黄 艳1 谢自彬2 李晓峰2
（1.太仓港协鑫发电有限公司，江苏 太仓 215400；2.福建福清核电有限公司，福建 福清 350300）
【摘 要】本文主要论述了反渗透膜污染的预防措施以及清洗方法。反渗透作为具有良好的脱盐性能，可极大地降低除盐系统离子交换器的进水含盐量，延长除盐系统运行周期。同时反渗透在运行中容易受悬浮物、胶体、有机物、结垢物以及微生物等引起的膜污染，造成膜性能下降，进而影响出力。针对系统特性，需采用恰当的给水预处理措施，严格控制反渗透装置进水水质，并在膜污染发生后，采取合适的化学清洗方法解决。
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关键词 反渗透膜；微生物污染；结垢物；溶液清洗；清洗液配方
1 反渗透系统简介
本文以本电厂除盐水系统采用反渗透预脱盐加两级除盐系统，反渗透系统设计产品水出力为75m3／h，按一级二段10—5排列，每列共有压力容器15个，每个压力容器内装有6根膜元件。系统设置两段的目的是为了提高反渗透装置的系统回收率，反渗透装置的系统回收率设计值为75％，系统运行时反渗透装置第一段的浓水进入第二段，进一步利用之后浓水排放，两段的产品水汇合后送人淡水箱。反渗透作为水处理系统的预脱盐系统，是一种十分有效的物理脱盐过程，其良好的脱盐性能，可极大地降低除盐系统离子交换器的进水含盐量，延长除盐系统运行周期，减少再生次数从而减少再生过程中再生酸、碱废液的排放量，符合生产与环境保护相协调发展。
该厂水源浊度较高且污染严重，海水倒灌的影响使进水水质波动大，反渗透装置的预处理设备：加入NaClO的原水经澄清池、滤池等设备进行加药混凝、澄清、过滤、杀菌等处理；多介质过滤器用于去除水中的悬浮物；活性炭过滤器进一步吸附掉有机物、余氯等物质。反渗透阻垢剂加药系统，通过调整加药泵的出力，确保以合适的剂量均匀加入到反渗透给水中，从而达到浓水侧阻垢的目的；每套反渗透装置前配备一保安过滤器，以进一步去除砂滤器出水中5μm及以上的颗粒，满足反渗透的进水水质要求；高压泵用于提供满足反渗透系统设计出力所需动力。
2 反渗透污染的形成原因及污染种类
2.1 形成原因
反渗透膜污染形成的原因一般可以分为以下几类：
（１）对流沉积：反渗透膜过滤是一个“错流分离”过程，纯水穿过膜孔，而含有各种污染粒子的浓水高速流过膜表面，膜对粒子的吸附叫“对流沉积”它是反渗透膜污染的主要原因。
（２）浓差极化：浓差极化会加快膜的污染。因为浓差极化造成邻近膜表面溶质的浓度快速升高，引起边界层流体阻力增加(或局部渗透压增加)，导致传质推动力下降，产生污垢沉积。
（３）截流物阻挡：截流物加快了膜的污染。例如，螺旋卷式膜及平面板式膜的料液流道间有一层塑料隔网，起支撑膜和增大湍流的作用，但同时也造成截流，污染物受隔网阻挡，迅速沉积下来。
2.2 污染种类
一般情况下，水中污染物有悬浮物、胶体、铁(氧化铁和亚铁)、微生物、不易溶解的沉淀、结垢物(如碳酸钙垢、硫酸钙垢、SiO2)、有机污染物等都易造成反渗透膜表面及内部的污染堵塞。根据污染物的种类现将反渗透膜的污染分为以下几类：
2.2.1 悬浮固体、胶体和金属的污染
反渗透胶体污堵是一种普遍现象，不管是地下水还是地表水，总含有铁铝胶体、硅胶体、有机质胶体 ，预处理时加入的混凝剂，助凝剂，阻垢剂等形成的胶体，这些都可能沉积在膜表面形成胶体污染。使系统压差增加，产水量降低，脱盐率下降,其中水中溶有的二价铁、锰等还原性物质，还有系统中产生的金属锈蚀物等遇有空气或氯可能发生氧化和沉淀，而形成Fe(OH)3、MnO、重金属氧化物等不溶性胶体和微细沉淀等，导致膜的氧化和堵塞，且很难恢复。
