反渗透膜离线清洗设备研究

刘艳军 邸久生 于建国

【摘 要】反渗透膜离线清洗设备用于清洗受到污染的反渗透膜，延长膜的使用寿命。随着反渗透膜分离技术的广泛应用，反渗透膜离线清洗设备也得到了很大发展。从单向单工位、双向单工位，进而发展到双向多工位。反渗透膜离线自动清洗设备集自动控制自动检测于一体，提高了工作效率降低了人力成本，对膜工程的应用发展起到积极的促进作用。

【关键词】反渗透膜；离线清洗设备；自动控制

中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）27-0019-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.008

【Abstract】The off-line cleaning equipment of reverse osmosis membrane is used to clean the contaminated reverse osmosis membrane，extending membrane lifetime.With the wide application of reverse osmosis membrane separation technology，the off-line cleaning equipment of reverse osmosis membrane has been greatly developed.A series of equipments such as Single direction with one station，double direction with one station，double direction with more stations gradually emerge.The new-style equipment that has the functions of auto-control and automatic detection is useful for increasing efficiency and reducing labor costs，and it can also boost the development of membrane engineering.

【Key words】Reverse osmosis membrane；Off-line cleaning equipment；Auto control

0 引言

反渗透膜技术是20世纪60年代兴起的一项新型分离技术，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程[1]。国内反渗透技术的应用开始于20世纪70年代，多半用于半导体生产行业，80年代后期发展到火力发电行业，到90年代已经广泛应用到饮用水生产领域。目前，反渗透膜已广泛应用于石油化工、钢铁、医药、食品饮料、市政及环保等诸多领域，并在海水淡化、锅炉给水、饮用纯净水生产及废水处理中发挥着不可或缺的作用[2]。

反渗透膜分离过程中，物料中的微小颗粒、胶体粒子或溶质大分子等与膜孔间存在着物理化学或机械作用，导致各种固体物质或溶质成分在膜孔内吸附、沉积，使得膜孔径变小或堵塞，膜污染后会使膜分离阻力增大，产水率下降、脱盐率下降、压差增大，导致膜的使用寿命缩短[3]。因此，需及时对被污染的膜进行清洗，确保反渗透系统安全、稳定运行，延长反渗透膜的使用寿命。

目前，反渗透膜的清洗方式有在线清洗和离线清洗两种方式。在线清洗是在膜刚出现污染而污染程度很低或进行维护性清洗时采用。在线清洗可以节约装卸膜的时间和相应费用。但在线清洗存在膜有可能被二次污染的可能、膜清洗流量较低、药液浓度、温度等参数难以保证之类问题。所以一但发现膜已经被污染，通常要进行离线清洗。离线清洗就是将受污染的反渗透膜装入专用的清洗设备中进行清洗。

1 传统反渗透膜离线清洗设备

1.1 单方向清洗的反渗透膜清洗设备

1药洗箱2药洗泵3过滤器4反滲透膜5反渗透膜壳6药液进口7药液出口8回流管9塑料软管10排污口11中心管12排污管13排污阀14进液管

单方向清洗的反渗透膜清洗设备结构如图1所示，它由药洗箱、药洗泵、过滤器、反渗透膜、反渗透膜壳、管路及阀门组成[4]。膜壳两端顶部左侧是药液出口，右侧是药液进口。膜壳中心有中心管，中心管左出口经回流管路连接至药液箱，中心管右侧出口经管路与排污阀相连。其工作原理是在药液泵的作用下，清洗药液经过滤器从药液进口进入膜壳，将反渗透膜浸泡于药液中，药液从左侧出口回到药洗箱形成回路，通过泵的作用力实现反渗透膜的清洗。清洗过程中从反渗透膜上清洗下来的污染物一部分通过药液出口进入到药洗箱，一部分通过排污阀排出系统。

这种结构形式的优点是药液完全浸没反渗透膜，能够实现充分清洗。不足之处在于只有一个药洗箱，更换药液需要先将原有药液排空，降低了工作效率。另外，此设备的药液循环方向是单向的，没有反向清洗。

1.2 双向单工位的反渗透膜清洗设备

双向单工位清洗的反渗透膜清洗设备结构与单向清洗的类似，由一个清洗箱、药洗泵、过滤器、膜壳、膜、管路及阀门组成。区别在于膜壳两端增加了反向清洗管路，管路上连接有阀门，通过阀门的切换可以改变膜壳两端清洗液的流动方向，实现对反渗透膜的双向清洗。

此设备的优点是具备正反向清洗，同等条件下清洗效果要优于单向清洗。不足之处依然是药洗箱只有一个，更换药液不便，导致工作效率降低。

1.3 双向多工位的反渗透膜清洗设备

前述两种反渗透膜清洗设备存在的一个共同特征就是都只有一个膜壳，即只有一个清洗工位，降低了单位时间内的清洗效率。由此，又出现了双向多工位的反渗透膜清洗设备，从而提高了清洗效率[5]。如图2所示，由六个膜壳组成的清洗系统，每一个膜壳相当于一个工作工位，同时可以进行六个反渗透膜的清洗。通过切换阀门实现清洗液左进右出、右进左出的双向清洗。

