反渗透系统的运行维护与清洗

张 杰

（海洋石油富岛有限公司，海南东方 572633）

1 简介

某脱盐装置于2010年7月建成，主要以净水和甲醇装置回收的工艺、透平冷凝液为原料，通过采用UF、RO双膜技术+离子交换混床除盐工艺除去水中的各种阴阳离子制得合格的精制水，以满足用户的用水需求。该装置共配备四套反渗透装置，设计单套产水量为138m3/h，设计产水脱盐率为98%，产水电导率≤10μms/cm。

2 反渗透装置存在问题

装置建成以来工艺参数基本稳定，产水指标合格。随着反渗透装置运行时间的延长，反渗透产水指标较原始投运阶段有较明显的上涨趋势，后期反渗透产水指标大幅上涨，导致混床运行负荷大幅提升，制水批量无法达到设计值，造成混床提前失效情况频繁发生。

3 原因分析

3.1 数据分析

（1）表1 为现场数据统计。

表1 现场数据统计

（2）表2 同上述运行工况相同时的各压力容器产水电导率数据：（单位：µs/cm）

表2 各压力容器产水电导率 µs/cm

（3）2019.10.9 B组探针时的工况及探针结果见图1

图1 B组探针时的工况及探针结果

说明：探针结果显示一段和二段均是明显的突变点。根据对相关数据进行统计分析，反渗透膜未受到氧化。

3.2 反渗透前置过滤器污堵

反渗透前置过滤器污堵严重，拆检发现，滤芯表面和过滤器筒体内壁出现带有土腥味的淡黄色黏状物，黏状物进行了化验分析，具体数据如表3所示。

表3 反渗透前置过滤器污堵数据表

说明：污染物中有机物占比偏高；另外，其中 Al的含量明显较高，初步判断 Al主要来源预处理中的 PAC 过量投加所致。

3.3 铁锈及其他物质污染

2019年初对膜拆检时发现反渗透膜中有大量树脂，主要因混床水帽损坏，混床再生循环时树脂漏入中间水箱，后续反渗透运行时树脂被水带入膜中。颗粒状树脂对膜表面造成不可逆的损坏及造成膜污堵，影响了反渗透膜脱盐效果及使用寿命。

2019年底对膜拆检时发现反渗透被大量铁锈污染，主要因化学清洗阀门质量问题及部分化学清洗管线衬塑脱落，产生大量铁锈对反渗透膜造成污堵，同时锈渣对膜表面造成破坏，影响了反渗透膜脱盐效果及使用寿命。

4 化学清洗处理

4.1 在线清洗

（1）清洗药品：碱性清洗药剂：NaOH 150kg；酸性清洗药剂：HCl、柠檬酸 150kg。

（2）清洗过程：反渗透膜化学清洗包括碱洗、酸洗两个步骤，每个步骤又分为配药、置换、循环、静置和冲洗五个环节，具体过程如下。

①系统碱洗采取一段、二段分段清洗方式，将 pH 控制在11.5～12.0。

一段碱洗步骤：配药、置换、低流量清洗、浸泡、高流量清洗；

二段碱洗步骤：配药、低流量清洗、浸泡、高流量清洗；

一、二段冲洗：启动 CIP 泵，将流量控制在 70～100m3/h，对反渗透膜进行冲洗；冲洗过程中在反渗透膜浓水端采样化验电导率，当浓水电导率接近进水电导率时结束冲洗。

②系统酸洗采取一段、二段串联清洗方式，将 pH 控制在1.5～2.5。

系统酸洗步骤：低流量循环、浸泡、高流量循环。

一、二段冲洗：排空 CIP 池，将 CIP 池注满除盐水或 RO产水，启动 CIP 泵，对反渗透膜进行冲洗；冲洗过程中在反渗透膜浓水端采样化验电导率，当浓水电导率接近进水电导率时结束冲洗。

（3）清洗前后运行数据的对比

从表4看出：化学清洗后产水量有较大好转，但单从一段和二段的压差上看，清洗后的压差还是较高，效果并不理想。

表4 清洗前后运行数据的对比表

4.2 后续更换药剂清洗

（1）清洗药品：NaOH（0.1%）+十二烷基磺酸钠；控制条件：pH=12，温度30～35℃；

20%柠檬酸/盐酸（0.1%～0.2%）；控制条件：pH=2.0，温度30℃；

硫代硫酸钠（1%）溶液；控制条件：1%浓度，温度30℃。

（2）清洗液的量：每支8″膜元件目标清洗液量为40～60L（清洗液越多效果越好）。

（3）清洗步骤

A 清洗前的冲洗：17支压力容器，其冲洗流量为17×（11～4.5）m3/h=（76.5～187）m3/h，冲洗压力<0.3MPa，当进水电导率接近浓水排放口电导率时，标明冲洗完成。

