膜清洗技術
反滲透膜清洗方案
在正常運行一段時間后，反滲透膜元件會受到給水中可能存在的懸浮物或難溶鹽的污染，這些污染中最常見的是碳酸鈣沉淀、硫酸鈣沉淀、金屬(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)氧化物沉淀、硅沉積物、無機或有機沉積混合物、NOM天然有機物質(zhì)、合成有機物(如：阻垢劑/分散劑，陽離子聚合電解質(zhì))、微生物 (藻類、霉菌、真菌)等污染。污染性質(zhì)和污染速度取決于各種因素，如給水水質(zhì)和系統(tǒng)回收率。通常污染是漸進發(fā)展的，如不盡早控制，污染將會在相對較短的時間內(nèi)損壞膜元件。當膜元件確證已被污染，或是在長期停機之前，或是作為定期日常維護，建議對膜元件進行清洗。
當反滲透系統(tǒng)（或裝置）出現(xiàn)以下癥狀時，需要進行化學清洗或物理沖洗：在正常給水壓力下，產(chǎn)水量較正常值下降10～15%；為維持正常的產(chǎn)水量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加10～15%；產(chǎn)水水質(zhì)降低10～15%，透鹽率增加10～15%；給水壓力增加10～15%；系統(tǒng)各段之間壓差明顯增加。
保持穩(wěn)定的運行參數(shù)主要是指產(chǎn)水流量、產(chǎn)水背壓、回收率、溫度及TDS。如果這些運行參數(shù)起伏不定，海德能公司建議檢查是否有污染發(fā)生，或者在關鍵運行參數(shù)有變化的前提下 , 反滲透的實際運行是否正常。
定時監(jiān)測系統(tǒng)整體性能是確認膜元件是否已發(fā)生污染的基本方法。污染對膜元件的影響是漸進的，并且影響的程度取決于污染的性質(zhì)。表1“反滲透膜污染特征及處理方法”列出了常見的污染現(xiàn)象和相應處理方法。
已受污染的反滲透膜的清洗周期根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定。海德能公司建議，正常的清洗周期是每3-12個月一次。
當膜元件僅僅是發(fā)生了輕度污染時，重要的是清洗膜元件。重度污染會因阻礙化學藥劑深入滲透至污染層，影響清洗效果。
清洗何種污染物以及如何清洗要根據(jù)現(xiàn)場污染情況而進行。對于幾種污染同時存在的復雜情況，清洗方法是采用低PH和高PH的清。
表1 反滲透膜污染特征及處理方法
2 污染情況分析
碳酸鈣垢：
碳酸鈣垢是一種礦物結(jié)垢。當阻垢劑/分散劑添加系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，或是加酸pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)出故障而引起給水pH增高時，碳酸鈣垢有可能沉積出來。盡早地檢測碳酸鈣垢，對于防止膜層表面沉積的晶體損傷膜元件是極為必要的。早期檢測出的碳酸鈣垢可由降低給水的pH值至3~5，運行1~2小時的方法去除。對于沉積時間長的碳酸鈣垢，可用低pH值的檸檬酸溶液清洗去除。
硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢：
硫酸鹽垢是比碳酸鈣垢硬很多的礦物質(zhì)垢，且不易去除。硫酸鹽垢可在阻垢劑/分散劑添加系統(tǒng)出現(xiàn)故障或加硫酸調(diào)節(jié)pH時沉積出來。海德能公司認為盡早地檢測硫酸鹽垢對于防止膜層表面沉積的晶體損傷膜元件是極為必要的。硫酸鋇和硫酸鍶垢較難去除，因為它們幾乎在所有的清洗溶液中難以溶解，所以，應加以特別的注意以防止此類結(jié)垢的生成。
金屬氧化物/氫氧化物污染：
典型的金屬氧化物和金屬氫氧化物污染為鐵、鋅、錳、銅、鋁等。這種垢的形成導因可能是裝置管路、容器(罐/槽)的腐蝕產(chǎn)物，或是空氣中氧化的金屬離子、氯、臭氧、鉀、高錳酸鹽，或是由在預處理過濾系統(tǒng)中使用鐵或鋁助凝劑所致。
聚合硅垢：
硅凝膠層垢由溶解性硅的過飽和態(tài)及聚合物所致，且非常難以去除。需要注意的是，這種硅的污染不同于硅膠體物的污染。硅膠體物污染可能是由與金屬氫氧化物締合或是與有機物締合而造成的。硅垢的去除很艱難，可采用傳統(tǒng)的化學清洗方法。如果傳統(tǒng)的方法不能解決這種垢的去除問題，請與海德能公司技術部門聯(lián)系?，F(xiàn)有的化學清洗藥劑，如氟化氫銨，已在一些項目上得到了成功的使用，但使用時須考慮此方法的操作危害和對設備的損壞，加以防護措施。
膠體污染：