此设备增加了膜壳的数量，膜壳之间采用并联形式，由一台清洗泵同时对多个并联的膜壳进行冲洗，提升了清洗效率。但是由于膜壳内的每支膜污染程度不尽相同以及膜壳与泵之间管路距离不等，所以采用这种并联结构会导致各膜壳内的压力不同，结果是每支膜清洗的效果有好有坏。

2 多工位联动的反渗透膜离线自动清洗设备

根据前述分析可知，现有的离线清洗设备存在的突出问题体现在以下几方面：

（1）自动化程度低，多数设备停留在单工位清洗的状态，清洗效果与清洗效率相互制约。

（2）清洗工艺有待完善。具备正向清洗和反向清洗的功能，但在酸性药液、清水、碱性药液交替清洗的状态切换上时效性不高。

（3）设备运行的可视化程度低，不能直观快速的了解设备运行状态和清洗效果。

（4）不具备在线检测功能，无法准确判断清洗效果。

因此，开发一种反渗透膜离线自动清洗设备尤为重要。使其能够进行正向清洗、反向清洗与浸泡；储液箱中的酸性药液、碱性药液、清水通过阀门自动切换能够对反渗透膜进行叠加清洗；多组膜壳并联，自动实现流水线作业提高清洗效率；装卸方便，单人操作，降低劳动强度，节省劳动成本；清洗条件（时间、流量、温度、药液PH值）自动控制，自动加药搅拌，自动加温，自动补液，自动检测清洗效果。

2.1 设备的机械系统

反渗透膜自动清洗设备的机械系统由圆筒形膜壳、膜壳输送系统、膜壳夹紧密封系统、清洗系统四部分组成。膜壳通过支撑座与输送机构连接，在输送电机的拖动下实现膜壳由一个工位传送到下一个工位。夹紧密封系统是将膜壳两端可靠密封。密封后清洗系统方可启动运行，对工位上的反渗透膜进行清洗。如图3所示新型反渗透膜清洗设备工艺流程图。此设备共设置五个工位，前四个工位为清洗工位，其中一工位和三工位既有药洗也有清水冲洗，二工位和四工位为药洗工位。药洗和清水冲洗都包括正向洗、浸泡、反向洗三个阶段，每个阶段的运行时间通过HMI自由设定。药洗的药液有酸性和碱性两种，根据膜的污染情况进行清洗工艺设定。第五工位是检测工位，通过单位时间的产水量判定膜的清洗效果。在实际工作过程中可以依据膜的污染程度逐一进行清洗效果检测也可抽检。

图4是工艺线路图，通过阀门改变流向实现不同方向的清洗。一工位的反渗透膜首先通过阀门控制进行清水冲洗，去除膜表面的杂质、污垢等污染物，清水洗结束后切换阀门，对反渗透膜进行药液清洗。药液洗完成后此工位的清洗过程结束，将膜壳输送到二工位，以此类推完成前四个工位的清洗过程。

2.2 设备的控制系统

反渗透膜自动清洗设备以PLC+HMI作为主控系统。依据工艺要求PLC控制输送电机、加紧放松电机、泵、阀等对象的动作。HMI作为人机交互界面既可以监视设备的运行状态，也可以通过屏幕按钮操作设备的动作。图5是一工位操作界面，在此界面可以手动操作阀门的开启关闭，泵的开启关闭及输送、夹紧放松的运行。同时，也可显示各控制对象的状态。

3 总结

随着反渗透技术的推广，反渗透膜污染问题也越来越受到人们的重视[6]。为了延长反渗透膜的使用寿命，降低企业运营成本，反渗透膜离线清洗设备的研究越来越受到人们的重视。反渗透膜自动清洗设备通过阀门切换水洗和药洗，通过输送与密封系统实现了同一个膜的多工位清洗，提升了清洗效率与清洗效果。

【参考文献】

[1]王艳，陈爱民，史志琴.反渗透膜离线清洗技术研究与应用[J].清洗世界.2010，第26卷（1）：15-19.

[2]赖冰冰，齐麟，杨晓伟.反渗透膜清洗技术及研究進展[J].清洗世界.2014，第30卷（6）：1-2.

[3]王克涛.水处理系统反渗透膜的污染及清洗方法[J].中国电力.1999，第32卷（12）：34-36.

[4]王骞.反渗透膜药物清洗装置[P].中国专利：ZL201120540670.4，2012-08-15.

[5]李毅平，黄海平，崔钟，余志荣.一种反渗透膜离线清洗装置[P].中国专利：ZL201120069081.2，2011-10-19.

[6]张鑫，吴海峰，陈颖敏.循环水处理系统中反渗透膜的污染及清洗[J].电力科学与工程.2013，第29卷（9）：74-78.