反渗透系统保安过滤器滤芯污堵原因分析及处理

刘向朝，陈玉琨

（1.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131；2.大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司，内蒙古多伦010206）

经验交流

反渗透系统保安过滤器滤芯污堵原因分析及处理

刘向朝1，陈玉琨2

（1.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131；2.大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司，内蒙古多伦010206）

福建某新材料公司脱盐水系统在运行一段时间后，其反渗透系统保安过滤器滤芯出现污堵，影响了脱盐水系统的正常运行。对污堵原因进行了分析，并提出了相应的改进措施。改进措施实施后，彻底解决了反渗透保安过滤器滤芯的污堵问题，脱盐水产水率得以恢复。

反渗透；保安过滤器滤芯；微生物污染；还原剂

在反渗透水处理系统运行过程中，若系统设计不合理或运行控制不当，必然会出现膜污染的情况。在膜污染的几种类型（沉淀污染、微生物污染、胶体污染等）中，微生物污染对反渗透水处理系统的影响最为严重，可严重影响反渗透水处理系统的正常运行。目前，国内在反渗透水处理系统运行中，膜的微生物污染问题日渐突出〔1〕。

1 脱盐水系统概述

福建某新材料公司脱盐水站反渗透系统共有A、B、C 3套装置，为16∶8一级两段排列，每套装置共24支六芯装膜管，144支膜元件，为日本东丽膜元件，设计产水量为137.5m3/h，系统回收率为80%，RO脱盐率为98%。脱盐水系统于2014年5月正式投入运行，从2014年11月起其反渗透保安过滤器滤芯更换频繁，保安过滤器压差上升很快，平均5～6 d需更换1次滤芯。反渗透保安过滤器滤芯采用的是美国3M CUNO101.6 cm大通量滤芯，过滤精度为5μm，每套保安过滤器中装4支滤芯，每支滤芯最大产水量为50 t/h。

打开保安过滤器，发现滤芯上附着一层厚厚的黏滑物质，其略显黄色，有滑腻感，有臭味，且很容易从滤芯表面刮下来。此类污染物造成了保安过滤器的污堵，使压差增加很快。当保安过滤器出口压力＜0.1MPa时，可造成反渗透设备跳停。

2 脱盐水系统流程

脱盐水系统是将原水（地表水）经多介质过滤器—UF装置—RO装置—混床精制成脱盐水，作为锅炉补给水。脱盐水系统流程如图1所示。

图1 脱盐水系统工艺流程

3 反渗透系统运行状况

脱盐水系统运行半年以来，A、B、C 3套反渗透装置均呈不同程度的污染，膜压差升高，产水量下降。从膜系统运行压差来看，3套系统均为一段压差较大。由于保安过滤器污堵严重，导致保安过滤器水通量下降，致使高压泵进水压力很低，从而导致反渗透系统跳停。表1为反渗透系统初始运行数据（新膜安装后，2014-05-01）和改进措施实施前反渗透系统的运行数据（A：2014-11-13；B：2014-11-20；C：2014-11-28）。

表1 反渗透系统初始运行参数与改进措施实施前运行参数

由表1可以看出，反渗透系统从5月份运行至11月份，系统脱盐率稍降；3套反渗透系统一段压差均增长较快，二段压差较低。其中，B套反渗透系统污堵最为严重，一段压差最高时达到0.47MPa。

4 脱盐水系统加药状况

4.1 絮凝剂

在脱盐水系统投运初始，在原水预处理处投加絮凝剂聚合氯化铝，以降低水中胶体和悬浮物含量。药剂投加质量浓度为2mg/L左右，后于2014年11月24日停止投加。

4.2 氧化性杀菌剂

反渗透给水中的微生物包括细菌、藻类、真菌及其芽孢、孢子，含有机物和微生物的水进入反渗透装置后，由于水的浓缩，会导致膜的浓水侧表面有机物和微生物浓度同时增加，微生物繁殖较快，因此微生物污染不容忽视。在原水预处理处投加氧化性杀菌剂次氯酸钠，加药箱配药质量分数为50%，有效成分按10%计算，氧化性杀菌剂投加质量浓度为1.5 mg/L左右，连续投加。