B 硫代硫酸钠清洗

①按照表中配置硫代硫酸钠的清洗液，流量控制在目标值的一半（76.5m3/h），压力<0.3MP；

②低流量循环，循环60min，压力<0.3MPa；

③浸泡4h；

④高流量循环，循环1～2h，注意压力<0.3MPa。根据清洗液颜色的变化，酌情延长清洗时间；

⑤清水冲洗：排放清洗液，然后采用RO产水冲洗，压力<0.3MPa，当进水电导率接近浓水排放口电导率时，标明冲洗完成。

C 酸洗

①配制柠檬酸（或盐酸）清洗液，pH控制在2左右；

②低流量清洗，流量控制在目标清洗流量的一半左右即76.5t/h；

③循环冲洗：压力<0.3MPa，循环冲洗30～60min；

④浸泡2～4h；

⑤循环冲洗：压力<0.3MPa，循环初期pH若有上升，需要补充酸药剂，自pH稳定起冲洗60min或更长，在此过程中，监测pH并保持在2左右；

⑥清水冲洗：排放清洗液，然后采用RO产水或除盐水冲洗，压力<0.3MPa，当进水电导率接近浓水排放口电导率时，标明冲洗完成。

D 碱液清洗

①按照清洗药品配置碱洗的清洗液；

②低流量清洗，流量控制在目标清洗流量的一半左右即76.5t/h；

③低流量循环：循环冲洗60min，压力<0.3MP；

④浸泡：浸泡8h；期间每3h循环1h；

⑤高流量循环：循环1～2h，压力<0.3MPa。根据清洗液颜色的变化，酌情延长清洗时间；

⑥清水冲洗：排放清洗液，然后采用RO产水或除盐水冲洗，压力<0.3MPa，当进水电导率接近浓水排放口电导率时，标明冲洗完成。

（备注：一是冲洗系统的RO产水也需要加热至25～30℃；二是产水阀门要打开，防止背压过高。）

E 酸洗

①配制柠檬酸（或盐酸）清洗液，pH控制在2左右；

②低流量清洗，流量控制在目标清洗流量的一半左右即76.5t/h；

③循环冲洗：压力<0.3MPa，循环冲洗30～60min；

④浸泡2～4h；

⑤循环冲洗：压力<0.3MP，循环初期pH若有上升，需要补充酸药剂，自pH稳定起冲洗60min或更长，在此过程中，监测pH并保持在2左右；

⑥清水冲洗：排放清洗液，然后采用RO产水或除盐水冲洗，压力<0.3MPa，当进水电导率接近浓水排放口电导率时，标明冲洗完成。

（备注：按照上述程序，进行全系统串联清洗，若时间可以分段清洗，在清洗二段膜元件时，相应清洗流量减半。）（4）更换药剂清洗前后运行数据的对比更换药剂清洗后数据见表5

表5 更换药剂清洗前后运行数据对比

5 系统运行建议

1）从目前的化学清洗效果来看，普通的在线酸碱化学清洗效果一般，结合保安过滤器的污染物分析结果，增加其他专用药剂进行清洗，化学效果有很大转变；如条件具备可以进行彻底的离线化学清洗。

2）根据保安过滤器上污染物分析的结果 Al 含量较高，Al离子的主要来源应为预处理中投加的 PAC 过量，RO 进水的Al 离子要求<0.05mg/L，因此，严格控制 PAC 的投加量；另外，P 的主要来源一般是阻垢剂中含P，过量的阻垢剂同样也会带来系统污堵，应及时优化调整药剂投加量；

3）根据系统目前的污堵情况，除了考虑可以是预处理投加的药剂过量导致外，污染指数 SDI 值也是测定反渗透系统进水的重要指标之一，同时也是检验预处理（如UF、多介质等）出水是否达到反渗透进水要求的主要手段之一，它的大小对反渗透运行寿命至关重要。因此，日常运行管理维护中，增加SDI 的监测，至少 1 次/d，要求 SDI<5，最好<3；

4）系统存在背压的问题，产水背压的要求是<0.5bar，但是原则上要求 RO 系统在任何情况下，产水侧的压力都不得高于给水侧的压力，否则系统可能会出现背压风险从而导致膜元件性能衰减，目前现场发现的两个工况下均存在产水背压的风险，初步判断主要原因是由于清洗产水回流管道偏小导致，应进行改进。

6 结束语

在装置的日常运行维护中，当反渗透运行水质、水量出现异常后，可根据来水水质中污染物的情况，反渗透膜的污物污染情况，采用相匹配的药剂进行化学清洗，完全可以改善反渗透运行状况，从而确保装置的“安、稳、长、满、优”运行。