1、反滲透原理
反滲透技術是近二十多年來新興的膜分離高新技術,它利用反滲透原理,采用具有高度選擇透過性的反滲透膜,將給水的一部分沿與膜垂直的方向通過膜成脫鹽水,水中的鹽類和膠體物質將在膜表面濃縮,剩余一部分給水沿與膜平行的方向將濃縮的物質帶走,在運行過程中自清洗。此法可使水中的無機鹽和硬度離子以及有機物、細菌等去除率達到97-98%,且具備操作簡單、能耗低、無污染等優點,現已被廣泛應用于醫藥、電子、食品、化工等行業。反滲透系統是整個水站的核心工藝,其主要功能是對經過預處理的水進行脫鹽。本系統包括高壓泵、反滲透裝置、反滲透清洗裝置。反滲透和高壓泵放置在反滲透膜組機架上,是一體化成套設備。成套設備本體上有各種手動閥門并留有各種儀表接口,便于用戶現場維護和實現水站運行自動化。
經過預處理的水經高壓泵加壓后進入反滲透裝置,由反滲透膜分離H2O和可溶性離子、有機物、細菌病毒及極細小顆粒。97%以上的可溶性離子、有機物、細菌病毒及極細小顆粒隨小部分濃水排入下水溝。
本系統的核心設備---反滲透裝置(簡稱RO裝置),其能否正常運行,很大程度上決定了整個生產裝置能否正常運行。因此必須悉心管理、認真操作。
高壓泵采用多級立式離心泵。過流件材質為不銹鋼,該泵為反滲透裝置配套泵,具有絕緣等級高,運行效率高的特點。
膜元件選用代表當今國際最高水準的美國DOW公司提供的芳香聚酰胺復合膜,該組件由三層薄膜復合,表面層為芳香聚酰胺材質,并由一層微孔聚砜層支撐,可承受高壓力,對機械張力及化學侵蝕具有較好抵抗性,該組件具有較大的膜面積,超低的工作壓力,對NaCl、CaCl2、MgCl2具有99.5%的脫鹽率。
BW30-400系列低壓復合膜元件具有脫鹽率高、產水量大、操作壓低、抗壓密性好、耐生物分解力強等諸多優點。但對進水有嚴格要求(見表1),必須嚴格按規定的指標執行。
表1
項目 |
單位 |
數據 |
備注 |
水溫 |
℃ |
15~35 |
|
PH范圍 |
|
3~10 |
|
余氯 |
ppm |
≤0.1 |
OT法 |
SDI |
|
≤4 |
15分鐘 |
化學耗氧量 |
O2·mg/l |
≤3 |
Mn法 |
水質穩定指數 |
|
負數 |
|
硫酸鈣溶度積 |
|
濃水側不發生沉淀 |
|
鋇、鍶 |
Mg/l |
濃水側不發生沉淀 |
|
鐵 |
Mg/l |
≤0.10 |
|
錳 |
Mg/l |
≤0.10 |
|
鋁 |
Mg/l |
≤0.05 |
|
總硅 |
Mg/l |
濃水側不發生沉淀 |
|
2、反滲透裝置的安裝
2.1 反滲透裝置的安裝必須按下列條件執行
2.2.1裝置運到現場后,應放置于室內,周圍環境溫度最低不得低于5℃,最高不得高于38℃。當溫度高于35℃時,應加強通風措施。
2.2.2裝置到達后,應在一個月內安裝完畢,并應立即進行通水試車運行。
2.2.3裝置在未進行通水試車前,任何閥門均不得開啟。
2.2.4 裝置就位后,應調整裝置支承點,使組件處于基本水平的位置,且與基礎接觸可靠。2.2.5 裝置與供水泵相接的管路及閥門在連接之前應進行脫脂處理,供水泵過流部分也應進行脫脂處理。
2.2.6 裝置的產水管最大輸出高度應小于8米。
2.2.7 清洗裝置與R/O裝置間如用硬管連接,則進、回液管均不得直接敷設在地面上,以免損壞。
