反滲透海水淡化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

反滲透海水淡化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

反滲透膜是一種功能性半透膜，通過(guò)外壓將溶劑分子滲透，并從溶解分子中分離出來(lái)。反滲透是最精密的膜法液體分離技術(shù)，它能阻擋幾乎所有溶解性鹽及分子量大于100的有機(jī)物，但允許水和微量鹽分透過(guò)。水處理系統(tǒng)進(jìn)水中存在各種形式可導(dǎo)致反滲透和納濾膜表面污染的物質(zhì)，如水合金屬氧化物、含鈣沉淀物、有機(jī)物及生物。污垢就是指覆蓋在膜表面上的各種沉積物，包括水中的結(jié)垢物。1反滲透膜濃縮法反滲透技術(shù)自20世紀(jì)50年代末60年代初發(fā)展成為實(shí)用的化工單元操作以來(lái)，正不斷地拓展其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模，反滲透早起主要應(yīng)用于脫除海水和苦咸水中的鹽分，制備淡水；納濾主要用于軟化，脫除有機(jī)物和高附加值物質(zhì)的濃縮分離。由于淡水資源短缺，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)水的需求量越來(lái)越大，對(duì)水質(zhì)要求越來(lái)越高，同時(shí)社會(huì)對(duì)節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保等的高要求，膜法在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越普遍和廣泛。1.1反滲透技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用反滲透海水膜最早應(yīng)用于海水淡化脫鹽制備淡水，為海水淡化的最主要方法之一。國(guó)外早在20世紀(jì)40年代就開(kāi)始了反滲透技術(shù)的研究，從試驗(yàn)到生產(chǎn)。到80年代，反滲透技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，雖然反滲透技術(shù)已經(jīng)在某些領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，但是由于起步較晚，使得反滲透技術(shù)在艦船上的應(yīng)用受到限制，所以，目前艦船上所用的純水絕大多數(shù)還都是蒸餾法生產(chǎn)的，反滲透海水淡化技術(shù)還沒(méi)有得到普遍應(yīng)用，但是由于反滲透海水淡化方法具有其他方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越受到重視，目前已有反滲透海水淡化裝置裝船實(shí)際使用。1.2城市發(fā)展中的水回用問(wèn)題隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，部分城市出現(xiàn)了嚴(yán)重缺水的現(xiàn)象，影響了人們的正常生產(chǎn)、生活用水。為了解決生產(chǎn)用水問(wèn)題，城市中水回用系統(tǒng)得到廣泛發(fā)展，如電廠、煤化工、石化等企業(yè)都需要不同水質(zhì)的回用水。反滲透中水回用設(shè)備是以反滲透技術(shù)為核心處理污水并達(dá)到非飲用水標(biāo)準(zhǔn)，作為生產(chǎn)所需再生水回用的裝置。反滲透中水回用設(shè)備不僅僅可以應(yīng)用于食品行業(yè)，也可以電鍍行業(yè)中的中水回用、化工行業(yè)中水回用、石化行業(yè)中水回用等領(lǐng)域。1.3節(jié)能反滲透膜處理水等所需要的水質(zhì)隨著用水水質(zhì)要求不斷提高，例如電子行業(yè)、鍋爐補(bǔ)給水等所需要的水質(zhì)要求較高，低壓節(jié)能反滲透膜可去除脫鹽水中的大部分離子，產(chǎn)水經(jīng)過(guò)離子交換或者EDI裝置可達(dá)到15ΜΩ以上（甚至是18ΜΩ）的水質(zhì)。