4.3 非氧化性杀菌剂

为了保护反渗透膜不受微生物的侵害，需定期对系统进行杀菌处理。每半个月在反渗透入口处投加一次异噻类的非氧化型杀菌剂TS-1151，进行冲击式投加，药剂投加质量浓度为20～50mg/L。

4.4 阻垢剂

反渗透系统补水有较强的结垢倾向，所以投加适量的膜用阻垢剂，以保证反渗透系统长周期安全运行。反渗透阻垢剂TS-1153为连续性投加，加药箱配药质量分数为10%，药剂投加质量浓度为2.5 mg/L左右。

4.5 还原剂

反渗透设备运行中加入适量的还原剂，不仅能除去预处理过程残余的余氯，防止反渗透膜被氧化，还能把系统中的高价铁还原成亚铁。反渗透系统还原剂采用的是亚硫酸氢钠，为连续性投加，加药箱配药质量分数为10%，药剂投加质量浓度为7mg/L左右。

5 污染物成分分析

对从保安过滤器滤芯上采集到的污染物采用灼烧失重法进行检测，确定有机物质量分数为65%，说明污染物的主要成分为有机物质。光学显微镜下分析确定样品中存在革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和胶体颗粒。此外，样品中还含有微量的黏土。

6 反渗透系统污堵原因分析

不同的污染物对反渗透系统造成的影响不同，反渗透系统污染常见特征如表2所示。

表2 反渗透膜常见污染物特征

6.1 排除法判断污染原因

6.1.1 絮凝剂的投加

脱盐水系统原水为地表水，经测定进水浊度＜3 NTU，超滤进水浊度＜1 NTU，反渗透进水浊度＜0.2 NTU。系统从2014年5月起一直投加絮凝剂，于2014年11月24日停止投加后，系统浊度并没有明显升高，且反渗透进水SDI＜3，但是不排除絮凝剂投加过量而形成污染的可能性。

6.1.2 药剂兼容性

从现场取配制好的絮凝剂溶液和阻垢剂混合在一起，可看到混合后的溶液清澈透明，未出现沉淀物，因此可排除絮凝剂和阻垢剂不兼容而形成污染的可能。

6.1.3 反渗透系统是否结垢

由表1可知，系统回收率一直保持在75%左右，二段压差均较低，没有明显增长。另外，阻垢剂的投加量也符合设计要求，因此可排除系统结垢的可能。

6.1.4 机械污堵

反渗透设备已投入生产有半年多的时间，可排除新系统投运时冲洗不彻底造成杂物污堵的可能；经检查保安过滤器处压力表无问题，反渗透系统运行压力正常，可排除机械污堵的可能。

6.2 反渗透系统运行状况分析

反渗透系统被污染后，保安过滤器压差增长很快，反渗透膜一段压差上升较快，二段压差无明显升高趋势；产水量有降低趋势，脱盐率稍有所下降。比较符合胶体、有机物、细菌等污染的特征。

6.3 污染物来源分析

6.3.1 还原剂投加过量

反渗透系统所使用的还原剂为亚硫酸氢钠，配制质量分数为10%，ORP值控制在80～300mV，药剂投加质量浓度为7mg/L，药剂投加浓度大。还原剂投加量过大，会使反渗透系统中存有大量的硫酸盐，而硫酸盐还原菌在无氧或缺氧的状态下，利用硫酸盐中的氧进行氧化反应得到能量，从而大量繁殖，形成细菌群。初步判断硫酸盐还原菌具有造成保安过滤器及反渗透膜生物污堵的可能性。

6.3.2 水源

脱盐水系统原水水源为地表水，其水质不稳定，随季节变化较大，水中会含有大量的悬浮物、有机物、细菌等，如果抑制细菌繁殖的力度不够，就会造成反渗透系统的污堵。

7 处理措施

7.1 降低还原剂浓度

为防止由于还原剂过量对反渗透系统造成污染，将亚硫酸氢钠的投加质量浓度从原来的7mg/L逐渐降至2mg/L，配药质量分数由10%降为5%。经测定含有0.1 mg/L余氯的反渗透进水ORP值是440mV，根据调整的药剂加药浓度，将原来的进水ORP设定值80～300mV改为150～400mV。

