[摘 要]某電廠中水脫鹽處理系統(tǒng)的反滲透工藝單元在長期運(yùn)行過程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的膜污堵情況。本文通過對反滲透單元進(jìn)水水質(zhì)及膜表面微觀形貌的檢測，分析了導(dǎo)致該系統(tǒng)反滲透膜污染的原因，并基于此針對性的開展了反滲透膜在線、離線清洗工藝的相關(guān)研究，實現(xiàn)了反滲透脫鹽單元在較低壓差下的正常工作，保證了中水處理系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]反滲透膜；膜污染；化學(xué)清洗

1 前言

隨著我國社會與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水資源緊缺問題日趨嚴(yán)峻。中水回用作為一種技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)適用的水資源綜合利用技術(shù)，愈發(fā)受到國內(nèi)企業(yè)、科研單位的關(guān)注和認(rèn)可。其中利用反滲透技術(shù)，使中水經(jīng)過脫鹽處理后達(dá)到電廠冷卻水甚至鍋爐補(bǔ)水水質(zhì)要求，更成為電廠解決水資源緊缺，控制污水排放量的一種主要手段。

某電廠根據(jù)其現(xiàn)有 2×350MW 燃煤發(fā)電機(jī)組設(shè)計了中水深度處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以“超濾-反滲透”作為核心工藝單元，實現(xiàn)了中水回用為鍋爐補(bǔ)給水源。自投運(yùn)以來，獲得了良好的社會與經(jīng)濟(jì)效益。但是，由于城市中水來水水質(zhì)不穩(wěn)定，在長期運(yùn)行過程中，該系統(tǒng)的反滲透工藝單元出現(xiàn)了嚴(yán)重的膜污染情況，反滲透一、二段壓差上升，膜元件脫鹽率和出力下降，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

本文針對該電廠中水處理系統(tǒng)出現(xiàn)的反滲透膜污染情況，對反滲透系統(tǒng)進(jìn)水進(jìn)行水質(zhì)及受污染膜表面微觀形貌進(jìn)行了檢測，分析了導(dǎo)致反滲透膜污染的原因，并針對性的開展了反滲透膜在線、離線清洗工藝的相關(guān)研究，以確保反滲透脫鹽系統(tǒng)發(fā)揮其正常效能，延長膜運(yùn)行周期和壽命，實現(xiàn)中水處理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 研究方法

2.1 水質(zhì)及膜污染分析

采用哈希預(yù)制管消解比色法以及分光光度法對系統(tǒng)各點(diǎn)水樣進(jìn)行了 COD、UV254 的分析，同時通過分子量分布測試初步確定了水樣的有機(jī)物成分。利用掃描電子顯微鏡 SEM 對反滲透膜污染后的表面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。

2.2 在線清洗工藝

(1)清洗對象：中水脫鹽處理系統(tǒng)中四臺反滲透裝置，清洗過程中反滲透工藝段回收率暫由 75%調(diào)整至 70%；

(2)清洗劑種類：①自配：氫氧化鈉+十二烷基苯磺酸鈉；②外購：反滲透膜專用清洗劑；

(3)清洗溫度：35℃、40℃。

2.3 離線清洗工藝

殺菌處理：用反滲透產(chǎn)品水配制殺菌劑溶液，循環(huán) 20 分鐘，浸泡 30 分鐘；

堿洗：按照 0.025 % 的十二烷基苯磺酸鈉 +1 % 的EDTA-4Na+1 %的三聚磷酸鈉配制堿洗清洗液，采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)清洗液 pH 值至 12，在 0.3Mpa 左右的壓力下高流量循環(huán) 20 分鐘后，浸泡 60 分鐘后繼續(xù)循環(huán) 20 分鐘。持續(xù)同樣步驟循環(huán)，期間檢測清洗劑 pH 的變化，通過投加 NaOH 調(diào)節(jié) pH 維持在 12 左右，直至清洗溶液 pH 變化不大為止；

酸洗：按照 1 %檸檬酸配制酸洗清洗液，用 HCl 調(diào)節(jié) pH 至2.5。在 0.3Mpa 左右的壓力下高流量循環(huán) 20 分鐘后，浸泡 30 后繼續(xù)循環(huán) 20 分鐘，期間檢測清洗劑 pH 的變化，通過投加 HCL調(diào)節(jié) pH 維持在 2.5 左右，直至清洗溶液 pH 變化不大為止。

3 結(jié)果與討論

3.1 水質(zhì)與膜形貌分析

表 1-1 為中水處理系統(tǒng)各工藝單元的中 COD 分析結(jié)果，從有機(jī)物指標(biāo)來看，中水處理過程中系統(tǒng)整體的 COD 較小，基于此可以推斷該系統(tǒng)的 TOC 也相對較小，其中反滲透膜進(jìn)水 COD 為13，能夠符合 RO 膜對進(jìn)水 COD 的要求。

從各單元的分子量分布圖 1-1 可以發(fā)現(xiàn)，水中的有機(jī)物主要是低分子量的腐殖質(zhì)類污染物?；谏鲜鰷y試結(jié)果可以推斷，由于在中水處理過程中，微生物生長條件相對適宜，有機(jī)物的存在容易導(dǎo)致微生物的滋生，導(dǎo)致膜微生物污染的出現(xiàn)，這與該系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程反滲透膜污染情況也較為溫和，在反滲透膜冬季污染情況相對緩和，進(jìn)入夏季，由于氣溫上升，微生物快速繁殖導(dǎo)致膜壓差也在該時間段內(nèi)快速上升。