1.4納濾反滲透分鹽工藝隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提升，有些行業(yè)污水需要零排放或者近零排，隨著水中離子濃度的增加，水質(zhì)腐蝕性增強(qiáng)，到蒸發(fā)結(jié)晶單元過(guò)流材質(zhì)甚至需要鈦材，所以前端工藝需要盡量將水量濃縮到最小，降低后端造價(jià)，通過(guò)納濾膜分鹽，高壓反滲透（STRO）、碟片式反滲透（DTRO）可將水量濃縮至最低。2反滲透膜清洗頻繁從反滲透膜在水處理中的應(yīng)用可見(jiàn)，目前反滲透膜的應(yīng)用非常廣泛，但由于各行業(yè)水質(zhì)差別較大，加之設(shè)計(jì)負(fù)荷較大，運(yùn)行不規(guī)范等種種原因，導(dǎo)致反滲透膜污染較嚴(yán)重，清洗頻繁，甚至出現(xiàn)在線清洗不出來(lái)的現(xiàn)象。2.1膜元件的污染和維護(hù)反滲透運(yùn)行一段時(shí)間后，反滲透膜元件會(huì)受到給水中可能存在的懸浮物、難溶鹽、膠體等物質(zhì)的污染，這些污染中最常見(jiàn)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(wú)機(jī)或有機(jī)沉積混合物、NOM天然有機(jī)物質(zhì)、合成有機(jī)物（如阻垢劑/分散劑，陽(yáng)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(jìn)發(fā)展的，如不盡早控制，污染將會(huì)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)損壞膜元件。當(dāng)膜元件確證已被污染，或是在長(zhǎng)期停機(jī)之前，或是作為定期日常維護(hù)，建議對(duì)膜元件進(jìn)行清洗和維護(hù)。及時(shí)清洗可以確保反滲透產(chǎn)水量和產(chǎn)水水質(zhì)；另外某些污染物若不及時(shí)清洗，時(shí)間久了無(wú)法進(jìn)行徹底清洗，導(dǎo)致清洗效果很有限。污染嚴(yán)重或污染物復(fù)雜等情況建議及時(shí)進(jìn)行離線清洗。2.2反滲透膜運(yùn)行參數(shù)的檢查及清洗觀察反滲透運(yùn)行參數(shù)，保持穩(wěn)定的運(yùn)行參數(shù)主要是指產(chǎn)水流量、產(chǎn)水電導(dǎo)、回收率、溫度及TDS。如果這些運(yùn)行參數(shù)起伏不定，建議檢查是否有污染發(fā)生，或者在關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)有變化的前提下，反滲透的實(shí)際運(yùn)行是否正常。（1）反滲透膜通過(guò)在線清洗裝置難以達(dá)到清洗要求；（2）反滲透膜元件污染經(jīng)過(guò)判斷符合“重度污染”情況；（3）反滲透污染通過(guò)在線清洗容易引起交叉污染的。3反滲透膜的離線清洗定時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體性能是確認(rèn)膜元件是否已發(fā)生污染的基本方法。污染對(duì)膜元件的影響是漸進(jìn)的，并且影響的程度取決于污染的性質(zhì)。當(dāng)膜元件僅僅是發(fā)生了輕度污染時(shí)，重要的是清洗膜元件。重度污染會(huì)因阻礙化學(xué)藥劑深入滲透至污染層，影響清洗效果，重度污染需將膜拆下離線清洗。通常通過(guò)離線清洗，反滲透系統(tǒng)在提高產(chǎn)水量和降低壓差效果都非常好。清洗何種污染物以及如何清洗要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)污染情況而進(jìn)行。對(duì)于幾種污染同時(shí)存在的復(fù)雜情況，清洗方法是采用酸性、堿性專用清洗液交替清洗。3.1反滲透膜元件清洗檢測(cè)離線清洗是將反滲透主機(jī)膜殼中的污染嚴(yán)重的反滲透膜拆下來(lái)，裝入離線清洗裝置中進(jìn)行清洗，同時(shí)在清洗前后用專用的反滲透膜元件性能測(cè)試設(shè)備對(duì)膜元件的性能進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定清洗手段和判斷清洗是否合格。