双级反渗透系统产水的质量控制与设备稳定运行

张 材，王慧文

(山西太钢不锈钢精密带钢有限公司，山西 太原 030006)

除盐水作为一种优质清洗介质被广泛用于轧钢行业钢板及钢卷清洗工序，而双级反渗透工艺因产品除盐水纯度高，电导率低在钢铁行业领域广为应用。电导率与产水量是双级反渗透装置最重要的控制指标，关乎整个设备运行的稳定与除盐水产品对生产现场的保供，尤其是除盐水电导率的高低关系到钢板与钢卷表面的清洗效果。本文介绍了双级反渗透系统工艺，并就如何提高双级反渗透装置产水质量与产水量进行了分析，此外对反渗透装置运行过程中存在的主要问题反渗透膜污染等做了分析探讨，并提出反渗透膜运行过程中的管控措施，以及反渗透膜污染后的处置措施。

1 双级反渗透系统的工艺流程

自来水通过多介质过滤器、活性炭过滤器去除原水中机械杂质、悬浮物、胶体、有机物、游离氯、硬度等以保护反渗透膜不被破坏及防止在反渗透膜表面结垢，使之达到反渗透的进水要求。反渗透系统部分包括：保安过滤器、一级高压泵、一级反渗透膜组件、中间水箱、二级高压泵、二级反渗透膜组件、纯化水箱，主要是利用反渗透的原理将经预处理后的水通过反渗透膜使水分成高含盐量的浓水及很低含盐量的纯化水，并将水中的大部分细菌及制热源得以除去，满足制药用水的需要。最后通过纯化水泵、除盐水管道，将纯化水供给车间用水点使用，保证各用水点的水质能达到用水要求。

2 反渗透系统除盐水电导率及产水量的影响因素与控制对策

反渗透系统除盐水电导率及产水量指标的影响因素主要有：进水的污染指数SDI，进水余氯、进水温度、反渗透系统运行压力、回收率等。详见表1。

3 反渗透系统的稳定运行的控制措施

反渗透膜是整个反渗透系统的核心部件，反渗透膜的污染程度直接影响反渗透系统的稳定运行。对反渗透膜污染的管控与处置将是保障反渗透系统的稳定运行的最主要措施。

3.1 反渗透膜污染的成因

双级反渗透系统在正常运行一段时间后，反渗透膜会受到来自水中可能存在的有机物、无机物或微生物的污染，最常见的污染物为碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机物或微生物。造成反渗透膜污染的影响因素详见图2。

图2 反渗透膜污染成因图

3.2 反渗透膜污染的控制对策

反渗透膜的污染一般分为可逆污染与不可逆污染[3]，污染物的形成及污染速度与给水条件与反渗透装置运维有关，如不采取相应的控制措施，污染将会在反渗透膜内急剧扩散而损坏膜元件的性能，导致反渗透膜失去清洗价值。定期检测反渗透系统整体性能是确认膜元件发生污染状况的重要办法，可采取如下方法：

1)多介质过滤器、活性炭过滤器出水SDI值、NTU值的定期检测

多介质过滤器、活性炭过滤器出水SDI>5，NTU>1，说明预处理设备运行出现问题，会造成保安过滤器滤芯更换频繁，提高运行成本。如不及时处理会造成反渗透膜的持续污染，造成反渗透系统产水量减小，除盐水电导率升高，缩短反渗透膜的使用寿命。SDI值不合格，首先需要检查多介质过滤器与活性炭过滤器滤料使用情况，如滤料磨损或滤料污染需进行整体更换。另一方面需要检查多介质过滤器、活性炭过滤器反洗，可能存在反洗时间太短造成反洗不彻底，可通过调整过滤器的反洗时间来改善多介质过滤器、活性炭过滤器的反洗效果。

2)反渗透系统产水量、电导率等参数的数据分析

通过反渗透系统监测参数的数据计算分析，可以判断反渗透膜的污染情况。反渗透装置的产水量减少10%～15%，运行压力增加了10%～15%，电导率增加了10%～15%，只要满足三者其一，说明反渗透膜污染较为严重，需要对反渗透膜进行清洗并对反渗透系统装置进行检查。

3)保安过滤器滤芯的周期更换

保安过滤器滤芯为反渗透膜进水的最后防线，日常需注意保安过滤器的压差，压差超过 0.05 MPa 时需及时更换保安过滤器滤芯。保安过滤器进出口压差急剧增加的原因主要是预处理过滤器滤料的泄露造成的堵塞。相反出现压差急剧下降的原因可能是保安过滤器滤芯破坏或密封不严。通过观察保安过滤器滤芯的污染状况及污染速度可以判定系统是否存在有机及胶体污染。周期性对保安过滤器滤芯的更换，可以很好的保护反渗透膜，避免严重污染。一般每3个月更换一次保安过滤器滤芯。

3.3 反渗透膜污染的处置与治理

不同类型的污染物对膜元件性能造成的损害不同，清洗的方法也不同，因此正确地判断引起膜污染物的类型是膜清洗的基础。反渗透膜污染可以通过在线清洗与离线清洗两种方式进行处置。

1)在线清洗

在线清洗主要是通过反渗透系统配套的清洗装置化学清洗工序完成，清洗前需要对反渗透系统污染进行分析，确定污染物种类后制定对应的清洗方案。清洗方案主要包括药液温度，药剂品种、配药水质要求、药洗时间。其中药剂品种的选择尤为关键，必须针对反渗透膜污染物的类型确定清洗药品的选择。无机污染与金属氧化物污染使用2%的柠檬酸药液(pH值为2)。有机污染使用0.1%氢氧化钠溶液(pH值为12)进行清洗。各类胶体污染使用三聚磷酸钠、EDTA-4Na溶液清洗。微生物污染先使用0.1%NaOH+0.2%乙二胺四乙酸二钠的溶液(pH值为12)清洗，再用0.1%甲醛溶液清洗。

2)离线清洗

当反渗透系统受到严重污染，在线清洗后，反渗透系统性能恢复不佳，需要将反渗透膜从系统中卸出，装入专业清洗装置进行离线清洗。对于反渗透膜清洗，首先需对出的单个反渗透膜进行称重，以鉴别污染的性质与程度。必要时解剖个别反渗透膜，对膜片样本进行研究以确定清洗工艺。如陶氏BW30-400元件的干湿重量分别为 11.8 kg 与 14.5 kg。

4 结论

影响反渗透系统除盐水电导率及产水量指标的因素主要有进水的污染指数SDI，进水余氯、进水温度、反渗透系统运行压力、反渗透膜的污染状况、回收率等。通过对反渗透膜污染源的控制，达到对反渗透膜的最大保护，确保反渗透装置的稳定运行与除盐水产水量与水质达标。反渗透膜污染可通过多介质过滤器、活性炭过滤器出水SDI值的定期检测，反渗透系统产水量、电导率运行数据的分析确定反渗透装置的设备故障。发现反渗透膜污染要及时进行清洗，否则会造成反渗透膜严重污染，已经不具备修复价值。