圖 1-2 為受污染反滲透膜的表面微觀形貌分析結(jié)果，從圖中可以看到，在污染膜表面已經(jīng)無法看到聚酰胺反滲透膜表面典型的葉片狀結(jié)構(gòu)，膜表面存在一層致密且具有相當(dāng)厚度的污染層，需要通過化學(xué)清洗的方法恢復(fù)其正常形貌。

3.2 反滲透膜在線清洗

針對上述膜污染問題，本文分別采用自配“氫氧化鈉+十二烷基苯磺酸鈉”與購買膜專用清洗劑對反滲透系統(tǒng)進(jìn)行了在線清洗，不同清洗劑清洗前后的參數(shù)對比如表 1-2 所示。從表中可以看到，自制的氫氧化鈉加十二烷基苯磺酸鈉這種清洗方法效果較好，清洗后各段壓力均有明顯下降，一、二段壓差下降 0.13MPa；膜專用清洗劑清洗后各段壓力也均有下降，但相對于自制清洗劑，壓力下降幅度較小。

表1-3中為清洗溫度對反滲透系統(tǒng)清洗效果影響的相關(guān)參數(shù)，可以看到，當(dāng)清洗溫度控制在 35℃時，一、二段壓差雖然有所下降，但是下降幅度較小 0.01~0.04Mpa；當(dāng)清洗溫度為 40℃時，一、二段壓差下降可達(dá) 0.1~0.19Mpa，具有更好的清洗效果。除了上述在線清洗對反滲透膜透水脫鹽性能的恢復(fù)以外，清洗過程還可有效去除膜元件端面、膜組壓力容器端蓋上附著的有機(jī)污堵物。通過多次膜系統(tǒng)耐溫性試驗，本系統(tǒng)所選用型號的反滲透膜元件在 40℃下清洗強(qiáng)度、外觀及各項性能均未受到不良影響。

從上述清洗工藝的對比研究可以看到，使用自配的氫氧化鈉+十二烷基苯磺酸鈉清洗劑，清洗溫度 43 度，清洗時間 24 時，清洗后效果優(yōu)于膜專用清洗劑清洗，能夠達(dá)到替代膜清洗劑的目的。

通過成本核算對比，采用自配清洗劑，單次單臺反滲透設(shè)備的清洗成本為 11.9 元，遠(yuǎn)低于使用膜專用清洗劑產(chǎn)生的費(fèi)用，具有較大經(jīng)濟(jì)價值。

在對反滲透工藝單元進(jìn)行在線清洗后，本項目記錄了清洗投運(yùn) 1 個月后各反滲透參數(shù)變化情況，各臺反滲透膜運(yùn)行參數(shù)如表1-4 所示。可以看到，運(yùn)行一個月后各段壓力和壓差明顯升高，一段壓差較高的已接近 0.2MPa。結(jié)合上節(jié)膜表面微觀形貌的分析結(jié)果，可以推斷，在前期中水深度處理過程中，反滲透膜元件受到的污染十分嚴(yán)重，常規(guī)的在線清洗已不能使其完全恢復(fù)正常，需要進(jìn)行更為徹底且更具針對性的離線清洗。

3.3 反滲透膜離線清洗

圖 1-3、1-4、1-5 至脫鹽系統(tǒng)三臺反滲透設(shè)備一、二段前兩支膜在離線清洗前后運(yùn)行狀況的對比數(shù)據(jù)。從圖中可以看到，根據(jù)清洗前后參數(shù)對比，各臺反滲透系統(tǒng)在進(jìn)水量與回收率相同的條件下，各反滲透設(shè)備壓差均有大幅下降，離線清洗效果非常理想。在對離線清洗后反滲透設(shè)備運(yùn)行情況的跟蹤發(fā)現(xiàn)，離線清洗后的反滲透設(shè)備運(yùn)行狀況良好。

根據(jù)上述反滲透系統(tǒng)在線及離線清洗試驗結(jié)果，該電廠采用自配的氫氧化鈉氫氧化鈉加十二烷基苯磺酸鈉的清洗劑，以三至四周為一個清洗周期，同時，考慮到電廠冬季供熱和夏季迎峰度夏工作順利進(jìn)行，在在線清洗的基礎(chǔ)上，每年春秋兩季再對反滲透進(jìn)行兩次離線清洗，使得一、二段壓差維持在 0.25MPa 左右，通過在線清洗和離線清洗兩者有機(jī)結(jié)合，基本保證了中水脫鹽系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行模式。

4 結(jié)論

本研究通過分析反滲透膜進(jìn)水水質(zhì)及污染膜表面微觀形貌，進(jìn)行了反滲透膜在線、離線清洗的相關(guān)研究，得到了結(jié)論如下：

反滲透膜進(jìn)水中低分子量的腐殖質(zhì)類污染物造成了反滲透膜的微生物污染，受污染膜表面存在一層致密、且具有相當(dāng)厚度的污染層；

采用自配氫氧化鈉加十二烷基苯磺酸鈉清洗劑在清洗溫度為40℃時具有良好的清洗效果，加之其具有更低的清洗成本，可代替膜專用清洗劑；

根據(jù)電廠實際運(yùn)行情況，以四周為一個在線清洗周期，同時每年春秋兩季對反滲透進(jìn)行兩次離線清洗，可使該電廠中水脫鹽系統(tǒng)反滲透設(shè)備實現(xiàn)正常、穩(wěn)定運(yùn)行。