO4的沉淀；SiO2的沉淀一般通過提高進水溫度或降低回收率來防止；但由于原水中的各種離子是隨季節(jié)的變化而變化，特別在工廠改變水源后，變化則更大，因此，己投入運行的反滲透系統(tǒng)，對進水和排放水每季度進行一次全面分析，通過計算LSI指數(shù)，硫酸鈣濃度積來預測反滲透膜面是否產生碳酸鈣、硫酸鈣的沉淀是十分必要的。當反滲透濃水的LSI＜0，濃度積＜10×10-5時，將不會產生碳酸鈣、硫酸鈣的沉淀。對于SiO2沉淀，同反滲透裝置的進水溫度密切有關，濃水中的二氧化硅濃度，25℃時不能超過100mg/l，5℃時則不能超過25mg/l。因此，當預處理系統(tǒng)中無加熱設備時，在冬季要十分注意二氧化硅沉淀物對膜元件的污染問題，嚴格控制濃水中的二氧化硅含量，其值不能超過在該溫度下的溶解度。值得一提的是SHMP在四小時以后將失效，因此，如反滲透裝置停運4h以上時，應低壓運行10min，將反滲透裝置中的濃水置換掉。3防止膠體對反滲透膜的污染由于反滲透膜對膠體具有非常高的去除效果。從而使反滲透裝置中膜面的膠體濃度，沿水流方向不斷提高，當回收率75％時，裝置中最后一級膜元件水中的膠體濃度大約是第一級的四倍。膠體在膜面的沉淀主要取決于二個因素，即膠體的濃度和凝聚速率常數(shù)。膠體的濃度可以用污染指數(shù)（SDI值）測量，而速率常數(shù)與2ETA電位有關。人們在長期實踐中，已經找到了為防止膜被膠體的污染而需要控制的SDI值，就卷式裝置來說，SDI值要控制在4以下或MF值小于150S。中空裝置，SDI值應控制在3或4以下，這樣可使膠體污染程度降到反滲透裝置可以正常運行的地步。值得一提的是當進水的2ETA電位大于負30毫伏時，反滲透進水的SDI值可以提高。如中空纖維組件可以從SDI＜3提高到SDI＞5。一般講，膠體污染多半存在于以地表水為水源的系統(tǒng)中，由于膠體的種類及真濃度將隨季節(jié)的變化而變化，盡管預處理設備選用時考慮了這種變化，但由于波動太大，往往原有預處理系統(tǒng)不適應，從而導致SDI值經常超標。因此，SDI值的監(jiān)測在反滲透運行管理中就顯得尤為重要。操作人員應該通過日常小試驗來確定實際運行中化學藥劑的最佳注入量，同時要防止注入藥劑過量而產生新的膠體污染。4防止微生物對膜的侵蝕和污染目前商品化的反滲透膜材料主要有醋酸纖維和聚酰胺二大類，而醋酸纖維素膜裝置是目前超純水制造系統(tǒng)中常用且經濟的反滲透裝置。但真最大的缺點之一就是抗微生物的侵蝕能力較差。聚酰胺類膜盡管能抗微生物侵蝕，但污染問題仍然存在。大量微生物在膜、組件內的大量繁殖，將造成三方面的不良后果，第一是微生物要吞食反滲透膜，脫鹽層被侵蝕而使脫鹽率下降（僅對CA膜）；第二是微生物的大量繁殖和代謝，產生大量的膠體物質，致使膜被堵塞造成通水量下降；第三將造成產水中細菌總數(shù)的增加，這一點特別對超純水系統(tǒng)的可靠長期運行是十分不利的，大量的細菌進人后面的離子交換設備，將造成最終超純水的電阻率逐漸下降，TOC，細菌總數(shù)和微顆?？倲?shù)也隨之增大。因此，微生物對膜的侵蝕和污染不僅直接影響反滲透裝置的性能，而且對整個超純水系統(tǒng)的長期性能也影響極大，必須引起高度重視造成微生物在組件內的大量繁殖有二方面的原因，其一進水的余氯值控制得偏低（對CA膜）；另外是反滲透裝置的容量選擇過大而導致運行率太低。實踐證明，醋酸纖維素膜，在其進水中能維持0.2－0.5mg／l的余氯，就可防止微生物的繁殖。定期地分析進水、濃水中的細菌總數(shù)可以判斷反滲透裝置內部是否有微生物大量繁殖。如果進水中含有大量微生物，往往會出現(xiàn)SDI值達不到指標的現(xiàn)象。5防止膜的水解和氧化在長期運行管理中，注意控制醋酸纖維素膜的水解速度是十分重要的。水解速度與進水的PH值和溫度密切有關，在較低或較高的pH值下都會造成較快的水解速度，真水解速度最低的pH值范圍是4-6。同時，水解速度隨進水溫度的升高而加快。因此，在實際管理中，除了正常的pH檢測以外，還必須對PH測量、顯示儀表定期地進行校正，防止PH值失控而加快膜的水解。從而延長膜的使用壽命，而聚酰胺類膜的突出問題是防止其被氧化。進水余氯值和強氧化均對其造成不利的影響，必須嚴格控制，美國ESPA1型中空纖維膜，進水余氯值必須小于0.01mg／l。值得一提的是南方許多城市自來水的余氯值隨時間變化很大，特別在夏季余氯值往往高達數(shù)+mg／l，這時，對CA膜可以將原次氯酸鈉改成亞硫酸鈉，對聚酰胺膜，可以采用過量的亞硫酸鈉去余氯，從而防止膜的氧化。6防止金屬氧化物對膜的污染原水中溶解性的金屬鹽，在反滲透裝置中可能會產生沉淀而污染膜。最常見的有氫氧化鐵、氫氧化鋁和氧化錳。氫氧化鐵產生的原因有：（1）二價鐵的氧化；（2）預處理系統(tǒng)管閥件和設備的腐蝕；（3）調節(jié)pH用酸中的含鐵量超標。表1