2.2 反滲透膜組件的安裝
2.2.1檢查壓力容器內部有無擦傷或損傷,泄漏的容器必需更換。用清水沖洗壓力容器以去除所有塵土和顆粒,清理腐蝕產物或外部雜質(包括潤滑油過量)。潤滑管殼內從斜面1/2處到距斜面大約1/2”的范圍。
2.2.2檢查膜元件表面有無缺陷,如有缺陷應及時處理以免擦傷容器。注意防止膜卷縮伸出裝置的端部,如果發現不能處理的缺陷,聯系生產廠家處理。
2.2.3 用約50%的甘油-水混合物來潤滑容器內部??捎煤线m尺寸的棉布沾取混合物。
2.2.4 把第一個膜元件裝入壓力容器的進水端,元件的端部留幾寸在容器外,以便連接下一個膜元件。
2.2.5 用少量潤滑劑潤滑連接器的O型環,將連接器連上下一個膜元件。安裝下一個膜元件。2.2.6 連接上所有外部管路。
2.3 壓力容器與膜元件的拆卸
拆卸過程與安裝過程步驟相反。方法詳見安裝方法。
注意:1)從組件進水相反方向取出元件,取出元件時,必須平行抽出,不得左右搖動。
2)裝入元件應從進水方向裝入,并均勻用力推入,不得強行用硬物敲入。
3)拆卸后的元件應立即垂直浸沒于0.5~1%亞硫酸氫鈉溶液中,絕對不得干置于空氣中。
3、RO裝置調試步驟
3.1 對裝置的進水進行分析、測試,結果表明符合進水要求,方可進行裝置通水調試。
3.2 對高壓泵的壓力控制系統進行調整。
3.3 檢查裝置所有管道之間連接是否完善,壓力表是否齊全,低壓管道連接是否緊密,有否短缺。
3.4 全開各壓力表開關和總進水閥、濃水排放閥、產水排放閥。
3.5 啟動預處理設備,并調整供水量大于裝置總進水量。
3.6 待出水無甲醛氣味,關畢裝置總進水閥。
3.7啟動高壓泵,并緩緩開啟裝置總進水閥,控制裝置總進水壓力小于0.5Mpa,沖洗5分鐘,并檢查各高、低壓管路、儀表是否正常。
3.8調整進水閥、濃水排放閥,使進水壓力達到1.0~1.4Mpa。
3.9 檢測產品水電導率,符合要求時開啟產品水出水閥,關閉產水排放閥。
3.10 RO裝置的調試均是手動單步操作,運行正常后,方可切換到自動狀態,由在線, , 儀表及PLC自動控制運行。
4、反滲透裝置的運行說明
反滲透裝置的運行及保護性沖洗各步驟均可自動進行,其各工序的時間設定及流量應按下述要點進行適當調整。
4.1 制水
高壓泵進口壓力初設定值為0.05Mpa,運行時應根據現場情況作適當調整。
4.2 保護性沖洗
按將停運RO裝置中濃水完全沖出設定充分的時間,預設定時間為5分鐘。
表4-1 反滲透裝置高壓泵、控制閥狀態表:
狀態 |
順序 |
高壓泵 |
進水閥門 |
沖洗閥門 |
濃水閥門 |
產水閥門 |
產水排放閥 |
啟 動 |
1 |
關 |
開 |
由PLC機設定自動運行。 |
開 |
開 |
開 |
2 |
開 |
開 |
調節 |
開 |
開 |
|
|
運 行 |
1 |
開 |
開 |
開 |
開 |
關 |
|
停 機 |
1 |
關 |
開 |
開 |
開 |
開 |
5、裝置的運行管理
本裝置由于RO是自動運行,而保安過濾器操作簡單,故無需特別的運行操作,但當處理水質惡化、水量下降、壓差上升至0.1MPa時,應及時查明原因,然后進行妥善處理。
