1、反滲透原理
反滲透技術(shù)是近二十多年來新興的膜分離高新技術(shù)，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(zhì)將在膜表面濃縮，剩余一部分給水沿與膜平行的方向?qū)饪s的物質(zhì)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(yōu)點，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、電子、食品、化工等行業(yè)。反滲透系統(tǒng)是整個水站的核心工藝，其主要功能是對經(jīng)過預(yù)處理的水進行脫鹽。本系統(tǒng)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(shè)備。成套設(shè)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(xiàn)場維護和實現(xiàn)水站運行自動化。
經(jīng)過預(yù)處理的水經(jīng)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(tǒng)的核心設(shè)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(chǎn)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(zhì)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(dāng)今國際最高水準的美國DOW公司提供的芳香聚酰胺復(fù)合膜，該組件由三層薄膜復(fù)合，表面層為芳香聚酰胺材質(zhì)，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(xué)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(fù)合膜元件具有脫鹽率高、產(chǎn)水量大、操作壓低、抗壓密性好、耐生物分解力強等諸多優(yōu)點。但對進水有嚴格要求（見表1），必須嚴格按規(guī)定的指標執(zhí)行。
表1
|
項目 |
單位 |
數(shù)據(jù) |
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(xué)耗氧量 |
O2·mg/l |
≤3 |
Mn法 |
|
水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù) |
|
負數(shù) |
|
|
硫酸鈣溶度積 |
|
濃水側(cè)不發(fā)生沉淀 |
|
|
鋇、鍶 |
Mg/l |
濃水側(cè)不發(fā)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(cè)不發(fā)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(zhí)行
2.2.1裝置運到現(xiàn)場后，應(yīng)放置于室內(nèi)，周圍環(huán)境溫度最低不得低于5℃，最高不得高于38℃。當(dāng)溫度高于35℃時，應(yīng)加強通風(fēng)措施。
2.2.2裝置到達后，應(yīng)在一個月內(nèi)安裝完畢，并應(yīng)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(yīng)調(diào)整裝置支承點，使組件處于基本水平的位置，且與基礎(chǔ)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(yīng)進行脫脂處理，供水泵過流部分也應(yīng)進行脫脂處理。
2.2.6 裝置的產(chǎn)水管最大輸出高度應(yīng)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(shè)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(nèi)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(chǎn)物或外部雜質(zhì)（包括潤滑油過量）。潤滑管殼內(nèi)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(yīng)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(fā)現(xiàn)不能處理的缺陷，聯(lián)系生產(chǎn)廠家處理。
2.2.3 用約50%的甘油-水混合物來潤滑容器內(nèi)部。可用合適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(huán)，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(yīng)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(yīng)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(diào)試步驟
3.1 對裝置的進水進行分析、測試，結(jié)果表明符合進水要求，方可進行裝置通水調(diào)試。
3.2 對高壓泵的壓力控制系統(tǒng)進行調(diào)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(guān)和總進水閥、濃水排放閥、產(chǎn)水排放閥。
3.5 啟動預(yù)處理設(shè)備，并調(diào)整供水量大于裝置總進水量。
3.6 待出水無甲醛氣味，關(guān)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(diào)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(chǎn)品水電導(dǎo)率，符合要求時開啟產(chǎn)品水出水閥，關(guān)閉產(chǎn)水排放閥。
3.10 RO裝置的調(diào)試均是手動單步操作，運行正常后，方可切換到自動狀態(tài)，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(shè)定及流量應(yīng)按下述要點進行適當(dāng)調(diào)整。
4.1 制水
高壓泵進口壓力初設(shè)定值為0.05Mpa，運行時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況作適當(dāng)調(diào)整。
4.2 保護性沖洗
按將停運RO裝置中濃水完全沖出設(shè)定充分的時間，預(yù)設(shè)定時間為5分鐘。
表4-1 反滲透裝置高壓泵、控制閥狀態(tài)表：
|
狀態(tài) |
順序 |
高壓泵 |
進水閥門 |
沖洗閥門 |
濃水閥門 |
產(chǎn)水閥門 |
產(chǎn)水排放閥 |
|
啟 動 |
1 |
關(guān) |
開 |
由PLC機設(shè)定自動運行。 |
開 |
開 |
開 |
|
2 |
開 |
開 |
調(diào)節(jié) |
開 |
開 |
|
|
|
運 行 |
1 |
開 |
開 |
開 |
開 |
關(guān) |
|
|
停 機 |
1 |
關(guān) |
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(dāng)處理水質(zhì)惡化、水量下降、壓差上升至0.1MPa時，應(yīng)及時查明原因，然后進行妥善處理。
裝置運行中發(fā)生異常的現(xiàn)象，主要通過脫鹽率、回收率、壓力降三個參數(shù)變化來反映。究其原因，往往是復(fù)雜的、多方面的。可能是設(shè)備原因，也可能是進水水質(zhì)變化的原因，也可能是RO膜組件的原因。因此在原因調(diào)查時，應(yīng)細致、有條不紊。以下給出檢查流程（圖5-1）及有關(guān)說明，供參考。
6、運行要點及工藝參數(shù)
6.1 進水參數(shù)
嚴格控制進水水質(zhì)，保證裝置在符合進水指標要求的水質(zhì)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(xù)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(tǒng)回收率）。
6.2 環(huán)境溫度
周圍環(huán)境溫度最低不得低于5°C，最高不得高于38°C。當(dāng)溫度高于35°C時，應(yīng)加強通風(fēng)措施。
注：夏季水溫偏高的操作對策：
