脱盐水生产反渗透装置污堵原因解析

楚永利，刘向东，裴廷记

（河南龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

龙宇煤化工脱盐水装置自2007年5月投运，至今运行已有3年时间了，投运后的相当长时间里，一级反渗透（RO）系统存在污堵现象，尤其在2010年1～2月份污堵现象加剧，造成反渗透系统清洗频繁，甚至影响到除盐水系统的制水量和运行周期。

1 除盐水生产流程示意图

图1 除盐水生产流程示意图

2 装置运行中存在问题

2.1 保安过滤器

保安过滤器的滤芯原设计1个月换一次，到2010年1～2月份2天换一次；污堵情况严重，表面附着有较厚一层黄色黏稠物。

2.2 RO设备

反渗透膜污堵、清洗频繁，在线清洗已经不能满足要求，只有通过离线清洗恢复膜性能。反渗透膜的拆换、污堵导致的产水量下降，使得系统制水量降低，由设计的83 m3/h下降到60 m3/h左右；系统一段压差和进水总压力升高较快；系统总压差上升到大约0.7 MPa，一段压差升高到0.35 MPa，二段压差也有一定的升高，达到0.3 MPa左右；系统一段污堵十分厉害，清洗周期很短，大约20 d左右，最短时在2010年1～2月份达到5～7 d清洗一次；系统的脱盐率有轻微的降低。RO反渗透系统运行压力和压差迅速增长，反渗透膜污堵情况严重。膜元件在线反冲洗，离线冲洗，过于频繁，会导致膜元件处理水样的效果降低，以及使用寿命也会大大缩短。运行参数见表1。

表1 10月份反渗透运行参数

3 原因分析

针对存在的问题，我们分别进行了垢样分析、模拟实验分析。分析表明：根据原水的水质和加药情况可知，水中有机物含量和水的矿化度高，而且加的絮凝剂聚合氯化铝铁量较多，使得垢样中含有大量的铝和铁元素，以及加的次氯酸钠和还原剂——亚硫酸氢钠，使其钠含量较高，加工阻垢剂的量可能也较大，因此垢样中含有大量磷元素。间接表明进入反渗透膜系统之前的预处理，去除对反渗透膜造成污染的悬浮物、溶解性有机物和过量难溶盐组分效果不是很好。

RO反渗透膜元件的污堵问题是相关行业中普遍存在的现象，但是本站污堵尤为严重，可能存在的原因有以下几点：

3.1 预处理系统未起到有效作用

3.1.1 絮凝剂未达到最好的处理效果

3.1.1.1 pH值的影响

经实验室的模拟实验，可以得出絮凝剂有投加的最佳pH值范围，聚合氯化铝、聚合氯化铝铁以及高聚合氯化铝铁在不同的pH值条件下，出现的絮体情况不同，絮体大小，密实程度都不相同。在pH值为8左右时，絮体最大，沉降效果也最好。实际运行并不在最佳条件下，没有达到最好的效果。

3.1.1.2 投加方式的影响

现有絮凝剂的投加方式是直接加入管道中，未设置专门的反应器和搅拌器等混凝设备；另外，管道中水流速度较快，絮凝剂与原水中的物质没有足够的反应空间和时间，无法形成大量絮体，导致混凝效果较差，使得介质过滤器和超滤无法截留到悬浮物和絮体。从而造成后续设备，如保安过滤器滤芯表面及反渗透膜元件产生大量的污垢。

这里要注意的是：该系统避免选用铁盐混凝剂，因为铁对RO膜有损害作用。

3.1.2 过滤器未能起到截留悬浮物等的作用

絮凝剂受水温、pH值、水量、加药量、投加方式等因素的影响，没有形成较大的絮体，使得过滤器无法截留悬浮物；过滤器原则上可以截留投加絮凝剂和助凝剂产生的絮体，但可能由于过滤器的介质流速大于8 m/h，所要求的石英石粒径为0.45～0.55 mm（使用的石英石粒径为0.5～0.8 mm）。故未能达到介质过滤器工艺设计要求的截留悬浮物的作用和效果。

