反渗透膜元件故障分析及应急处理

反渗透膜元件故障分析及应急处理

冀美萍 唐槐 张凯辉

公用工程一部动力水处理区域、甘肃省兰州市、730060

【摘要】：本文结合兰州石化公司公用工程一部第一套除盐水装置反渗透系统运行中的故障诊断和处理案例，系统总结了反渗透系统运行中存在的故障分析及应急处理措施。

【关键字】：反渗透系统 故障分析 应急处理措施

正文

反渗透技术是一种以压力差为推动力，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来的技术。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。反渗透膜是实现反渗透除盐的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。目前主要使用的为卷式复合膜元件。反渗透技术相对于离子交换除盐技术，具有水质好，不使用酸碱再生等优点。目前广泛用于二级除盐水生产工艺中，替代传统的一级阴阳床离子交换技术。

反渗透系统用于一级除盐工艺，不使用酸碱再生，无酸碱性废液产生，减少了酸碱性废水的环境污染和中和处理成本，具有显著的环保和经济价值。但是反渗透膜因其独特的化学物理特性，对进水水质要求大于离子交换技术。导致其预处理工序加长，预处理工序复杂化，所用设备增多。对工艺完善度、设备完好性、运行控制管理要求加大。

两种工艺复杂程度对比如下表（以使用浊度≤30mg/L的新鲜水为原料制一级除盐水为例对比）：

相对离子交换除盐技术，反渗透系统更容易发生故障。并且导致故障发生的原因更多，发生故障后的原因分析诊断以及故障处理相对更复杂。因此，对反渗透系统故障形成原因进行归纳总结，对反渗透系统故障诊断和处理工作流程开展进行梳理总结对反渗透系统运行管理具有重要意义。

反渗透系统常见故障分析及应急处理措施

1.反渗透系统启动中的水锤现象

反渗透系统启动过程中,反渗透系统压力由常压迅速增加到1.0MPa左右，水通量由0t/h迅速增加到设计进水量。如果反渗透系统启动前无水，有可能产生水锤现场。水锤现象会对运行产生极为有害的影响。

水锤现象的危害：（1）会导致卷式膜元件内侧错位，端面由平面变成圆锥状，导致膜袋破裂或者膜表面损伤。（2）会导致反渗透系统阀门、连接件等承压部件损坏。

消除水锤现象的措施：（1）高压泵出口安装缓开阀门，降低反渗透系统压力增压速度和流量增加速度。（2）设置反渗透系统充水步序，确保高压泵启动前，反渗透系统内部水充满，无空气。

2.膜表面的浓差极化

反渗透系统运行过程中,水分子透过后,膜界面层中含盐量增大,形成浓度较高的浓水层,此层与给水水流的浓度形成很大的浓度梯度,这种现象称为膜的浓差极化。浓差极化会对运行产生极为有害的影响。

浓差极化的危害：（1）由于界面层中的浓度很高,相应的会使渗透压升高.当渗透压升高后,势必使原来的运行条件的产水量下降.为欲达到原来所需的产水量,就要提高给水压力,增加电能消耗。（2）由于界面层的浓度升高,膜两侧的ΔC增大,使产品的盐透过量增大。（3）由于界面层的浓度升高,对易结垢的物质增加了沉淀结垢倾向,造成膜的污垢污染。为了恢复膜的性能,要频繁的清洗,并可能造成膜性能的下降。（4）由于形成的浓度梯度,会以一定措施使盐分的扩散离开膜表面,但胶体物质的扩散要比盐分的扩散速度小数百数千倍,因而浓度极化是促成膜表面胶体污染的重要原因。

消除浓差极化的措施：（1）要严格控制膜的水通量。（2）严格控制回收率。（3）严格按照膜生产厂家的设计导则设计RO系统。

3.反渗透膜微生物污染

原水或者预处理系统含有的微生物进入反渗透系统后，在附着在反渗透膜表面形成微生物黏膜，厚度可达10-50um，严重时形成黏泥。

1）微生物污染的危害

（1）反渗透系统运行阻力增加，表现为进水压力、压差增加，水通量下降。（2）细菌繁殖损坏反渗透膜表面除盐层，导致反渗透系统脱盐率下降。

2）消除微生物污染的措施

（1）反渗透系统设计杀菌工艺，连续或者定期投加杀菌剂。（2）反渗透系统停用时需注入药剂保护，防止细菌滋生。

4.反渗透膜有机物污染

原水含有的有机物进入反渗透系统后，会在反渗透膜表面堆积，严重时能堆积达到1.27mm厚。

1）有机物污染的危害

（1）反渗透系统运行阻力增加，表现为进水压力、压差增加，水通量下降。（2）成为细菌繁殖滋生的温床。

2）消除有机物污染的措施

（1）设计活性炭吸附、臭氧处理等去除有机物的预处理设备。

5.反渗透膜氧化损伤

原水或者预处理系统投入药剂具有氧化性，进入反渗透系统后氧化反渗透膜表面，导致反渗透膜损伤。

1）氧化损伤的危害

（1）膜表面除盐层被破坏，导致反渗透系统脱盐率下降。

2）消除氧化损伤的措施

（1）反渗透系统投入还原剂或者其他去除氧化剂措施。

6.反渗透膜污堵

反渗透进水含有大量的悬浮物或者胶体，在膜表面聚集，直接影响反渗透膜元件性能。多发生在反渗透系统的一段。

1）反渗透膜污堵的危害

（1）产品水流量降低，膜系统压差正大。（2）严重时，导致反渗透系统脱盐率下降。

2）消除污堵的措施

（1）设计混凝、过滤等降低悬浮物、胶体含量的预处理工艺，使浊度和SDI达到膜元件厂家指导标准。（2）设计反渗透系统进水保安过滤器，防止预处理工艺设备损坏或者故障的冲击。

7.反渗透膜结垢

反渗透进水在卷式膜中流动时，淡水进入产品水侧，阴阳离子保留在浓水侧。反渗透进水逐步浓缩，形成浓水。浓水中微溶盐超过了浓度积而沉淀在膜表面，影响反渗透膜元件性能。

1）反渗透膜结垢的危害

（1）产品水流量降低，膜系统压差正大。（2）严重时，导致反渗透系统脱盐率下降。

2）消除结垢的措施

（1）设计软化、铁过滤等降低水中盐含量，防止结垢的预处理工艺。（2）反渗透系统进水投加阻垢剂。

结论

总之,在生产运行过程中,想要提高反渗透系统的周期产水量,增长反渗透膜元件的使用寿命,首先要保证反渗透前端预处理设施效果达到设计指标,同时反渗透膜元件得到有效的清洗与维护。反渗透系统运行一段时间后，出现产品水量减小，反渗透膜的脱盐率下降，给水、浓水的压力增加需及时对反渗透系统进行清洗。如预处理设计合理，运行正常，则一般半年至一年清洗一次，如小于3个月就需清洗，则应对故障成因进行分析诊断，研究完善预处理工艺或者完善运行管理措施。

鉴于反渗透系统运行的经济性和环保优势，反渗透系统在制除盐水的适用会日益广泛，及时对反渗透系统故障进行分析并应急处理将进一步提升反渗透系统的可靠性和经济性。

参考文献：

[1] 陶氏水处理及过程解决方案. 《FILMTEC™ 反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册》2016版