膠體是懸浮在水中的無機物或是有機與無機混合物的顆粒，它不會由于自身重力而沉淀。膠體物通常含有以下一個或多個主要組份，如：鐵、鋁、硅、硫或有機物。
非溶性的天然有機物污染(NOM)：
非溶性天然有機物污染(NOM——Natural Organic Matter)通常是由地表水或深井水中的營養(yǎng)物的分解而導致的。有機污染的化學機理很復雜，主要的有機組份或是腐植酸，或是灰黃霉酸。非溶性NOM被吸附到膜表面可造成RO膜元件的快速污染，一旦吸收作用產(chǎn)生，漸漸地結(jié)成凝膠或塊狀的污染過程就會開始。
微生物沉積：
有機沉積物是由細菌粘泥、真菌、霉菌等生成的，這種污染物較難去除，尤其是在給水通路被完全堵塞的情況下。給水通路堵塞會使清潔的進水難以充分均勻的進入膜元件內(nèi)。為抑制這種沉積物的進一步生長，重要的是不僅要清潔和維護RO系統(tǒng)，同時還要清潔預處理、管道及端頭等。對膜元件采用氧化性殺菌時，請與海德能公司技術支持部門聯(lián)系，使用認可的殺菌劑。
3 清洗液的選擇和使用
選擇適宜的化學清洗藥劑及合理的清洗方案涉及許多因素。首先要與海德能公司的服務人員取得聯(lián)系，確定主要的污染物，選擇合適的化學清洗藥劑。有時針對某種特殊的污染物或污染狀況，要使用RO藥劑制造商的專用化學清洗藥劑，并且在應用時要遵循藥劑供應商提供的產(chǎn)品性能及使用說明。有的時候可針對具體情況，從反滲透裝置取出已發(fā)生污染的單支膜元件進行測試和清洗試驗，以確定合適的化學藥劑和清洗方案。
為達到最佳的清洗效果，有時會使用一些不同的化學清洗藥劑進行組合清洗。
典型的程序是先在低pH值范圍的情況下進行清洗，去除礦物質(zhì)垢污染物，然后再進行高pH值清洗，去除有機物。有些清洗溶液中加入了洗滌劑以幫助去除嚴重的生物和有機碎片垢物，同時，可用其它藥劑如EDTA螯合物來輔助去除膠體、有機物、微生物及硫酸鹽垢。
需要慎重考慮的是如果選擇了不適當?shù)幕瘜W清洗方法和藥劑，污染情況會更加惡化。
4 化學清洗藥劑的選擇及使用準則
選用的專用化學藥劑，首先要確保其已由海德能公司認定并符合用于海德能公司膜元件的要求。藥劑供應商的指導/建議不應與海德能公司此技術服務公告中推薦的清洗參數(shù)和限定的化學藥劑種類相沖突；
如果正在使用指定的化學藥劑，要確認其已在此海德能公司技術服務公告中列出，并符合海德能公司膜元件的要求；
采用組合式方法完成清洗工作，包括適宜的清洗pH、溫度及接觸時間等參數(shù)，這將會有利于增強清洗效果；
在推薦的最佳溫度下進行清洗，以求達到最好的清洗效率和延長膜元件壽命的效果；
以最少的化學藥劑接觸次數(shù)進行清洗，對延續(xù)膜壽命有益；
謹慎地由低至高調(diào)節(jié)pH值范圍，可延長膜元件的使用壽命。pH范圍為2~12(勿超出)；
典型地、最有效的清洗方法是從低pH至高pH溶液進行清洗。但對油污染膜元件的清洗不能從低pH值開始，因為油在低pH時會固化；
清洗和沖洗流向應保持相同的方向；
當清洗多段反滲透裝置時，最有效的清洗方法分段清洗，這樣可控制最佳清洗流速和清洗液濃度，避免前段的污染物進入下游膜元件；
用較高pH產(chǎn)品水沖洗洗滌劑可減少泡沫的產(chǎn)生；
如果系統(tǒng)已發(fā)生生物污染，就要考慮在清洗之后，加入一個殺菌劑化學清洗步驟。殺菌劑必須在清洗后立即進行，也可在運行期間定期進行(如一星期一次)連續(xù)加入一定的劑量。必須確認所使用的殺菌劑與膜元件相容，不會帶來任何對人的健康有害的風險，并能有效地控制生物活性，且成本低；為保證安全，溶解化學藥品時，切記要慢慢地將化學藥劑加入充足的水中并同時進行攪拌； 從安全方面考慮，不能將酸與苛性(腐蝕性)物質(zhì)混合。在要使用下一種溶液之前，從RO系統(tǒng)中徹底沖洗干凈滯留的前一種化學清洗溶液。
5 清洗液的選擇
表2-常規(guī)清洗液配方提供的清洗溶液是將一定重量(或體積)的化學藥品加入到100加侖(379升)的潔凈水中(RO產(chǎn)品水或不含游離氯的水)。溶液是按所用化學藥品和水量的比例配制的。溶劑是RO產(chǎn)品水或去離子水，無游離氯和硬度。清洗液進入膜元件之前，要求徹底混和均勻，并按照目標值調(diào)pH值且按目標溫度值穩(wěn)定溫度。常規(guī)的清洗方法基于化學清洗溶液循環(huán)清洗一小時和一種任選的化學藥劑浸泡一小時的操作而設定的。
表2 常規(guī)清洗液配方(以100加侖，即379升為基準)
[溶液1]
2.0%(W)檸檬酸(C6H8O7)的低pH清洗液。用于去除無機鹽垢(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢等)、金屬氧化物/氫氧化物(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)及無機膠體十分有效。