1) 在保證產(chǎn)水水質(zhì)的前提下，可降低操作壓力，實施減壓操作。
2) 根據(jù)供水量要求，關(guān)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(tǒng)回收率
在滿足生產(chǎn)的前提下盡可能采用較低的系統(tǒng)回收率，易于防止結(jié)垢和膜污染。
6.4 控制鹽的透過量
鹽透過量與膜兩側(cè)的濃度差和溫度有關(guān)。因此應(yīng)控制系統(tǒng)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(xué)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(tǒng)進行化學(xué)清洗。但為了保證系統(tǒng)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(fā)生膜卷伸出而損壞膜元件。
6.6 調(diào)試進水壓力
調(diào)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(yīng)在滿足產(chǎn)水量與水質(zhì)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(chǎn)水量也發(fā)生相應(yīng)的變化，這時應(yīng)對排放量進行調(diào)整，控制排放量與產(chǎn)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(yīng)用化學(xué)清洗系統(tǒng)向組件內(nèi)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(yīng)在進水壓力小于0.5MPa條件下沖洗15分鐘。
6.11 數(shù)據(jù)記錄
操作工人應(yīng)每1小時對運行參數(shù)進行記錄，主要內(nèi)容為：
進水：電導(dǎo)率、壓力、水溫、流量
產(chǎn)水：電導(dǎo)、產(chǎn)水量
濃水：流量、壓力
6.12 當(dāng)反滲透系統(tǒng)發(fā)生脫鹽率嚴重下降時，應(yīng)依據(jù)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(fā)生污染和結(jié)垢，使膜表面變得粗糙，系統(tǒng)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(jié)線破裂。
④膜被硬顆粒劃破。
⑤因高壓泵啟動時產(chǎn)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(chǎn)生的膜卷伸出損壞。
6.13 嚴禁未經(jīng)培訓(xùn)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(xiàn) 象 |
檢 查 部 位 |
對 策 |
|||||
|
流量 |
脫鹽率 |
壓降 |
||||||
|
１ |
溫度 |
高 |
? |
↓ |
↓ |
季節(jié)變化；泵的效率 |
壓力調(diào)整；冷卻 |
|
|
低 |
ò |
→ |
↑ |
季節(jié)變化 |
壓力調(diào)整；加熱 |
|||
|
２ |
壓力 |
, 高 |
? |
↑ |
↓ |
泵；閥門 |
調(diào)整壓力 |
|
|
低 |
ò |
↓ |
↑ |
泵；閥門；保安過濾器 |
調(diào)整壓力 |
|||
|
３ |
濃水流量 |
大 |
→ |
→ |
? |
Ｒ／Ｏ進水流量；壓力控制閥 |
調(diào)節(jié)流量 |
|
|
小 |
↓ |
↓ |
ò |
Ｒ／Ｏ進水流量；壓力控制閥 |
調(diào)節(jié)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(jié)垢) |
↓ |
↓ |
↑ |
Ｒ／Ｏ進水水質(zhì)；回收率；ＰＨ值 |
控制壓力；
調(diào)整回收率 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
注：?↑ 增加 ò↓ 減少 ?ò主要現(xiàn)象
7.２反滲透組件部份異常及對策
|
異常原因 |
現(xiàn) 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(cè)密封圈 |
|
|
６ |
內(nèi)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(yù)處理；原水水質(zhì) |
化學(xué)清洗 |
|
|
10 |
結(jié)垢 |
↓ |
↓ |
? |
預(yù)處理；原水水質(zhì) |
化學(xué)清洗 |
|
|
11 |
有機物污染膜 |
ò |
↓ |
↑ |
預(yù)處理；原水水質(zhì) |
化學(xué)清洗 |
|
注：?↑增加 ò↓減少 ?ò主要現(xiàn)象
7.3反滲透組件污染后癥狀和對策
|
污 染 物 |
癥 狀 |
化學(xué)清洗法 |
物理清洗法 |
|
鈣沉淀CaCO3、 Ca(PO4)2經(jīng)常出現(xiàn)在系統(tǒng)中 |
脫鹽率明顯下降，進出口壓差出現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)水量在幾個星期內(nèi)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(tǒng)的濃縮端發(fā)現(xiàn) |
脫鹽率極大降低，進出口壓差逐漸增加，產(chǎn)水量略有下降 |
清洗液No.2配方 |
讓Ｒ／Ｏ系統(tǒng)在低于規(guī)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(chǎn)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(yīng)向裝置內(nèi)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(chǎn)生結(jié)垢。
8.3 反滲透裝置開車時，應(yīng)注意升壓不得太快。如開機前系甲醛封存，應(yīng)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(xiàn)以下任一情況，則必須立即進行化學(xué)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(chǎn)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(xiàn)，通常也應(yīng)5～6個月清洗一次；
9.2、清洗的注意事項
①清洗時應(yīng)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(diào)節(jié)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(xué)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(jié)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(jù)。
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(huán)清洗液，將其攪勻待用。
②關(guān)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(xué)清洗進出閥門，形成循環(huán)清洗系統(tǒng)。
③接好清洗管路后，開啟清洗泵電源開關(guān)，按規(guī)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(jié)束后，按規(guī)定的運行方式進行低壓沖洗和高壓運行，最初產(chǎn)水排入地溝，到出水指標合格后進入產(chǎn)品水箱。
⑥清洗結(jié)束后，必須將化學(xué)清洗裝置沖洗干凈，切忌將清洗過濾器、清洗水泵等設(shè)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(huán)10分鐘。
④關(guān)閉清洗泵，關(guān)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(diào)至12。
9.6 裝置的防凍
①停運期間（指48小時以上）需適當(dāng)送水，以更換存水。
②冬季停運應(yīng)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(chǎn)水閥，關(guān)閉其它所有閥門。