反滲透進水水鐵離子的控控制值氧含量（mg/ll)pH值Fe++控制值（mg/l）＜0.5＜640.5-56-70.55-10＞70.05為了防止鐵的污染，首先必須控制進水中鐵的濃度，而該值與進水中的含氧量和PH值密切有關（表1）。目前，工程中除鐵的方法是氧化--過濾法，即首先用次氯酸鈉氧化，隨后經雙層過濾器將其除掉。軟化器具有除鐵功能，但如果原水中鐵含量大于1mg/l，樹脂同樣受到鐵的污染。鋁對膜的污染是由于氫氧化鋁沉淀而導致的，氫氧化鋁沉淀物通常以膠體形式存在，鋁離子是一種兩性離子（鋁能和酸或堿反應）并在6.5－6.7的pH范圍內具有最小的溶解度，如果鋁凝聚過程在太高或太低的PH值下進行，鋁離子將進入反滲透裝置中造成膜的污染，因此對于采用鋁鹽為聚凝劑的預處理系統(tǒng)，其PH值最好控制在6.5－6.7，使鋁的溶解度達到最小，并且定期監(jiān)測經預處理過的水中的鋁含量，控制在0.05mg／L以下。7反滲透膜的清洗反滲透裝置盡管采用了合理的預處理系統(tǒng)，和良好的運行管理，它只能使反滲透膜的污染程度降到最低限度，要完全消除膜的污染是不可能的。因此，反滲透裝置在正常運行一段時間之后，將受到各種微量有機物、無機物的污染。當膜受到污染后，往往會出現(xiàn)反滲透裝置的產水量、脫鹽率和裝置進出口壓力降增大等明顯征狀。當裝置的產水量下降10％（在同溫度和壓力下），鹽透過量增加一倍，壓降增加一倍，這三種現(xiàn)象出現(xiàn)其中一個時，進行化學清洗是必要的。同時當反滲透裝置需要長期停用而進行保護之前，也需要進行化學清洗。值得注意的是，如果進水溫度降低也會導致產水量下降，這是正常的，并不表明膜被污染，預處理、高壓等方面產生故障也會導致進水壓力、進水流量、產水流量和脫鹽率的下降。化學清洗時，首先是要判斷污染物的種類，然后根據(jù)膜的特性選擇合適的清洗配方和清洗工藝（表2）。要注意控制清洗液的PH值、溫度和每根組件的進入流量，清洗效果可以通過比較清洗前后裝置的脫鹽率、產水量和壓力降等性能來確認，除了周期性的化學清洗之外，每次停車之后，用預處理水或反滲透水進行低壓大流量沖洗，這對于降低膜污染的速度，延長化學清洗的周期和膜的使用壽命是有效的。表2

反滲透膜常常規(guī)清洗配方方序號污染物清洗液配方清洗工藝1氫氧化鐵檸檬酸2%TRIITONX--10000.1%RRO水97.99%使用膜組件允許的的最高溫度和和流速，循環(huán)環(huán)清洗時間45分，用氨水水將pH調節(jié)至32

三聚磷酸鈉2%TTRITONNX-10000.1%%39%的EDTA鈉2%RO水

95..9%溫度、流速、時間間同上；用H2SO4調節(jié)pH至7.5；配方中加加入0.5%的甲醛已滅滅菌3鐵鋁錳氧化物檸檬酸2%

339%的EDTA鈉2%ROO水96%溫度、流速、時間間同上用氨水調節(jié)pH至44碳酸鈣反滲透水用鹽酸或檸檬酸調調節(jié)PH至4.05SiO2二氟化銨2%

RO

水

98%%組件允許的最高溫溫度、流速、清清洗時間45分鐘8RO系統(tǒng)控制自動化由于微機技術的不斷發(fā)展，自動化控制技術日見成效，RO系統(tǒng)控制己經完全自動化。8.1整套系統(tǒng)采用可編程控制器控制控制系統(tǒng)具有集成功能，實時特性，因此可以滿足流程控制需要，亦可增加彩色觸摸屏CRT顯示器終端與可編程控制器（PLC）配合，可實現(xiàn)流程動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)和流程自動顯示，輕觸操作，數(shù)據(jù)表格顯示，定時、即時打印，并能通過串行口和辦公室計算機聯(lián)網。該自動控制系統(tǒng)采用程序控制自動開機，壓力、流量、電導、水箱液位等數(shù)據(jù)采集，故障判斷報警及自動故障處理。8.2信息參數(shù)所有制水流程中的流量、壓力、電導率等都在管道中在線設置傳感元件現(xiàn)場監(jiān)測。8.3檢測儀表及控制保護反滲透產水管路均安裝了一臺連續(xù)檢測的電導儀，以監(jiān)測反滲透裝置運行性能及產水電導率。在反滲透的濃水管路上設置了一臺快關的電磁閥。開機時，電磁閥處于全開狀態(tài)，這時可對反滲透膜進行低壓沖洗，沖洗一段時間后電磁閥關閉，反滲透設備正常產水，這樣