[溶液2]
0.5%(W)鹽酸低pH清洗液，主要用于去除無機物垢(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢等)，金屬氧化物/氫氧化物(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)，及無機膠體。這種清洗液比溶液1要強烈些，因為鹽酸(HCl)是強酸。
[溶液3]
0.1%(W)氫氧化鈉高pH清洗液。用于去除聚合硅垢。這一洗液是一種較為強烈的堿性清洗液。
7 RO膜元件的清潔和沖洗程序
RO膜元件可置于壓力容器中，在高流速的情況下，用循環(huán)的清潔水(RO產(chǎn)品水或不含游離氯的潔凈水)流過膜元件的方式進行清洗。RO的清洗程序完全取決于具體情況，必要時更換用于循環(huán)的清潔水。
RO膜元件的常規(guī)清洗程序如下：
在60psi(4bar)或更低壓力條件下進行低壓沖洗，即從清洗罐中(或相當?shù)乃?向壓力容器中泵入清潔水然后排放掉，運行幾分鐘。沖洗水必須是潔凈的、去除硬度、不含過渡金屬和余氯的RO產(chǎn)品水或去離子水。
在清洗罐中配制特定的清洗溶液。配制用水必須是去除硬度、不含過渡金屬和余氯的RO產(chǎn)品水或去離子水。溫度和pH應調(diào)到所要求的值。
啟動清洗泵將清洗液泵入膜組件內(nèi)，循環(huán)清洗約一小時或是要求的時間（咨詢海德能技術人員）。在起始階段，清洗液返回至RO清洗罐之前，將最初的回流液排放掉，以免系統(tǒng)內(nèi)滯留的水對清洗溶液造成稀釋。在最初的5分鐘內(nèi)，慢慢地將流速調(diào)節(jié)到最大設計流速的1/3。這可以減少由污物的大量沉積而造成的潛在污堵。在第二個5分鐘內(nèi)，增加流速至最大設計流速的2/3，然后，再增加流速至設計的最大流速值。如果需要，當pH的變化大于1，就要重新調(diào)回到原數(shù)值。
根據(jù)需要，可交替采用循環(huán)清洗和浸泡程序。浸泡時間建議選擇1至8小時（請咨詢海德能公司）。要謹慎地保持合適的溫度和pH。
化學清洗結(jié)束之后，要用清潔水(去除硬度、不含金屬離子如鐵和氯的RO產(chǎn)品水或去離子水)進行低壓沖洗，從清洗裝置/部件中去除化學藥劑的殘留部分，排放并沖洗清洗罐，然后再用清潔水完全注滿清洗罐以作沖洗之用。從清洗罐中泵入所有的沖洗水沖洗壓力容器至排放。如果需要，可進行第二次清洗。
一旦RO系統(tǒng)已用貯水罐中的清潔水完全沖洗后，就可用預處理給水進行最終的低壓沖洗。給水壓力應低于60psi(4bar)，最終沖洗持續(xù)進行直至沖洗水干凈，且不含任何泡沫和清洗劑殘余物。通常這需要15~60分鐘。操作人員可用干凈的燒瓶取樣，搖勻，監(jiān)測排放口處沖洗水中洗滌劑和泡沫的殘留情況。洗液的去除情況可用測試電導的方法進行，如沖洗水至排放出水的電導在給水電導的10~20%以內(nèi)，可認為沖洗已接近終點；pH表也可用于測定，來比較沖洗水至排放出水與給水的pH值是否接近。
一旦所有級段已清洗干凈，且化學藥劑也已沖洗掉，RO可重新開始置于運行程序中，但初始的產(chǎn)品水要進行排放并監(jiān)測，直至RO產(chǎn)水可滿足工藝要求(電導、pH值等)。為得到穩(wěn)定的RO產(chǎn)水水質(zhì)，這一段恢復時間有時需要從幾小時到幾天，尤其是在經(jīng)過高pH清洗后。
8 反滲透膜的化學清洗與水沖洗
清洗時將清洗溶液以低壓大流量在膜的高壓側(cè)循環(huán)，此時膜元件仍裝在壓力容器內(nèi)而且需要專門的清洗裝置來完成該工作。
清洗反滲透膜元件的一般步驟：
一、用泵將干凈、無游離氯的反滲透產(chǎn)品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。
二、用干凈的產(chǎn)品水在清洗箱中配制清洗液。
三、將清洗液在壓力容器中循環(huán)1小時或預先設定的時間。
四、清洗完成以后，排凈清洗箱并進行沖洗，然后向清洗箱中充滿干凈的產(chǎn)品水以備下一步?jīng)_洗。
五、用泵將干凈、無游離氯的產(chǎn)品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。
六、在沖洗反滲透系統(tǒng)后，在產(chǎn)品水排放閥打開狀態(tài)下運行反滲透系統(tǒng)，直到產(chǎn)品水清潔、無泡沫或無清洗劑(通常15~30分鐘)。
