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反渗透膜清洗方案
发布日期:2021-07-22
作者:海光饮水
      反渗透装置尽管采用了合理的预处理系统和良好的运行管理,它只能使反渗透膜的污染程度降到最低限度,要完全消除膜的污染是不可能的。因此,反渗透装置在正常运行一段时间之后,将受到各种微量有机物、无机物的污染。当膜受到污染后,往往会出现反渗透装置的产水量、脱盐率和装置进出口压力降增大等明显征状。当装置的产水量下降10%(在同温度和压力下),盐透过量增加一倍,压降增加一倍,这三种现象出现其中一个时,进行化学清洗是必要的。同时当反渗透装置需要长期停用而进行保护之前,也需要进行化学清洗。值得注意的是,如果进水温度降低也会导致产水量下降,这是正常的,并不表明膜被污染,预处理、高压等方面产生故障也会导致进水压力、进水流量、产水流量和脱盐率的下降。化学清洗时,首先是要判断污染物的种类,然后根据膜的特性选择合适的清洗配方和清洗工艺(表2)。要注意控制清洗液的PH值、温度和每根组件的进入流量,清洗效果可以通过比较清洗前后装置的脱盐率、产水量和压力降等性能来确认,除了周期性的化学清洗之外,每次停车之后,用预处理水或反渗透水进行低压大流量冲洗,这对于降低膜污染的速度,延长化学清洗的周期和膜的使用寿命是有效的。
  在正常运行一段时间后,反渗透膜元件会受到给水中可能存在的悬浮物或难溶盐的污染,这些污染中最常见的是碳酸钙沉淀、硫酸钙沉淀、金属(铁、锰、铜、镍、铝等)氧化物沉淀、硅沉积物、无机或有机沉积混合物、NOM天然有机物质、合成有机物(如:阻垢剂/分散剂,阳离子聚合电解质)、微生物 (藻类、霉菌、真菌)等污染。
  污染性质和污染速度取决于各种因素,如给水水质和系统回收率。通常污染是渐进发展的,如不尽早控制,污染将会在相对较短的时间内损坏膜元件。当膜元件确证已被污染,或是在长期停机之前,或是作为定期日常维护,建议对膜元件进行清洗。
  当反渗透系统(或装置)出现以下症状时,需要进行化学清洗或物理冲洗:
  在正常给水压力下,产水量较正常值下降10~15%;
  为维持正常的产水量,经温度校正后的给水压力增加10~15%;
  产水水质降低10~15%,透盐率增加10~15%;
  给水压力增加10~15%;
  系统各段之间压差明显增加。
  保持稳定的运行参数主要是指产水流量、产水背压、回收率、温度及TDS。如果这些运行参数起伏不定,建议检查是否有污染发生,或者在关键运行参数有变化的前提下反渗透的实际运行是否正常。
  定时监测系统整体性能是确认膜元件是否已发生污染的基本方法。污染对膜元件的影响是渐进的,并且影响的程度取决于污染的性质。
  已受污染的反渗透膜的清洗周期根据现场实际情况而定。正常的清洗周期是每3-12个月一次。当膜元件仅仅是发生了轻度污染时,重要的是清洗膜元件。重度污染会因阻碍化学药剂深入渗透至污染层,影响清洗效果。
  清洗何种污染物以及如何清洗要根据现场污染情况而进行。对于几种污染同时存在的复杂情况,清洗方法是采用低PH和高PH的清洗液交替清洗(应先低PH后高PH值清洗)。
  污染物情况分析
  碳酸钙垢:
  碳酸钙垢是一种矿物结垢。当阻垢剂/分散剂添加系统出现故障时,或是加酸pH调节系统出故障而引起给水pH增高时,碳酸钙垢有可能沉积出来。尽早地检测碳酸钙垢,对于防止膜层表面沉积的晶体损伤膜元件是极为必要的。早期检测出的碳酸钙垢可由降低给水的pH值至3-5,运行1-2小时的方法去除。对于沉积时间长的碳酸钙垢,可用低pH值的柠檬酸溶液清洗去除。
  硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢:
  硫酸盐垢是比碳酸钙垢硬很多的矿物质垢,且不易去除。硫酸盐垢可在阻垢剂/分散剂添加系统出现故障或加硫酸调节pH时沉积出来。尽早地检测硫酸盐垢对于防止膜层表面沉积的晶体损伤膜元件是极为必要的。硫酸钡和硫酸锶垢较难去除,因为它们几乎在所有的清洗溶液中难以溶解,所以,应加以特别的注意以防止此类结垢的生成。
  金属氧化物/氢氧化物污染:
  典型的金属氧化物和金属氢氧化物污染为铁、锌、锰、铜、铝等。这种垢的形成导因可能是装置管路、容器(罐/槽)的腐蚀产物,或是空气中氧化的金属离子、氯、臭氧、钾、高锰酸盐,或是由在预处理过滤系统中使用铁或铝助凝剂所致。
  聚合硅垢:
  硅凝胶层垢由溶解性硅的过饱和态及聚合物所致,且非常难以去除。需要注意的是,这种硅的污染不同于硅胶体物的污染。硅胶体物污染可能是由与金属氢氧化物缔合或是与有机物缔合而造成的。硅垢的去除很艰难,可采用传统的化学清洗方法。如果传统的方法不能解决这种垢的去除问题,请与技术部门联系。现有的化学清洗药剂,如氟化氢铵,已在一些项目上得到了成功的使用,但使用时须考虑此方法的操作危害和对设备的损坏,加以防护措施。
