海水反渗透新膜的污染分析及防治措施

竺浩炜

（浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江乐清325609）

海水反渗透新膜的污染分析及防治措施

竺浩炜

（浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江乐清325609）

针对乐清电厂1号反渗透新膜在实际运行中出现的问题，进行跟踪分析和诊断，确认微生物污染为主要原因。采用非氧化性杀菌清洗方法对1号反渗透膜进行处理，结果表明清洗之后膜的产水电导率和运行压差明显下降，高压泵耗电量下降4.2%。同时，提出了新装膜预防生物污染的措施与建议，为生产运行提供参考。

陶氏反渗透膜；微生物；污染；化学清洗；非氧化性杀菌清洗

自1960年美国加利福尼亚大学研制出世界上第一张可实用的反渗透膜以来，膜分离技术作为一种新型的流体分离单元操作技术，已经取得了令人瞩目的巨大发展。随着水资源的日益紧缺和水质的日趋恶化，该技术也越来越多地运用于各个行业的水处理工艺中。作为浙江“五大百亿工程”之一的浙能乐清电厂工程也大规模采用了海水、苦咸水两级反渗透装置，采用8套设备制备淡水，满足电厂生产和生活需要。但反渗透膜在运行过程中不可避免地会产生污堵现象，本文就新投用的海水反渗透膜所出现的问题，进行污染诊断，并根据膜污染种类提出了清洗和预防的办法，为今后的生产运行提供参考。

1 海水反渗透装置运行状况诊断

1.1 设备简介

乐清电厂工程设计安装6套海水反渗透装置，由海水提升泵、增压泵、高压泵、保安过滤器、能量回收装置、海水反渗透膜组件及辅助加药系统构成。膜组件是其中的核心装置，由膜元件和压力容器组成，海水淡化车间于2009年9月底安装1号、2号海水反渗透装置，膜元件为聚酰胺复合膜，1号膜为美国陶氏SW30HRLE-400i，2号膜是海德能公司的SWC5，用于对微滤产水（澄清海水）的第一次脱盐处理。

反渗透装置共用1套清洗系统，由清洗溶液箱、清洗水泵、清洗保安过滤器、加药喷射器、反渗透冲洗水泵和相应的管路及阀门组成。系统通过反渗透清洗进水管、进水门、反渗透淡清洗回流门和浓清洗回流门及相应管道与反渗透装置相连，独立于制水系统，可以离线清洗。

1.2 安装及运行状况分析

2号一级反渗透装置自安装投运以来，一直运行正常。但1号一级反渗透装置膜元件安装完毕后，由于高压泵故障、出水法兰拆离管路检修，停运45天。2009年11月14日开机产水，连续运行4天后，反渗透膜运行压差、产水流量、电导率、系统脱盐率、高压泵耗电量等出现明显变化，变化趋势如图1-3所示。

图1 运行压差和高压泵耗电量的变化趋势（2009年11月）

图2 进水压力、产水流量和电导率的变化趋势（2009年11月）

图3 脱盐率的变化趋势（2009年11月）

由图1可知，11月25日压差已经在0.15 MPa以上，超过了运行规定值，且高压泵耗电量随着压差增加而变大，要保持相同的产水量，耗能必然增加。由图2可知，进水压力保持波动平缓的前提下，产水流量和电导率在11月24日出现下降，但是产水电导率整体偏大。由图3可知，在相同观察期内，膜脱盐率变化明显，脱盐率一直呈下滑趋势，在11月22日达到最低值99.13%，脱盐率基本上分布在99.3%以下，而根据要求，运行一年内的总脱盐率应大于99.3%。

