反滲透膜化學(xué)清洗技術(shù)
摘要：本文介紹了反滲透膜污堵的原因，反滲透裝置清洗的方法以及清洗時(shí)應(yīng)該注意的問題。
關(guān)鍵詞：反滲透膜 CIP 化學(xué)清洗 污染
1、概要
在反滲透系統(tǒng)運(yùn)行過程中，反滲透膜表面會(huì)由于原水中泥澤、膠狀物、有機(jī)物、微生物等污染物質(zhì)的存在及膜分離過程中對難溶物質(zhì)的濃縮而產(chǎn)生的沉積，進(jìn)而形成對反滲透膜的污染。我們都知道，反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理裝置是為盡可能多地去除引起膜污染的物質(zhì)而專門設(shè)計(jì)的，盡管如此，即便系統(tǒng)有著相當(dāng)完善的預(yù)處理設(shè)備也不能完全避免膜在使用過程中的污染，所以需要在設(shè)備運(yùn)行的過程中進(jìn)行周期性的去除膜系統(tǒng)中污染物的作業(yè)，這個(gè)操作過程就叫做反滲透系統(tǒng)的就地清洗（CIP，Cleaning In Place）。
反滲透膜被污染后，就會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量減少、鹽的透過率增加等膜性能方面的衰退。但由于反滲透設(shè)備在使用過程中，影響膜性能的其它主要因素（壓力、溫度等）的變化，膜污染的現(xiàn)象有可能被其它因素掩蓋，因此應(yīng)予以注意。
目前，市面上大部分芳香聚酰胺反滲透復(fù)合膜，在較寬的pH值范圍內(nèi)具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和一定的耐溫性，所以用戶可以對反滲透系統(tǒng)進(jìn)行非常有效的清洗。多年的工程實(shí)踐表明，若不及時(shí)對已產(chǎn)生一定程度污染的反滲透系統(tǒng)進(jìn)行清洗處理，想較為徹底地去除已長時(shí)間附著膜表面的污染物是非常困難的。
一般在考慮膜系統(tǒng)清洗方案時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：
■ 應(yīng)把清洗排放廢液對環(huán)境的影響（EDTA，殺菌劑等）降低到最低限度。
■ 應(yīng)盡可能使本次清洗過程去除污染物最大化。
■ 應(yīng)在清洗時(shí)對膜的損傷最小化（應(yīng)首先考慮選擇對膜性能 影響小的藥劑）。
■ 在實(shí)際清洗操作時(shí)，在保證清洗效果的前提條件下，盡可能使清洗費(fèi)用最低化
2、反滲透膜發(fā)生污染的原因
■ 不恰當(dāng)?shù)念A(yù)處理
•系統(tǒng)配備預(yù)處理裝置相對于原水水質(zhì)及流量不合適，或在系統(tǒng)內(nèi)未配備必要的工藝裝置和工藝環(huán)節(jié)。
•預(yù)處理裝置運(yùn)行不正常，即系統(tǒng)原有的預(yù)處理設(shè)備對原水SDI成分、濁度、膠狀物等的去除能力較低，預(yù)處理效果不理想。
■ 系統(tǒng)選擇了不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備或設(shè)備材質(zhì)選擇不正確（泵、配管及其它）。
■ 系統(tǒng)化學(xué)藥品注入裝置發(fā)生故障（酸、絮凝/助凝劑、阻垢/分散劑，還原劑及其它）。
■ 設(shè)備間斷運(yùn)行或系統(tǒng)停止使用后未采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。
■ 運(yùn)行管理人員不合理的設(shè)備操作與運(yùn)用（回收率、產(chǎn)水量、濃縮水量、壓差、清洗及其它）。
■ 膜系統(tǒng)內(nèi)長時(shí)間的難溶沉淀物堆積。
■ 原水組份變化較大或水源特性發(fā)生了根本的改變。
■ 反滲透膜系統(tǒng)已發(fā)生了相當(dāng)程度的微生物污染。