裝置運行中發生異常的現象,主要通過脫鹽率、回收率、壓力降三個參數變化來反映。究其原因,往往是復雜的、多方面的??赡苁窃O備原因,也可能是進水水質變化的原因,也可能是RO膜組件的原因。因此在原因調查時,應細致、有條不紊。以下給出檢查流程(圖5-1)及有關說明,供參考。
6、運行要點及工藝參數
6.1 進水參數
嚴格控制進水水質,保證裝置在符合進水指標要求的水質條件下運行。
6.1.1最高運行壓力 : 600psi(41Bar)
6.1.2最高使用溫度 : 45℃
6.1.3最大給水濁度 : 1NTU
6.1.4允許游離氯 : <0.1ppm;
6.1.5連續運行PH范圍 : 2-10;
6.1.6給水最大SDI值 : 5.0
6.1.7單個膜元件回收率 : 15%(非系統回收率)。
6.2 環境溫度
周圍環境溫度最低不得低于5°C,最高不得高于38°C。當溫度高于35°C時,應加強通風措施。
注:夏季水溫偏高的操作對策:
1) 在保證產水水質的前提下,可降低操作壓力,實施減壓操作。
2) 根據供水量要求,關停RO裝置時間不得大于24小時,否則容易造成膜面細菌孳生,增加壓降。
6.3 系統回收率
在滿足生產的前提下盡可能采用較低的系統回收率,易于防止結垢和膜污染。
6.4 控制鹽的透過量
鹽透過量與膜兩側的濃度差和溫度有關。因此應控制系統回收率如6.3所述,水溫保持在20-25℃左右,最高不得大于30℃。
6.5 化學清洗
正常運行中膜元件受到滲透水的沖洗,所以只有在反滲透出水量下降10%壓降增加15%、脫鹽率明顯下降或人為要求時,才對系統進行化學清洗。但為了保證系統長時間的安全運行,通常三個月至半年清洗一次。清洗方向與運行的方向相同,不允許反向清洗,以免發生膜卷伸出而損壞膜元件。
6.6 調試進水壓力
調試過程中要求進水壓力不得大于1.4MPa,且只限于對裝置進行耐壓實驗。
6.7 操作壓力控制
應在滿足產水量與水質的前提下,盡量取低的壓力值。
6.8 排放量控制
由于水溫、操作壓力等因素的變化,使裝置的產水量也發生相應的變化,這時應對排放量進行調整,控制排放量與產水量之間比如前所述。
6.9 停運處理
裝置不得長時間停運,每天至少運行2小時。如準備停機72小時以上,應用化學清洗系統向組件內沖裝濃度為0.5%的亞硫酸氫鈉溶液以實施保護。
6.10 低壓沖洗
反滲透裝置每次啟機都應在進水壓力小于0.5MPa條件下沖洗15分鐘。
6.11 數據記錄
操作工人應每1小時對運行參數進行記錄,主要內容為:
進水:電導率、壓力、水溫、流量
產水:電導、產水量
濃水:流量、壓力
6.12 當反滲透系統發生脫鹽率嚴重下降時,應依據以下原因進行逐項分析,確認原因及時處理
①濃差極化造成膜表面的發生污染和結垢,使膜表面變得粗糙,系統脫鹽率下降。
②元件之間的連接件O型圈密封失效。
③膜口袋粘結線破裂。
④膜被硬顆粒劃破。
⑤因高壓泵啟動時產生的水錘使膜元件或其連接件破損。
⑥膜元件壓降過大而產生的膜卷伸出損壞。
6.13 嚴禁未經培訓人員上崗操作。
7、故障分析及排除方法
7.1裝置運行異常及對策
異常原因 |
現 象 |
檢 查 部 位 |
對 策 |
|||||
流量 |
脫鹽率 |
壓降 |
||||||
1 |
溫度 |
高 |
? |