2.2.2 微生物污染
微生物污染是膜材料、流动参数（如溶解物，流动速度，压力等）和微生物间复杂的相互作用的结果。微生物污染基本上是一个生物膜生长的问题。
微生物污染的主要来源是RO的进水。比如采用的具有大量微生物的地表水就必然产生微生物污染问题；另一方面预处理也可能是微生物污染源，如辅助除去悬浮物的絮凝剂过量，也给微生物提供了适宜的生长环境。
2.2.3 碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锡、二氧化硅、氯化钙等结垢物质的污染
反渗透膜运行时，盐类的浓缩是反渗透膜结垢的主要原因，即浓水中它的浓度积超过了该条件下的溶度积，而又没有采取合适的防垢措施则可能结垢，因此控制合适的进水条件(温度、pH等)、降低系统的回收率和使用合适的阻垢剂可防止结垢物质的生成。当浓水中的SiO2过饱和则可能聚合形成不溶解的胶体硅或者硅胶而引起结垢，温度、pH对SiO2溶解度影响较大，硅垢一旦形成非常难于去除，应严格控制系统回收率和进水温度，采取有效的抑制措施防止硅垢的形成。
2.2.4 有机物的污染
反渗透给水中有机物不仅是微生物的营养物质，而且其含量高时可溶解膜材料，使膜性能劣化，造成膜污染。长江水中有机物数量庞大、种类繁多，尤其容易在反渗透膜上形成有机物污染。
3 反渗透膜污染的预防措施
防止反渗透膜污染的关键在反渗透进水的预处理控制，包括加酸、加杀菌剂，添加阻垢剂等。针对实际运行中出现的各种反渗透膜污染现象，可采取了多种相应的预防措施，现介绍如下：
3.1 悬浮固体、胶体和金属的污染预防措施
由于该厂反渗透用水为长江地表水，水中悬浮物、胶体含量较多。这些物质容易在在膜表面及内部形成污染堵塞，使膜性能下降，并造成进水压力升高、产水量下降。因此，必须采取适当的给水预处理措施，严格控制反渗透装置的进水水质，以减少悬浮物和胶体对膜的污染。
针对原水的这个特性，该厂反渗透装置设计并安装的预处理设备为：多介质过滤器、活性炭过滤器。用于除去原水中的悬浮物和胶体，以满足反渗透系统给水对SDI、浊度的要求；并能有效的去除进入反渗透NaClO，同时起到了保护反渗透膜的作用。再加上每24小时对过滤器的强制性的彻底反洗，完全保证了实际运行中SDI的监测数值均小于4。通过该厂反渗透预处理系统投运四年的实践证明此套系统运行工况稳定、各项指标正常，完全可以满足反渗透的进水水质要求，极大的减少了悬浮固体和胶体对膜的污染。
同时，除铁、锰等的措施，一般采取氧化、曝气、凝聚、澄清、过滤的方法，以防止胶态铁、锰对膜的危害
3.2 微生物的污染预防措施
防止微生物污染的方法通常是采取有效的杀菌处理措施，有氯及NaClO、ClO2、KMnO4、H2O2、O3、紫外线照射等，控制重点是选取合适的杀菌剂，足够长的接触时间，根据不同的反渗透膜控制合适的残余氯量,该厂采取的是在RO预处理中加NaClO，基本可以杀灭大部分微生物。再就是严格控制给水中的有机物含量(以总有机碳TOC表示不超过1.5mg)，抑制细菌的生长繁殖。最好同时注意监测反渗透系统各环节的水中细菌总数(TBC)以便有效的预防，当发现有微生物污染的症状时(压差升高10％，产水量降低10％)应及时采取清洗措施以免污染加重。对于使用较多的加氯杀菌处理和选用聚酰胺复合膜元件的系统，必须保证进反渗透装置给水中的残余氯量在控制范围内，以免膜受氧化。该厂现在采用加NaHSO3和通过活性炭过滤器进行脱氯。
