宝钢膜纯水处理系统膜污染及其化学清洗探讨

凌艳艳

供排水

宝钢膜纯水处理系统膜污染及其化学清洗探讨

凌艳艳

（宝钢股份公司能源环保部制水分厂，上海200941）

从分析宝钢纯水膜处理系统原水水质状况入手，结合系统工艺流程及药剂投加状况，推断本系统反渗透膜可能存在的污染，进而选择适合本系统的化学清洗药剂和方法，保证系统的良好运行，对宝钢纯水安全稳定供给作用重大。

反渗透；膜污染；化学清洗

1 概述

反渗透(RO)技术是一种新型的膜处理技术，它利用压差为推动力，使溶液中的溶剂通过反渗透分离出来，因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透[1]。目前反渗透技术已广泛应用于纯水和超纯水、食品、医药、化工等领域。

宝钢膜纯水处理系统就是采用的反渗透技术生产纯水。相比传统的离子交换工艺，该处理工艺具有节能、环保、占地面积小等优点。

反渗透系统核心为反渗透膜。反渗透膜组件是精细元件，运行中易受水中悬浮物、胶体、微生物、结垢物及有机物等引起的膜污染，膜污染几乎是所有膜系统都要面临的问题，无论预处理多么完美，膜污染都不可避免。

膜污染易引起膜性能下降，导致进水压力升高、产水量和脱盐率下降等后果，严重时膜层表面沉积的晶体还会损伤膜元件，造成不可修复的损伤。因此必须对污染的膜组件及时进行清洗，消除膜表面和膜孔的沉积和堵塞，恢复膜的工作能力。

2 宝钢膜纯水处理系统情况概况

本系统工艺流程为：混凝沉降+过滤+浸没式超滤+二级反渗透，设计产量1.5万m3/天。见图1。

图1 二中水膜纯水处理系统工艺流程图

原水经过混凝沉降、过滤和超滤处理后，出水SDI15臆3，投加还原剂和反渗透膜阻垢剂后，高压泵入一级反渗透膜组，出水加碱调pH值后泵入二级反渗透膜组，生产出纯水送用户使用。

运行数据显示：RO膜在运行一定时间后，产水量、脱盐率下降、进水压力增加。当出现下列症状之

一，则需进行清洗：标准化产水量下降10%耀15%；脱盐率下降0.5%；标准化压差上升10%耀15%。以3系列2011年6月13日清洗结束和连续运行三个月后的数据为例，见表1。

表1 3系列2011年6月清洗结束和9月18日数据

表1数据显示：系列进水、段间及浓水压力上升24%，脱盐率下降0..43%，需化学清洗。

3 反渗透膜处理系统清洗

3.1 反渗透膜污染物类型

对反渗透系统进行化学清洗，必须先了解该系统膜污染物的组成，才能选择合适的清洗药剂和方法。膜污染类型主要分为：悬浮物及胶体污染、沉淀污染、铁化合物沉积、硅沉积、有机物污染、生物污染[2]。一般水体的悬浮物、胶体、铁化合物、硅垢、有机物控制主要依靠混凝沉降、过滤的方法处理。铁含量高的水体通常先将Fe2+氧化为Fe3+，然后混凝过滤去除；硅垢含量高可采取降低回收率、提高水温、调整pH为7~8、添加分散剂等方法控制。生物污染大多采用在预处理过程中投加氯类杀菌剂，或对反渗透进水进行连续或间歇的非氧化杀菌消毒来控制。

对于沉淀污染须投加专用阻垢剂，对含Ca、Sr、Ba等量高的水体，还要降低回收率，以避免浓水中该类盐的离子浓度幂的乘积超过其溶度积而生成沉淀。

3.2 反渗透膜处理系统清洗的方法

膜污染常用的清洗方式有：酸洗、碱洗、氧化还原清洗、酶清洗[3]等。

(1)酸洗

酸洗常用柠檬酸、盐酸等与表面活性剂或螯合剂联合使用，可溶解去除沉淀污染和铁污染，还可去除部分蛋白质污染。

(2)碱洗

含有PO43-、CO32-和OH-等的碱性试剂，对污染物有松弛、乳化和分散作用，与表面活性剂联合使用对油脂和生物物质有较好的去除效果，另外对SiO32-也有一定的清洗效果。