↓ |
↓ |
季節變化;泵的效率 |
壓力調整;冷卻 |
|
低 |
ò |
→ |
↑ |
季節變化 |
壓力調整;加熱 |
|||
2 |
壓力 |
, 高 |
? |
↑ |
↓ |
泵;閥門 |
調整壓力 |
|
低 |
ò |
↓ |
↑ |
泵;閥門;保安過濾器 |
調整壓力 |
|||
3 |
濃水流量 |
大 |
→ |
→ |
? |
R/O進水流量;壓力控制閥 |
調節流量 |
|
小 |
↓ |
↓ |
ò |
R/O進水流量;壓力控制閥 |
調節流量 |
|||
4 |
膜老化 |
↑ |
↓ |
↓ |
PH控制 |
控制PH |
||
5 |
含鹽量 |
高 |
ò |
↓ |
↓ |
R/O進水 |
控制壓力 |
|
低 |
? |
↑ |
↑ |
R/O進水 |
控制壓力 |
|||
6 |
不溶物(結垢) |
↓ |
↓ |
↑ |
R/O進水水質;回收率;PH值 |
控制壓力;
調整回收率 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
注:?↑ 增加 ò↓ 減少 ?ò主要現象
7.2反滲透組件部份異常及對策
異常原因 |
現 象
|
檢 查 部 位 |
對 策 |
||||
流量 |
脫鹽率 |
壓降 |
|||||
1 |
膜功能衰退 |
↑ |
ò |
↓ |
運行時間;進水溫度;PH值;余氯 |
清洗或更換R/O元件 |
|
2 |
膜泄漏 |
↑ |
ò |
↓ |
振動;壓降;沖擊壓力 |
更換R/O元件 |
|
3 |
膜壓密 |
ò |
↑ |
↑ |
進水溫度;壓力;運行時間 |
清洗或更換R/O元件 |
|
4 |
O型圈泄漏 |
↑ |
ò |
↑ |
振動;沖擊壓力 |
更換O型圈 |
|
5 |
濃水密封圈漏 |
↓ |
ò |
↓ |
材料是否老化;短路 |
更換濃水側密封圈 |
|
6 |
內連接器斷 |
↑ |
ò |
↓ |
壓降大;高溫 |
更換連接器 |
|
7 |
中心管斷 |
↑ |
ò |
↓ |
壓降大;高溫 |
更換R/O元件 |
|
8 |
元件變形 |
↓ |
↓ |
? |
壓降大;高溫 |
更換R/O元件 |
|
9 |
懸浮物污染膜 |
↓ |
↓ |
? |
預處理;原水水質 |
化學清洗 |
|
10 |
結垢 |
↓ |
↓ |
? |
預處理;原水水質 |
化學清洗 |
|
11 |
有機物污染膜 |
ò |
↓ |
↑ |
預處理;原水水質 |
化學清洗 |
注:?↑增加 ò↓減少 ?ò主要現象
7.3反滲透組件污染后癥狀和對策
污 染 物 |
癥 狀 |
化學清洗法 |
物理清洗法 |
鈣沉淀CaCO3、 Ca(PO4)2經常出現在系統中 |
脫鹽率明顯下降,進出口壓差出現中等程度的增加 |
清洗液No.1配方 |
|
氧化水合物(有機物、鐵和硅酸鹽) |
脫鹽率迅速下降,進出口壓差速增。產水量迅速降低 |
清洗液No.1配方 |
|
膠體化合物(有機物、鐵和硅酸鹽) |
脫鹽率略有降低,進出口壓差迅速增加,產水量在幾個星期內逐漸減小 |
清洗液No.2配方 |
二氧化硅膠層的污染只有直接沖洗,才略去除一些,效果有限 |