  胶体污染:
  胶体是悬浮在水中的无机物或是有机与无机混合物的颗粒,它不会由于自身重力而沉淀。胶体物通常含有以下一个或多个主要组份,如:铁、铝、硅、硫或有机物。
  非溶性的天然有机物污染(NOM):
  非溶性天然有机物污染(NOM——Natural Organic Matter)通常是由地表水或深井水中的营养物的分解而导致的。有机污染的化学机理很复杂,主要的有机组份或是腐植酸,或是灰黄霉酸。非溶性NOM被吸附到膜表面可造成RO膜元件的快速污染,一旦吸收作用产生,渐渐地结成凝胶或块状的污染过程就会开始。
  微生物沉积:
  有机沉积物是由细菌粘泥、真菌、霉菌等生成的,这种污染物较难去除,尤其是在给水通路被完全堵塞的情况下。给水通路堵塞会使清洁的进水难以充分均匀的进入膜元件内。为抑制这种沉积物的进一步生长,重要的是不仅要清洁和维护RO系统,同时还要清洁预处理、管道及端头等。
  2.0%(W)柠檬酸(C6H8O7)的低pH(pH值为3-4)清洗液。以于去除无机盐垢(如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢等)、金属氧化物/氢氧化物(铁、锰、铜、镍、铝等)及无机胶体十分有效。
  [溶液2]
  0.5%(W)盐酸低pH清洗液(pH为2.5),主要用于去除无机物垢(如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢等),金属氧化物/氢氧化物(铁、锰、铜、镍、铝等),及无机胶体。这种清洗液比溶液1要强烈些,因为盐酸(HCl)是强酸。盐酸的下述浓度值是有效的:(18°波美=27.9%,20°波美=31.4%,22°波美=36.0%)。
  [溶液3]
  在清洗罐中配制特定的清洗溶液。配制用水必须是去除硬度、不含过渡金属和余氯的RO产品水或去离子水。温度和pH应调到所要求的值。
  启动清洗泵将清洗液泵入膜组件内,循环清洗约一小时或是要求的时间。在起始阶段,清洗液返回至RO清洗罐之前,将最初的的回流液排放掉,以免系统内滞留的水对清洗溶液造成稀释。在最初的5分钟内,慢慢地将流速调节到最大设计流速的1/3。这可以减少由污物的大量沉积而造成的潜在污堵。在第二个5分钟内,增加流速至最大设计流速的2/3,然后,再增加流速至设计的最大流速值。如果需要,当pH的变化大于1,就要重新调回到原数值。
  根据需要,可交替采用循环清洗和浸泡程序。浸泡时间建议选择1至8小时。要谨慎地保持合适的温度和pH。
  化学清洗结束之后,要用清洁水(去除硬度、不含金属离子如铁和氯的RO产品水或去离子水)进行低压冲洗,从清洗装置/部件中去除化学药剂的残留部分,排放并冲洗清洗罐,然后再用清洁水完全注满清洗罐以作冲洗之用。从清洗罐中泵入所有的冲洗水冲洗压力容器至排放。如果需要,可进行第二次清洗。
  一旦RO系统已用贮水罐中的清洁水完全冲洗后,就可用预处理给水进行最终的低压冲洗。给水压力应低于60psi(4bar),最终冲洗持续进行直至冲洗水干净,且不含任何泡沫和清洗剂残余物。通常这需要15-60分钟。操作人员可用干净的烧瓶取样,摇匀,监测排放口处冲洗水中洗涤剂和泡沫的残留情况。洗液的去除情况可用测试电导的方法进行,如冲洗水至排放出水的电导在给水电导的10-20%以内,可认为冲洗已接近终点;pH表也可用于测定,来比较冲洗水至排放出水与给水的pH值是否接近。
  一旦所有级段已清洗干净,且化学药剂也已冲洗掉,RO可重新开始置于运行程序中,但初始的产品水要进行排放并监测,直至RO产水可满足工艺要求(电导、pH值等)。为得到稳定的RO产水水质,这一段恢复时间有时需要从几小时到几天,尤其是在经过高pH清洗后。
  清洗反渗透膜元件的一般步骤:
  一、用泵将干净、无游离氯的反渗透产品水从清洗箱(或相应水源)打入压力容器中并排放几分钟。
  二、用干净的产品水在清洗箱中配制清洗液。
  三、将清洗液在压力容器中循环1小时或预先设定的时间。
  四、清洗完成以后,排净清洗箱并进行冲洗,然后向清洗箱中充满干净的产品水以备下一步冲洗。
  五、用泵将干净、无游离氯的产品水从清洗箱(或相应水源)打入压力容器中并排放几分钟。
  六、在冲洗反渗透系统后,在产品水排放阀打开状态下运行反渗透系统,直到产品水清洁、无泡沫或无清洗剂(通常15-30分钟)。
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