離線清洗裝置由清洗水箱、清洗水泵、清洗保安過(guò)濾器、測(cè)試清水箱、測(cè)試高壓泵、測(cè)試保安過(guò)濾器、1芯膜殼及相應(yīng)管道閥門(mén)儀表組成的撬裝設(shè)備。3.2反滲透膜清洗測(cè)試反滲透膜離線清洗，是發(fā)生重度污染的反滲透膜元件，需要采用的清洗手段。反滲透膜離線清洗的步驟如下：(1）分析反滲透裝置運(yùn)行狀況，通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)、水質(zhì)報(bào)告等定性分析判斷反滲透膜的污染性質(zhì)及嚴(yán)重程度。(2）記錄清洗前反滲透膜運(yùn)行數(shù)據(jù)，采集運(yùn)行反滲透系統(tǒng)的各參數(shù)指標(biāo)，作好原始記錄。(3）準(zhǔn)備拆裝膜所需工具，并提前準(zhǔn)備好替換用的膜元件。(4）將反滲透裝置第一支膜和最后一支膜拆下，用性能優(yōu)良的備用膜元件替換反滲透系統(tǒng)上的待清洗膜元件，以保證反滲透系統(tǒng)不停止運(yùn)行，保證整個(gè)生產(chǎn)工藝的持續(xù)穩(wěn)定。(5）根據(jù)用戶原水分析報(bào)告、運(yùn)行數(shù)據(jù)、污染物的鑒定等確定所需清洗配方和清洗方法。(6）對(duì)清洗后的膜元件進(jìn)入測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試并作記錄。(7）整理清洗數(shù)據(jù)資料，寫(xiě)出清洗總結(jié)報(bào)告。3.3清洗液循環(huán)過(guò)流系統(tǒng)反滲透膜離線清洗與在線清洗藥劑相同，針對(duì)污染物質(zhì)不同清洗總體分為酸洗和堿洗。清洗方法如下。(1）酸洗。配置酸性清洗藥液，把酸性清洗水箱注入一半水，加入2%～5%左右（根據(jù)實(shí)際膜污染程度定加入的藥劑濃度）的專用酸性膜清洗劑，將清洗水箱水注滿。開(kāi)啟清洗泵讓藥液在清洗罐內(nèi)循環(huán)5～20min，使藥液充分混合溶解，調(diào)節(jié)清洗液溫度30℃，配藥和循環(huán)過(guò)程中要通過(guò)加酸性清洗劑調(diào)pH值。藥液進(jìn)入系統(tǒng)，初期清洗液進(jìn)入系統(tǒng)應(yīng)緩慢進(jìn)入，保證進(jìn)水流量為清洗流量一半即可，并保證低的進(jìn)水壓力，將系統(tǒng)內(nèi)的水緩慢趕出反滲透裝置，并要排掉最開(kāi)始進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)的清洗液，待排放口出清洗液后關(guān)閉排放，讓清洗液循環(huán)回清洗水箱，如清洗水箱內(nèi)的藥液被稀釋?xiě)?yīng)及時(shí)補(bǔ)充藥液，保證清洗液濃度，注意監(jiān)測(cè)回流液狀態(tài)，雜質(zhì)多時(shí)要及時(shí)排掉，更換藥液。(2）沖洗。酸洗/堿洗交替時(shí)應(yīng)沖洗干凈后更換藥劑，清洗完畢后，停清洗泵，開(kāi)啟沖洗進(jìn)水閥，開(kāi)啟沖洗排放以及不合格水排放閥門(mén)，用清水箱內(nèi)的水沖洗膜至中性。沖洗結(jié)束后依次關(guān)閉反滲透沖洗進(jìn)水閥，不合格水排放閥，濃水排放閥。關(guān)閉泵。清洗整體說(shuō)明：確認(rèn)閥門(mén)開(kāi)啟正確后，開(kāi)啟清洗泵開(kāi)始清洗，清洗泵出口清洗流量每根膜殼至少9m清洗過(guò)程中注意溫度和pH值應(yīng)相匹配，苦咸水膜pH在1～10.5時(shí)清洗液溫度最高溫度45℃，pH在1～12時(shí)清洗液溫度最高溫度35℃，pH在1～13時(shí)清洗液溫度最高溫度25℃。3.4在線清潔效果表1和表2數(shù)據(jù)為某現(xiàn)場(chǎng)清洗前后的數(shù)據(jù)記錄。