通过以上分析观察，可以认为1号海水反渗透膜已经受到污染。

1.3 污染类型确定

反渗透污染的类型有微生物污染、化学污染、颗粒和胶体污染。采用排除法，并结合相关分析手段，确认主要是微生物污染造成了1号海水反渗透新膜运行性能的下降。

1.3.1 排除化学污染、胶体和颗粒污染

（1）化学污染往往由碳酸钙大量沉淀引起。通过对碳酸钙和硫酸钙在反渗透膜中的结垢趋势进行分析，判断没有产生碳酸钙垢和硫酸钙垢的可能性。

（2）经过跟踪分析，海水反渗透进水水质合格，电导率为41.1～42 ms/cm，SDI＜2，浊度＜0.02 NTU，余氯含量约0.1 mg/L，铁离子含量＜10 μg/L。

（3）还原剂和阻垢剂加药量正常，分别为1～1.3 mg/L和2.6～3.0 mg/L。其余海水反渗透装置运行正常。

1.3.2 停机检查

停机后对进水侧膜表面进行取样，发现有淡黄色污垢，并有很浓的腥臭味。将样品自然风干后，燃烧产生的气味同焚烧头发气味。淡黄色污垢不溶于酸（30%浓度）和碱（40%浓度）。

1.3.3 微生物附着的可能

反渗透进水的Ba2+含量为0.43 mg/L，浓水有出现BaSO4沉淀的可能。虽然因阻垢剂的影响，不会在短时间内造成压差骤升、降低产水量和脱盐率，但却可以为微生物在光滑的膜表面附着创造条件。

2 海水反渗透膜微生物污染的原因分析

膜污染是一个复杂的过程，物理、化学、生物污染互相关联，一旦形成某一污染，必然加速另外几种污染的形成，加剧污染。

2.1 检修停运造成微生物滋生

膜在仓库贮存了2年，包装袋内1%亚硫酸氢钠溶液的效果受到影响。在停运检修阶段，也未能进水冲洗和充1%亚硫酸氢钠溶液进行保护，造成微生物滋生。通常情况下，亚硫酸氢钠浓度要达到50 mg/L才能有效控制生物污染。在设备停运检修过程中，压力容器内的环境基本上属于氧气充足的氛围，利于好氧菌的生长，而进海水之后，pH呈弱碱性，而且由于“盐析效应”，海水中的溶解氧比淡水低，形成缺氧的氛围，导致好氧菌死亡，为厌氧菌提供碳源，厌氧型微生物会利用进水中氨、氮进行亚硝化和硝化反应，氧化性比较强，在合适的进水条件下大量繁殖。微生物粒径比膜的孔径大的多，分别是膜的孔径的100～1 000倍，会堵住膜孔，造成压差升高。微生物污染刚开始时，产水电导率正常甚至较低，当大量污垢出现时，产水电导率就会迅速增加，并导致产水量降低。

2.2 高进水压力

新膜投运阶段，产水负荷升幅较快，起初虽然有电导率下降的情况，但是，压力过大后，回收率提高，加大了浓差极化，膜的压密程度增加，使得微生物繁殖变快，脱盐率下降。

2.3 高进水温度

冬季反渗透装置用水来自机组排水，因此水温能稳定在20℃以上。11月23-25日，进水温度骤升，达27℃以上，为吸附在膜内的微生物大规模繁殖创造了有利条件。水温上升会使有机膜变软，而进水压力增大则更易使其压实。随着进水温度升高，产水通量也呈线性增加，进水温度每增加1℃，产水通量就增加2%～3%。由于透过反渗透膜的水分子粘度下降，扩散性能增强，盐分透过反渗透膜的扩散速度也会随着温度的上升而加快。进水温度升高导致透盐率增加和脱盐率下降，表现为反渗透产水电导率随着进水温度的升高而升高。

3 治理和预防措施

3.1 治理措施

根据膜的污染种类和聚酰胺复合膜的特性，经过试验分析，决定采用非氧化性杀菌清洗，清洗方案为先用2%的柠檬酸洗，再用0.08%的NaOH碱洗，最后用20%DBNPA（二溴氮基丙酰胺）的非氧化性杀菌剂杀菌。清洗过程中发现，酸洗排放液比较干净，可见盐垢、胶体污染并不严重，而碱洗排放液泡沫上的浮垢较多，散发出浓烈气味，说明微生物污染十分严重。