硫酸鈣CaSO4一般在系統的濃縮端發現 |
脫鹽率極大降低,進出口壓差逐漸增加,產水量略有下降 |
清洗液No.2配方 |
讓R/O系統在低于規定的回收率下,運行一段時間 |
有機物沉淀 |
脫鹽率明顯下降,進出口壓差逐漸增加,產水量逐漸減小 |
清洗液No.2配方;若污染嚴重用 No.3配方 |
|
8、反滲透裝置的開車、停車
8.1 裝置不得長期停運,每天至少通水2小時。如停機72小時以上,應向裝置內沖灌亞硫酸氫鈉溶液進行保護。
8.2 裝置每次停機,都需用大流量低壓水對反滲透裝置沖洗15分鐘左右,以防膜面濃水產生結垢。
8.3 反滲透裝置開車時,應注意升壓不得太快。如開機前系甲醛封存,應先低壓沖洗至排水無甲醛味和白沫。
9、反滲透裝置的清洗
9.1、反滲透裝置需清洗的條件
反滲透運行時如出現以下任一情況,則必須立即進行化學清洗:
①裝置總壓差比運行初期增加0.15~0.20MPa;
②裝置脫鹽率比上次清洗后下降了三個百分點;
③裝置的總產水量比上次清洗后下降了10%以上;
④即使上述三種情況未曾出現,通常也應5~6個月清洗一次;
9.2、清洗的注意事項
①清洗時應考慮可能的污染物類型,選用合適的清洗配方。
②可用NH4OH和H2SO4調節PH值,必須注意PH值測量一定要正確可靠。
③清洗操作時要有安全防護措施,如帶防護鏡、手套、鞋和衣等。
④固體清洗劑必須充分溶解后,再加其他化學試劑,進行充分混合后才能進入反滲透裝置。⑤清洗壓力為0.15~0.3Mpa,清洗時間為2小時。
⑥清洗過程中密切注意清洗液溫升情況,切忌溫度超過35℃,觀察清洗水箱液位和清洗液的顏色變化,必要時補充清洗液。
⑦清洗結束后,取殘液進行分析,確定污染物種類,為日后清洗提供依據。
9.3、清洗方法
①按選定的清洗劑配方,在清洗水箱中配制清洗液,用泵循環清洗液,將其攪勻待用。
②關閉反滲透裝置上的進出水閥門、排放閥門,打開反滲透裝置上的化學清洗進出閥門,形成循環清洗系統。
③接好清洗管路后,開啟清洗泵電源開關,按規定的流量、壓力(0.14-0.22Mpa)和溫度(<30℃),清洗1-2小時(必要時可浸泡1-2小時),初始排出的清洗液排入地溝,以保證清洗液的濃度。
④清洗完畢后,將清洗水箱殘液排完,注入符合反滲透裝置進水指標的水,以清洗相同條件進行沖洗。或用原水增壓泵類似低壓沖洗條件來沖洗。
⑤各段沖洗結束后,按規定的運行方式進行低壓沖洗和高壓運行,最初產水排入地溝,到出水指標合格后進入產品水箱。
⑥清洗結束后,必須將化學清洗裝置沖洗干凈,切忌將清洗過濾器、清洗水泵等設備置于酸或堿的狀況下。
9.4 甲醛或亞硫酸氫鈉封存方法
①利用清洗裝置,配制0.5—1%濃度的甲醛或亞硫酸氫鈉水溶液。
②將清洗裝置的出口、回流口分別與反滲透裝置的清洗液進口、清洗液回流口連接,而后打開清洗管線上的閥門。
③啟動清洗泵,循環10分鐘。
④關閉清洗泵,關閉所有閥門。
9.5 清洗配方
①酸洗配方:0.3%HCl溶液
②堿洗配方:0.3%NaOH溶液, PH調至12。
9.6 裝置的防凍
①停運期間(指48小時以上)需適當送水,以更換存水。
②冬季停運應注意防凍,防凍液可以下面組成為參考。
5%丙三醇溶液+0.5%亞硫酸氫鈉溶液
③停運時開啟產水閥,關閉其它所有閥門。