4離線清洗系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)目前的反滲透膜元件清洗中，離線清洗作為有效的徹底消除反滲透膜元件污染的手段已經(jīng)得到了廣大反滲透用戶的接受，而且正在成為越來(lái)越重要的反滲透膜元件的清洗手段，與在線清洗相比較，離線清洗有著下列優(yōu)勢(shì)：(1）在線清洗過(guò)程中，設(shè)備需要停止產(chǎn)水運(yùn)行，處于清洗循環(huán)狀態(tài)，直至清洗結(jié)束為止，才能轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行；離線清洗過(guò)程中有替換膜在設(shè)備中保證連續(xù)正常產(chǎn)水，不會(huì)因?yàn)榍逑催^(guò)程中突發(fā)情況或時(shí)間延長(zhǎng)而影響設(shè)備運(yùn)行。替換膜的性能一般不能低于在線運(yùn)行的膜元件。(2）在線清洗過(guò)程中，整支膜殼中的幾支膜元件串聯(lián)清洗，前端膜元件清洗下來(lái)的污染物必須經(jīng)過(guò)后端的每一支膜元件后才能排出，使得清洗不徹底，且會(huì)形成交叉污染情況；離線清洗為單質(zhì)膜元件單獨(dú)清洗，污染物直接清除膜元件，不會(huì)造成串聯(lián)污染。(3）在線清洗過(guò)程中，只能通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)清洗系統(tǒng)狀態(tài)有一個(gè)大致的了解；離線清洗中可以直觀對(duì)整個(gè)膜殼及每一支膜元件的狀態(tài)進(jìn)行具體分析，以使系統(tǒng)運(yùn)行得到更好的完善。(4）在線清洗過(guò)程中，只能根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行方案定制和清洗操作，每一次清洗只能用一種藥劑對(duì)系統(tǒng)中所有膜元件進(jìn)行清洗，且清洗時(shí)間、清洗溫度、清洗條件一樣；離線清洗可真對(duì)膜元件在系統(tǒng)中的位置、污染情況、污染程度的不同以及膜元件的性能衰減情況，選擇不同清洗藥劑，制定不同清洗方案，隨時(shí)調(diào)整清洗措施、藥劑種類、藥量及清洗順序，以達(dá)到最大程度的徹底清洗恢復(fù)。(5）通過(guò)在線清洗，只能部分恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；離線清洗不僅可恢復(fù)每支膜元件性能，并且可以在測(cè)試過(guò)程中對(duì)膜元件進(jìn)行性能篩選，將以不可用的膜元件挑出。(6）在線清洗過(guò)程中，清洗液充滿整個(gè)系統(tǒng)，使從污染物嚴(yán)重的膜元件上剝離下來(lái)的污染物重新循環(huán)至系統(tǒng)，對(duì)比較干凈的膜元件造成二次污染的隱患；離線清洗可根據(jù)污染程度不同將不同膜元件分類清洗，保證每支膜元件清洗徹底。(7）在線清洗過(guò)程中，要達(dá)到清洗效果通常只能加大藥劑用量，或延長(zhǎng)清洗時(shí)間，通過(guò)化學(xué)作用對(duì)污垢進(jìn)行溶解性清洗，這就會(huì)對(duì)膜元件的安全造成一定威脅，而對(duì)一些不溶性的機(jī)械雜質(zhì)沒(méi)有任何作用；離線清洗可以增加清洗流量，通過(guò)對(duì)單質(zhì)膜元件進(jìn)行正反向大流量沖洗，可最大限度的將污染物沖出膜體。(3）堿洗。(1)把堿清洗水箱注滿水，水溫加熱到30～40℃（溫度范圍見(jiàn)下文清洗的整體說(shuō)明），加溫時(shí)要保證水箱滿水，系統(tǒng)循環(huán)時(shí)關(guān)閉加熱器，避免藥液超溫。加入2%～5%左右（根據(jù)實(shí)際膜污染程度定加入的藥劑濃度）的堿性清洗藥劑，注意配藥方式避免大量泡沫的產(chǎn)生。開(kāi)啟清洗泵讓藥液在清洗罐內(nèi)循環(huán)5～20min，使藥液充分混合，調(diào)pH在12，水溫控制在35℃。再循環(huán)過(guò)程中清洗液pH值會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)及時(shí)添加少量液堿調(diào)整保證p