7.2 增加氧化性杀菌剂浓度

为防止反渗透系统受到细菌和有机物的污染，将氧化性杀菌剂的投加浓度作了调整，并使之与还原剂的匹配性达到最佳。药剂调整后密切监测系统余氯的变化，在保证RO进水没有余氯的条件下，将UF产水的余氯提高到0.5～1.0mg/L。通过监测各工艺阶段的余氯值和反渗透系统运行的稳定性，得出当氧化性杀菌剂投加质量浓度为2.2mg/L、还原剂投加质量浓度为2mg/L时为最佳匹配。

7.3 加强多介质过滤器反洗频率

多介质过滤器是利用1种或几种过滤介质，在一定的压力下将浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒状材料，从而有效地滤除水中的细小颗粒、悬浮物、胶体等杂质。从多介质过滤器进水和出水中的余氯来看，多介质过滤器消耗的余氯较多，说明多介质过滤器截留的细菌、有机物含量相对较高，因此要加强多介质过滤器的反洗频率，缩短反洗周期。调整措施为将反洗周期由原来的30 h反洗1次缩短到24 h反洗1次。

7.4 加强超滤装置的反洗力度

随着运行时间的增加，UF膜污染会不断恶化。UF装置的运行正常与否关系到RO的安全稳定运行，所以要加强超滤系统的反洗力度，延长加碱反洗时的浸泡时间。调整措施为将反洗周期由原来的每30min反洗1次缩短为每20min反洗1次。

8 调整后反渗透系统运行情况

3套反渗透系统中，C套反渗透系统一直连续运行。实施以上改进措施后，即从2014年12月4日凌晨C套反渗透系统保安过滤器滤芯更换后开始算起，连续6d对C套反渗透系统的运行状况进行了考察，结果如图2、图3所示。

图2 保安过滤器压差、一段压差和二段压差的变化趋势

图3 产水流量、回收率和脱盐率的变化趋势

从图2和图3可以看出，在C套反渗透系统连续6 d的运行中，保安过滤器压差没有上涨，且反渗透运行稳定，膜压差没有升高，反渗透系统运行效果得到明显改善。

9 结论

对脱盐水系统反渗透保安过滤器滤芯的污堵原因进行了分析，结果表明，污染源主要为有机物和细菌，为生物污堵。污染的主要原因是还原剂加药量过大，生成了硫酸盐还原菌，以及系统补水为地表水，微生物含量过高。为保证反渗透系统安全稳定运行，除采取上述改进措施外，在日常工作中还应从以下几个方面着手：

（1）防止还原剂和阻垢剂药箱滋生细菌，在每次溶药之前对药箱进行冲洗、清理。

（2）加强原水中有机物含量和余氯的检测，使超滤产水余氯保持在0.5～1.0mg/L，以保证细菌等微生物彻底杀除，避免在滤芯上发展为微生物黏膜。

（3）由于原水箱、超滤水箱和反渗透水箱均布置在室外，容易受到污染，每年小修时应检查、清理一次。检查各水箱和供水管道的防腐是否合格，如有防腐破损现象应及时进行修补。

（4）设备停机时易滋生细菌，当反渗透设备重新启动运行时，必须进行低压冲洗。

［1］胡杰华，訾洛阳，姚翔.反渗透水处理系统的微生物污染与防治研究［J］.现代商贸工业，2008，20（11）：373-374.

Cause analysis on the pollution and blockage in the security filter core of reverse osmosis system and its treatment

Liu Xiangzhao1，Chen Yukun2
（1.CenerTech Tianjin Chemical Research and Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300131，China；2.Datang InnerMongolia Duolun CoalChemical Industry Co.，Ltd.，Duolun 010206，China）

After the desalted water system ofa newmaterial company in Fujian，China has run for a period of time，pollution and blockageoccur to the security filtercoreof the reverseosmosissystem，affecting the normaloperation of the desalted water system.The causesofpollution and blockage areanalyzed and corresponding improvingmeasures are put forward.After the improvingmeasureshavebeen implemented，thepollution and blockage problemsof reverse osmosissecurity filter coreare solved completely.Asa result，thewater yield ofdesalinationwater can be restored.

reverseosmosis；security filter core；microbialpollution；reducingagent

TK223.5

B

1005-829X（2016）06-0099-04

刘向朝（1982—），工程师。电话：022-26689366，E-mail：lxz8275@126.com。

2016-04-19（修改稿）