3.3 碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锡、二氧化硅、氯化钙等结垢物质的污染预防措施
对于较易形成的碳酸钙垢，早期的阻垢措施主要是采取加酸处理和加无机阻垢剂六偏磷酸钠防垢，但六偏磷酸钠对SiO2几乎无阻垢作用，且在溶解箱中存在水解问题，不但影响其阻垢效果，转化的正磷酸盐不但是微生物的营养源，还可能生成磷酸钙垢。且加六偏磷酸钠系统易堵，加酸装置的维护量大，操作环境差。采用有机复合阻垢剂一般比无机阻垢剂效果更好，使用也更简便，该厂一期采用的进口有机复合阻垢剂，既可以减少加酸设备投资又可以降低运行成本、改善操作环境。在使用前针对进水水质进行了阻垢模拟试验，在掌握了一定的试验数据与合适的加入量的基础上，并注意监测了浓水水质情况和反渗透装置的运行情况。因为有些阻垢剂有时会与阳离子聚电解质或铝铁等阳离子反应生成粘胶状沉淀，很难从膜元件中除去。若经济性比较可行，对碳酸盐硬度较高的水也可采用弱酸离子交换器加喷淋式脱碳器的处理方式作为反渗透的预处理，可有效预防碳酸钙垢的形成。
3.4 有机物污染的预防措施
目前通常采用加入氧化剂(Cl2、NaClO、H2O2、KMnO4、O3)促使有机物氧化，并通过絮凝、澄清、沉淀、过滤除去，或用活性炭吸附有机物，从而保持水中总有机碳(TOC)不超过1.5mg／L。另外，通过试验表明采用生物活性处理也可以有效去除有机物含量。
4 反渗透膜污染的清洗
4.1 清洗的必要性
即使反渗透进水水质符合要求，运行控制正常，反渗透膜也会逐渐被浓水中的无机物、微生物、金属氢氧化物、胶体和不溶性有机物等所污染，当膜表面污染物累积到一定程度后，压差逐渐升高，产水量和脱盐率即会下降。
4.2 反渗透膜各类污染的清洗方法
反渗透膜清洗是一项技术要求很高的工作，首先，针对不同种类的膜污染，对污染物进行分析，然后再制定合适的化学清洗方案进行清洗。反渗透膜受到污染后，将会在各项运行参数上表现出来，可以根据运行参数的变化来判断膜元件受到何类污染并采用何种处理方法。
清洗过程中应注意的事项:
通常须按特定的次序使用各种不同的清洗药品进行清洗，以获得最佳的清洗效果。比如首先使用低pH值的清洗液除去水垢一类的物质，然后使用一种高pH值的清洗液除去水垢一类的物质，然后使用一种高pH值的清洗液除去有机物。但有时也会首先使用高pH值的清洗液除去油类污垢，然后再使用一种低pH值的清洗液。有一些清洗液中还添加有洗涤剂，这将有助于清洗污染严重的生物和有机杂质。其他的清洗液添加有象EDTA之类的整合剂，这些整合剂有助于清除胶体、有机物、微生物杂质和硫酸盐垢。必须记住的是选用不正确的清洗药品或清洗步骤不正确可能会使污堵更严重。
在清洗复合膜时还有一些注意事项：
应首先了解所用清洗药剂的物理、化学性质，掌握药品的安全、使用及排放的知识。
在任何情况下都不让带有游离氯的水与复合膜元件接触，如果发生这种接触，将会造成膜元件性能下降，而且再也无法恢复。
1）清洗液流动方向必须和正常运行水流方向相同;
2）清洗液温度保持在30一35℃，不允许超过40℃；
3）对于多段RO装置，最好能够分段清洗；
4）使用两种以上清洗液时，必须彻底冲洗系统排尽第一次清洗液，方可再加入第二种清洗液。
5 结论
综上所述，反渗透装置是电厂除盐水系统的重要装置，要保证其良好的运行状态，保证反渗透与预处理系统的正常而有效，就必须根据实际进水水质情况，进行全面水质分析,采用适当的预防措施防止反渗透膜的污染，并及时进行有效的化学清洗，有效得延长反渗透运行年限。
［责任编辑：杨玉洁］