(3)氧化还原清洗

这种清洗主要针对膜的生物污染及一些具有氧化还原特性的污染物质。目前使用较多的氧化清洗剂有：过氧化氢、次氯酸钠等，能使有机物和微生物变性脱离膜表面，也可有效清除蛋白、油脂和藻类等物质。还原剂主要有亚硫酸氢钠，能去除金属氧化物、氢氧化物，还用于去除氧化清洗后残留的药剂。

(4)酶清洗

酶清洗利用酶的性质(高效性，专一性)分解如蛋白、多糖、油脂等有机污染物，使之成为较小的颗粒或溶解物质去除，多被用于食品化工等废水处理。

反渗透系统进水水质复杂多样，因此膜污染组成不会是单一的，所以对反渗透膜进行化学清洗往往需要将几种清洗方法联合使用。

常用的联合清洗方式有：酸洗—碱洗—杀菌，氧化—还原—螯合等，此外对酸、碱、氧化剂等的使用因污染物的不同而变化，如无机污染物(如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡等)，金属氧化物、氢氧化物（铁、锰、铜、镍、铝等），多采用柠檬酸+氨水分解螯合去除。三聚磷酸钠和Na2-EDTA混合的高pH清洗液(pH值为10)，专用于去除硫酸钙垢和轻微至中等程度的天然有机污染物。

3.3 宝钢反渗透纯水系统清洗方法

3.3.1 清洗方式和清洗药剂的选择

宝钢膜纯水处理系统由于采用来自长江的水库水，水质状况比较稳定。原水水质（年平均）如下：

pH:8.25

电导率:325滋杂/cm SS:11mg/L

Ca-H:94 mg/L

Mg-H:36 mg/L

M-A:91 mg/L

SiO2:8 mg/L

Cl-:19 mg/L

可溶解性残渣:278 mg/L

BOD5:0.53 mg/L

Al3+:0.31 mg/L

总铁:0.26 mg/L

细菌数:1785个/mL

从以上水质数据可得：一级RO膜可能发生的污染主要有由Ca2+、Mg2+、Al3+、SiO2等产生的沉淀污染、硅垢及由有机物。根据经验进水高于0.1 mg/L

的Al3+的

从系统工艺和药剂投加情况分析，膜污染物可能还包括：混凝沉淀过程中残留的Al3+、PAM、还原剂、反渗透阻垢剂等无机和有机污染物。要清洗这些沉淀物、硅垢以及少量的有机污染物，可采取酸洗—碱洗—杀菌的联合清洗方法。即先在低pH值下进行清洗，去除沉淀污染、硅垢；再进行高pH值清洗去除有机物；最后杀菌去处残留的一般酸碱无法完全去除的细菌、微生物。

最终确定酸洗采用磷酸调节pH值，与螯合剂结合使用；碱洗则采用碱与阴离子表面活性剂相结合；最后使用含溴杀菌剂对膜进行杀菌处理。

3.3.2 清洗过程控制

本系统清洗装置包括清洗水箱、清洗泵、保安过滤器、管道组件以及监控仪表等。

清洗过程如见图2。

图2 反渗透系统清洗工艺流程

（1）酸洗

用纯水和酸洗剂根据系统保有水量和储槽大小配制酸洗液，打开泵和回流阀进行循环混合，并电加热到30益，取样留待进行系统分析。

所配药剂达到要求的pH、电导率和温度，开始进行清洗。清洗过程需要分段、变速、浸泡，并定时对清洗液进行pH值和电导率的测定和记录。清洗过程中控制pH值在2.5~3.5，如上升，则需补加酸洗剂。结束时取样分析结垢情况。