3.1.3 超滤未起有效作用

超滤是膜过程的一种，它是基于筛分原理即膜孔尺寸的大小对不同大小的物质进行分离、浓缩，产水（透过液）将含有水、离子和小分子量物质，而胶体物质、颗粒、细菌、病毒和原生动物将被膜去除。超滤未能截留悬浮物等物质，说明超滤装置可能存在断丝现象，此现象也通过气密实验得到了确认。

3.2 各种药的投加量过大

根据现场了解的情况及垢样分析的结果，可知加药装置的加药泵不能根据水量的变化而改变药剂的投加量。絮凝剂、助凝剂、还原剂、阻垢剂可能都存在这样的问题。

3.2.1 絮凝剂和助凝剂投加量过大

过量的絮凝剂和助凝剂，加大了膜设备的处理负担，使得后续的膜元件污堵情况更为严重。

3.2.2 次氯酸钠、亚硫酸氢钠投加量过大

足够浓度的次氯酸盐并过量，可确保阻止微生物的继续生长，但是过量的次氯酸钠有氧化作用，对金属设备有腐蚀性，对保安过滤器的滤芯和RO膜都有一定的影响，且加入大量的还原剂——亚硫酸氢钠，会导致系统中形成更多的硫酸盐。

3.2.3 阻垢剂的投加量过大

阻垢剂投加过量，反而无法起到抑制碳酸钙、硫酸钙等难溶物沉积的作用和效果。如果阻垢剂是有机磷酸盐类，它主要是通过减缓晶体生长和晶格畸变这两种作用进行阻垢的，这两种作用的同时存在，使得这类药剂也具有阈值效应。这类阻垢剂相对于聚磷酸盐来说含磷浓度低，水解度小，不过有的研究者指出，当水中含有铁或其它悬浮固体时，此药剂的阻垢效果就会变差。

4 解决方案

通过系统的进行分析，我们分阶段采取针对性措施来解决存在的问题，主要有：①进行反冲洗。对各设备进行反冲洗，特别是反渗透设备进行离线清洗，即化学清洗，避免因污染物的长时间积累而导致反渗透系统参数较难恢复。要保证清洗及时。②药剂投加控制。控制絮凝剂、助凝剂、还原剂及阻垢剂的投加量。根据出水浊度，降低絮凝剂、助凝剂的投加量；根据化验分析结果和各设备运行效果，对加药量逐步调整。在达到阻垢效果的前提下应尽可能降低其使用量，否则过量的药剂也会导致膜的污堵。③过滤器的调整。调整和更换过滤器滤料中的石英砂，使其粒径在0.35～0.55 mm范围内。同时调整过滤器的过滤流速在8 m/h左右，提高过滤器的过滤效果。减轻负荷和保证过滤效果。④对超滤检修，消除超滤断丝对水质的影响。通过上述措施，影响和制约脱盐水产量的问题得以解决，满足了生产用水需求。

5 方案实施过程

①净水站工段将泵出口浊度由原先3 NTU放宽到7 NTU，据此调节絮凝剂与助凝剂加药量，分别将絮凝剂与助凝剂加药量调整为原先的1/5～1/4。②将除盐水站反渗透阻垢剂投加量减小为先前投加量的1/2。基于冬季微生物滋生缓慢，微生物污染不是首要问题的考虑，将氧化性杀菌剂、还原剂停止投加，减小药剂多样反应复杂的影响。调整后效果见表2。

表2 调整后的反渗透运行工艺参数

由调整后数据可以看出，运行24 d的过程中，一、二段压差没有明显升高，保安过滤器滤芯更换周期由以前的2 d延缓到现在的45～60 d，据此可以说明此次工艺分析、调整科学、正确。

6 经济效益分析

由表3数据可知，在不考虑更换反渗透膜费用的情况下，仅与正常运行工况对比，通过工艺调整，每月就节省药剂费180 210元，耗材方面反渗透保安过滤器滤芯每月就节省费用37 125元，每年节省药剂和耗材费用2 608 020元。同时，由于清洗周期大大延长，也大幅度降低了工人的工作量，其它清洗用电耗和水耗也大大降低。又由于一级反渗透单套制水能力比原来增加约15%，相应每吨水的单耗也降低了15%。可以说，本次运行工况的调整取得了圆满成功。

表3 节省药剂和耗材统计