图4 产水电导率和压差走势

从图4可以看到，清洗后压差和产水电导率明显下降，而且日趋稳定，达到了正常运行的要求，产水水质变好。

清洗前高压泵平均耗电量1.65 kW/t；清洗后平均耗电量为1.58 kW/t，下降了4.2%。

3.2 预防措施与建议

（1）膜产品在购买后贮存时间过长，会导致保护液效果变差，安装初期应充液保护或者加强冲洗。

（2）海水反渗透装置正常的冲洗流程是：启动海水提升泵、增压泵、加还原剂进行海水冲洗，或者启动反渗透冲洗水泵、增压泵进行淡水冲洗，这两种方式下水流都要通过高压泵及其出水管路，若此管路不通，应及时切换阀门，隔离故障管段，用反渗透装置的化学清洗系统对膜元件进行日常淡水冲洗或者注入1%亚硫酸氢钠进行保护，以降低膜污染的发生概率。

（3）新膜投运初期，进水压力要逐步提高，出力升幅不能太快，防止出现压密现象。

（4）调节好进水温度。由于海水淡化系统在冬季是从机组虹吸井取水，规程要求微滤进水温度≤28℃，但是从这次污染状况来看，水温应控制在25℃以下。

（5）增加试验分析手段，使用高倍率的相位差显微镜可以更准确、快速地判断反渗透膜的污染类型。

4 结论

（1）海水反渗透新膜在安装和投运初期要勤于观察和分析，加强监视，控制好进水温度，防止出现压密现象。通过有效的化验和分析，及时发现存在的问题并做出判断。

（2）针对反渗透装置的微生物污染问题，应采取预防和治理相结合的方法，首先采取预防措施，其次是治理，这样才能降低维护成本。反渗透装置出现突发性故障且不能在短时间内恢复时，要通过其他途径采取相应措施，如考虑使用反渗透装置的化学清洗系统对停运的膜元件进行充液保护，重点做好检修过程中的保养措施。

（3）乐清发电厂海水反渗透膜为聚酰胺复合膜，极易被氧化物质破坏，不能接受含有氧化剂的给水。当膜受到微生物污染时，日常的冲洗方法已经没有效果，只能选择非氧化性杀菌清洗。杀菌后要及时做好装置冲洗和膜的保养工作，防止细菌的再次污染。

（4）解决海水反渗透装置在投运初期出现的微生物污染问题，提高了脱盐率和水通量；降低了压差、产水电导率和水泵耗电量；减轻了盐垢对膜的影响，改善了运行工况，延长了反渗透膜的寿命和制水周期，提高了新膜运行性能。

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（本文编辑：徐晗）

Analysis and Precautions of Contamination of Reverse Osmosis Membrane for Seawater

ZHU Hao-wei
（Zhejiang Energy Yueqing Power Generation Co.，Ltd，Yueqing Zhejiang 325609，China）

Through the tracking analysis and diagnosis to deal with the problems of No.1 reverse osmosis membrane in Yueqing Power Plant，this paper identifies the microbial contamination as the major cause. Treatment of No.1 reverse osmosis membrane is performed by means of non-oxidative sterilization cleaning. The result indicates that it substantially reduces the conductivity of the product water as well as the operating differential pressure after cleaning，and the power consumption of high pressure pump is lowered by 4.2%. This paper also presents the measures and proposals to prevent microbial contamination of this kind of membrane and can serve as a reference for production and operation.

dow reverse osmosis membrane；microorganism；contamination；chemical cleaning；non-oxidative sterilization cleaning

TQ085+.47

：B

：1007-1881（2012）02-0049-04

2011-09-14

竺浩炜（1982-），男，浙江宁波人，助理工程师，从事环保技术监督工作。