（2）碱洗

碱洗液的配制同酸洗液。所配药剂达到要求的pH、电导率和温度，开始进行清洗。清洗过程同酸洗过程，并定时测定和记录清洗液的pH值和电导率，如果碱洗出水出现颜色变化明显或者浊度过大，则需重新配制清洗液。结束时取样分析有机污染物的情况。

（3）杀菌

用纯水和杀菌剂配制杀菌液，打开回流阀进行循环混合，杀菌剂浓度控制在2000 mg/L左右，杀菌过程采用全段高速循环、浸泡的模式。

3.3.3 清洗效果和清洗液成分分析

对比2011年9月一级RO清洗前后的运行工况得出：清洗前各系列进水压力达到0.97 MPa，段间和浓水压力分别达到0.85 MPa和0.78 MPa；清洗后进水压力恢复到0.76 MPa，段间和浓水压力恢复到0.61 MPa和0.51 MPa，脱盐率率由98.58%上升到98.98%，本次清洗达到目的。

对清洗前后留样分析得出：清洗废液中的钙、镁、铝离子浓度，从清洗液时不足0.2 mg/L上升到110 mg/L以上，二氧化硅也由0.12 mg/L上升到70~95 mg/L不等，此外还有少量的铁及有机污染物，与根据水质和工艺情况判断结论相符，清洗结果显示选择的清洗方法和清洗药剂满足本系统要求。

3.4 对宝钢膜纯水系统运行维护的几点建议

1）本系统预处理过程控制尤为重要，必须保证反渗透膜进水SDI15臆3，减少悬浮物和胶体沉积；

2）加强混凝剂的投加控制，即要达到混凝沉降的效果，又要减少铝盐残留。本系统膜污堵主要成分之一为铝盐，数据显示其沉积能力高于钙、镁盐，其来源包括原水和混凝剂；

3）超滤过程要控制杀菌剂的投加量，保证反渗透膜进水杀菌效果，减少细菌和微生物进入反渗透膜组；

4）定期更换反渗透进口保安过滤器滤芯。保安过滤器是反渗透装置的最后一道屏障，可以保护反渗透膜不受铁屑等带来的机械损伤，防止高分子化合物在膜表面附着。

4 结语

反渗透膜的化学清洗是反渗透装置运行维护中的一个重要环节，它直接影响着反渗透膜的使用性能和寿命。宝钢膜纯水系统采用酸洗—碱洗—杀菌的复合清洗方式，清洗过程中采用静态浸泡与动态循环交替的分段清洗方式，收到了很好的效果，保证了反渗透系统的安全、稳定运行。

[1]王乐云.反渗透膜的污染及其控制[J].工业水处理.2003年4月. P102-105.

[2]程艳辉,王志红.反渗透膜分离技术中的膜污染及控制[J].中氮肥. 2006年第2期,P14-16..

[3]周军,杨艳琴,张宏忠,陈绍伟,魏明宝,王明欣.反渗透膜污染及其清洗的研究[J].过滤与分离.2007 Vol.17 No.1，P1-4.

[4]沈琳琳.反渗透膜的化学清洗[J].河北电力技术.2010年第2期，P34-36.

Membrane Contamination and Chemical Cleaning of the
Pure Water Membrane Treatment System at Baosteel

Ling Yanyan
(Water Supply Plant of Energy and Environment Protection Department of Baosteel Co.,Ltd.,Shanghai 200940,China)

Starting with the quality of raw water in Baosteel’s pure water membrane treatment system and in light of the process flow and addition of chemical agents,it was concluded that contamination existed in the reverse osmosis membrane.Then suitable chemi原cal cleaning agents as well as methods were selected to ensure sound operation of the sys原tem,which plays an important role in safe and stable supply of pure water to Baosteel.

reverse osmosis;membrane contamination;chemical cleaning

TF085

B

1006-6764（2013）10-0045-04

2013-05-16

凌艳艳（1975原），女，硕士研究生，工程师，现从事给排水工艺技术工作。