3、膜污染物質(zhì)分析
■ 首先應(yīng)認(rèn)真分析在此之前所記錄的、能反映設(shè)備運(yùn)行狀況的近期設(shè)備運(yùn)行記錄資料。
■ 分析原水水質(zhì)。
■ 確認(rèn)之前已做的清洗結(jié)果。
■ 分析系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)在測定SDI值測試時(shí)留在濾膜上的異物質(zhì)。
■ 分析反滲透系統(tǒng)配置的保安過濾器濾芯上的堆積物。
■ 檢查原水流入系統(tǒng)的配管內(nèi)部和反滲透膜的進(jìn)水端的異物質(zhì)。
※各種污染物質(zhì)結(jié)垢時(shí)的表現(xiàn)
（1）碳酸鹽垢
結(jié)垢后表現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)滲透水流量下降，或是脫鹽率下降。
原因：膜表面濃差極化增加
（2）鐵/錳
污染后表現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)壓差升高（主要發(fā)生在裝置前端的膜元件），也可能引起透水量下降。通常錳和鐵會(huì)同時(shí)存在。
（3）硫酸鹽垢
若發(fā)生沉積，首先影響鹽濃度最高的系統(tǒng)最后面的膜元件，表現(xiàn)為二段壓差明顯升高。需要用專用清洗劑。
（4）硅
顆粒硅：污堵膜元件水流通道，導(dǎo)致系統(tǒng)壓差升高。采用0.4%二氯胺對于溶解嚴(yán)重污染的硅垢是有效的。
膠硅：與顆粒硅相似。
溶解硅：形成硅酸鹽析出，應(yīng)采用二氯胺清洗。
（5）懸浮物/有機(jī)物
污堵表現(xiàn)：透水量下降，一段壓差明顯升高。若給水SDI大于4或濁度大于1，有機(jī)物污染的可能性較大。
（6）微生物
污堵表現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)壓差升高或標(biāo)準(zhǔn)透水量下降?？刹捎梅茄趸詺⒕鷦┘訅A進(jìn)行清洗。
（7）鐵細(xì)菌
污堵表現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)壓差升高?？刹捎肊DTA鈉鹽加堿進(jìn)行清洗。
4、反滲透系統(tǒng)清洗時(shí)機(jī)的判斷與選擇
當(dāng)有下述情況發(fā)生之—時(shí)應(yīng)對反滲透膜系統(tǒng)予以清洗
■ 標(biāo)準(zhǔn)化后的設(shè)備產(chǎn)水量減少了10~15%；
■ 標(biāo)準(zhǔn)化后的膜系統(tǒng)運(yùn)行壓力增加了15% ；
■ 標(biāo)準(zhǔn)化后的膜系統(tǒng)鹽透過率較初始正常值增加了10~15%；
■ 運(yùn)行壓差較初始作業(yè)時(shí)增加了15%
（建議以設(shè)備最初運(yùn)行25~48小時(shí)所得到的運(yùn)行記錄為標(biāo)準(zhǔn)化后對比依據(jù)）
反滲透設(shè)備的性能參數(shù)與壓力、溫度、pH值、系統(tǒng)水回收率及原水含鹽濃度等諸多因素的變化有關(guān)。因此，依據(jù)初始試機(jī)時(shí)而得到的正常技術(shù)參數(shù)（產(chǎn)品水流量、壓力、壓差及系統(tǒng)脫鹽率）作為依據(jù)及與標(biāo)準(zhǔn)化后現(xiàn)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)比較是非常重要的。此外，清洗時(shí)間的選擇也因使用反滲透設(shè)備地區(qū)的原水水質(zhì)條件及環(huán)境特性的差異而有所不同，因此，有必要根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場的條件施以適當(dāng)?shù)墓芾泶胧５菬o論如何，對于任何一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良和管理完善的反滲透系統(tǒng)來說，化學(xué)清洗的最短周期均應(yīng)保證在累計(jì)連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月以上，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間一般達(dá)到6-12個(gè)月左右最好，否則就必須考慮對原有系統(tǒng)的預(yù)處理設(shè)備或其運(yùn)行管理有所改善。
5、清洗箱容積的確定及清洗液的用量計(jì)算
清洗箱的容積和清洗液的用量可以通過以下幾種方式計(jì)算而獲得：
1）運(yùn)用壓力容器的空體積和管道的空體積進(jìn)行估算：
壓力容器的空體積為：
V1 = NπR2L
其中： N = 每次清洗時(shí)的壓力容器數(shù)目
R = 壓力容器的半徑
L = 壓力容器的有效長度
管道空容積體積為：
V2=L1πd2/4
其中： L1 = 為清洗管道總長度
d = 為清洗管道直徑
清洗箱總?cè)莘e(即清洗液配制量)：
V= 1.2(V1+ V2)
2）根據(jù)膜元件的型號規(guī)格和污染程度來計(jì)算清洗箱的容積和清洗液的配制量：
對于正常污染情況：一般按每根4英寸的膜元件配制8.5升的清洗液；每根8英寸的膜元件按34升來配制清洗液的方法來計(jì)算反滲透清洗箱的容積。
對于污染較為嚴(yán)重的情況：每根4英寸膜元件配制16升清洗液；每根8英寸膜元件按55升配制清洗液并由此而得到清洗箱的容積和清洗液的配制量。
6、膜清洗過程
1）首先用反滲透產(chǎn)品水(最好采用反滲透產(chǎn)品水，也可以用符合反滲透進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)的軟化水或過濾水)沖洗反滲透膜組件和系統(tǒng)管道，
2）用反滲透產(chǎn)品水至少應(yīng)該是合格的軟化水配制清洗液，并且保證混合均勻;在清洗前應(yīng)反復(fù)確認(rèn)清洗液pH值和溫度是否適宜。
3）首先用正常清洗流量的1/2及40~60PSI的運(yùn)行壓力向反滲透設(shè)備打入清洗液，并去除膜容器內(nèi)部存留的水。并把剛開始循環(huán)回來的部分清洗液排掉，防止清洗液被稀釋。
在正常清洗時(shí)，清洗系統(tǒng)壓力控制準(zhǔn)則是采用幾乎使系統(tǒng)不能產(chǎn)出純水時(shí)的壓力為最好（即清洗系統(tǒng)供給壓力與原水和濃縮水間的壓差大小相等）。因?yàn)楹线m的清洗運(yùn)行壓力可使反滲透膜面上重新堆積異物質(zhì)的可能性降到最低的程度。
4）清洗時(shí)，先將以前在壓力容器內(nèi)部存留的水排凈.然后再把清洗過程產(chǎn)生濃縮水和產(chǎn)出水向清洗槽循環(huán)，并注意保持清洗液溫度穩(wěn)定。在開始進(jìn)行循環(huán)清洗前，要首先確認(rèn)清洗液溫度和pH值是否已符合標(biāo)準(zhǔn)。并對其回流清洗液的濁度等直觀情況進(jìn)行確認(rèn)：如果回流清洗液已明顯變色或變濁則應(yīng)重新準(zhǔn)備清洗液；若回流清洗液pH變化值超過0.5時(shí)，最好重新調(diào)整PH值或更換清洗液。
5）在對系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗時(shí)，一般操作方法是：首先對需要清洗的壓力容器采用低流量（1/2標(biāo)準(zhǔn)清洗流量）循環(huán)清洗5~15分鐘，然后再采用中流量（2/3標(biāo)準(zhǔn)清洗流量）循環(huán)清洗10~15分鐘。
6）然后停泵并關(guān)掉閥門，使膜元件浸泡在清洗液中，浸泡時(shí)間大致為1個(gè)小時(shí)。如膜污染情況較為嚴(yán)重或是清洗較難去除的污染物，該過程的浸泡時(shí)間可適當(dāng)延長。為保證長時(shí)間浸泡時(shí)的清洗液溫度，也可采用反復(fù)進(jìn)行循環(huán)與浸泡相結(jié)合的方式。一般說來清洗液的溫度至少應(yīng)保持在20℃以上和40℃以下，適宜的清洗液溫度可增強(qiáng)清洗效果；請注意:溫度過低的清洗液可能在清洗過程中發(fā)生藥品沉淀。當(dāng)清洗液溫度過低時(shí)，清洗應(yīng)安排在將清洗液溫度升高到較為合適的溫度后在進(jìn)行。
清洗時(shí)各反滲透壓力容器的流量控制
壓力容器直徑
（英寸） 每個(gè)反滲透壓力容器通過的標(biāo)準(zhǔn)清洗流量
GPM m3/hr
2.5 ～5 ～1.1
4 ～10 ～2.3
8 ～40 ～9
7）在正常清洗時(shí)，在結(jié)束清洗液的浸泡之后，以標(biāo)準(zhǔn)清洗流量再次循環(huán)清洗20~60分鐘一般即可以結(jié)束清洗。然后再用同樣容積的反滲透產(chǎn)品水對反滲透膜組件進(jìn)行沖洗，并將沖洗水排入下水道中。在確認(rèn)沖洗干凈后，即可重新運(yùn)行反滲透設(shè)備。我們建議至少應(yīng)排放掉在化學(xué)清洗后重新運(yùn)行系統(tǒng)后15分鐘內(nèi)所生產(chǎn)出的產(chǎn)品水.并在對現(xiàn)場系統(tǒng)產(chǎn)品水水質(zhì)進(jìn)行認(rèn)真的化學(xué)分析結(jié)果確認(rèn)后，再將系統(tǒng)運(yùn)行所得到的系統(tǒng)產(chǎn)出水打入產(chǎn)品水水箱。另外，在采用多種藥品進(jìn)行清洗時(shí)，為防止化學(xué)藥品之間的化學(xué)反應(yīng)，在每次進(jìn)行清洗前產(chǎn)品水側(cè)排出的水最好也應(yīng)排凈。
※ 若是多級設(shè)備，建議分級進(jìn)行清洗，以避免流量無法控制的局面——即第一級流量太少或最末級流量過多，這樣做，也可以防止在第一級被洗掉的污染沉淀物又重新流入下一級，形成二次污染。
8）若欲防止微生物的再次污染，在對系統(tǒng)進(jìn)行清洗之后，可用膜廠商允許使用的殺菌溶液對膜系統(tǒng)進(jìn)行滅菌清洗，其操作方式同前。請注意：對滅菌清洗后的沖洗務(wù)必要徹底,以避免將消毒液帶入產(chǎn)品水中。
7、附錄 聚酰胺復(fù)合膜元件一般清洗液
清洗液
污染物 0.1%（W）NaOH或1.%（W）Na4EDTA
【pH12/30℃（最大值）】 0.1%（W）NaOH或0.025%（W）Na-SDS
【pH12/30℃（最大值）】 0.2%（W）HCl鹽酸 1.0%（W）Na2S2O4 0.5%（W）H3PO4磷酸 1.0%（W）NH2SO3H 2.0%（W）檸檬酸
無機(jī)鹽垢
(如CaCO3) 最好 可以 可以 可以
硫酸鹽垢
（CaSO4 BaSO4） 最好 可以
金屬氧化物
（如鐵） 最好 可以 可以 可以
無機(jī)膠體（淤泥） 最好
硅 可以 最好
微生物膜 可以 最好
有機(jī)物 作第一步清洗可以 作第一步清洗最好作第二步清洗最好
1、（W）表示有效成分的重量百分含量；
2、按順序污染物化學(xué)符號為：CaCO3表示碳酸鈣；CaSO4表示硫酸鈣；BaSO4表示硫酸鋇。
3、按順序清洗化學(xué)品符號為：NaOH表示氫氧化鈉；Na4EDTA表示乙二胺四乙酸四納；Na-SDS表示十二烷基苯磺酸鈉鹽，又名月硅酸鈉；HCl表示鹽酸；Na2S2O4表示亞硫酸氫鈉；H3PO4表示磷酸；NH2SO3H表示亞硫酸氫胺。
4、為了有效清洗硫酸鹽垢，必須盡早的發(fā)現(xiàn)和處理，由于硫酸鹽垢的溶解度隨清洗液含鹽量增加而增加，可以在NaOH和Na4EDTA的清洗液中添加NaCl，當(dāng)結(jié)垢一周以上時(shí)，硫酸鹽垢的清洗成功性值得懷疑。
5、檸檬酸是無機(jī)鹽垢的可選清洗劑。
RO膜清洗時(shí)最好是看PH值酸的PH值為2左右濃度為2%，堿的PH值為12左右濃度為0。5%