反滲透系統故障分析

1. 概要
       如有很多原因會造成反滲透設備不能正常運行。如同醫生診病一樣，在你對問題作進一步分析之前，你必須可能地收集各種征狀。

2. 簡介
       本篇的主題是如何排除RO設備的故障，我們假定設備設計有相應的儀表和取樣點以滿足故障排除和設備清洗的需要，這種設計在工業系統中十分常見。但是，對于家用或輕工業設備，這并是必須的。如果小型RO設備中包括相關儀器和取樣閥門，其市場價格將顯得十分昂貴，此時經常更換RO膜元件所需的費用則要低得多。而達到一定規模的RO系統(15加侖/分鐘以上，即35m3/小時以上)，此時相對于在最初的投資成本中增加相關儀器、取樣閥門和清洗設備，經常更換RO膜元件則變得昂貴的多。 　

3. 如何避免設備異常的最好方法是從一開始就進行防范，以下是一些相關的RO設計的建議：

• 設計RO系統時應有水質全分析。如果水質存在季節性的變化(在地表水中十分常見)或水源變化(在市政供水中十分常見)，盡量獲取你所能得到的所有分析數據并確認它們取自于最新的材料。

   

• 現場進行15分鐘SDI(污染密度指數)試驗，以確定發生膠體污堵的可能性。

   

• 如果你想在晚上做個好夢，就先確認在設計RO系統時已設計有足夠的預處理。

   

• 在設計RO時(特別是有可能發生污染時)應留有余地，在設計以干凈井水作為給水水源的反滲透系統時，可以采用比地表水系統更加激進的設計。

   

• 在保守的RO系統設計時選用較低的水通量，因為減少單位膜面積上的產水量會減少污染物在膜對于以井水作為給水水源的系統，設計水通量應控制在8~14gfd(加/平方英尺/日)的范圍內。對于井水作為給水水源系統，設計水通量應控制在14~18gfd的范圍內。

   

• 回收率應取較為保守的值，以使污染物的濃度降至最低。

   

• 一個保守的設計應盡量增加進水橫向流速和濃水流速，橫向流速越高，膜表面鹽分和污染物向主體溶液的擴散速度越快，因而可以減少膜表面鹽分和污染物的濃度。

   

• 對于不同的使用場合選擇合適的膜元件類型。有時，在處理難于處理的地表水和工業廢水水源時，使用電中性的CAB(醋酸纖維素)膜元件優于使用帶負電荷的CPA(聚酰胺復合)膜元件。

   

• 調查你周圍是否有使用同一進水水源的反滲透系統。

   

• 查明故障：

   

       首先，應確認RO系統的確出現了問題。當給水TDS(總溶解固形物)大量增加時，由于滲透壓的增大，會使系統對進水壓力的要求隨之增加——TDS每增加100ppm，進水壓力需增大1psig(磅/平方英寸)：同時，由于反滲透對鹽份按比例脫除。因而產水電導率也會相應增加。另外，進水溫度每降低10華氏度，給水泵壓力需增大15%。系統回收率增大，會增加濃水中的含鹽量，并相應增加產品水的導電度。回收率為50%時，進水中TDS的濃度是平時的兩倍；回收率為75%時，TDS濃度是平時的四倍；回收率為90%時，TDS濃度達到平時的十倍。若回收率不變，降低產品水流量時，會導致產水電導率增加，因為鹽的透過量與水的透過量無關，產水量減少時也就意味著用以稀釋鹽份的水量減少。

• 我們建議您對所記錄的運行數據運行“標準化”，以確定系統污堵的規律，使你能夠訂出洗滌的時間表，并確認系統有無故障。膜元件供應商開發出一種“標準化”電腦軟件，能夠計算出標準化后的產水量、鹽透過量及給水-濃水壓降。這些標準化的參數是通過將每日的主要運行數據，如溫度，進水TDS、回收率和壓力等與第一天的運行數據進行比較。并根據變化作相應調整而得到的。舉一個例子，如果第100天的標準化產水量是80gpm(加侖/分鐘)，而第一天的產水量是100gpm(加侖/分鐘)，說明膜元件受到了污堵并損失了20%的產水量，因而建議進行清洗。如果RO系統進行參數發生波動，那么最明智和合理的做法是判斷反滲透系統的真實狀態。

   

• RO系統停運是否正確？系統運行時，應將系統中的濃水沖洗出來，否則污染物會沉積在反滲透膜表面。沖洗時最好采用RO產品水作為沖洗水源。

   

• RO系統停運時間是否太長？如果水長時間不流動(特別是在溫暖的氣候條件下)，會造成嚴重的微生物污染問題。

   

• 如果為了控制碳酸鈣(石灰)結垢而加酸以調低pH值，你是否調到了所要求的pH值？

   

• 確認給水與濃水間的壓降增加值不超過15%。反之 ，也就意味著給水通道受到污染，膜表面水流量受到限制，系統需要清洗了。監測段間壓降會有助于判斷哪段發生污堵，從而可判斷出可能的污染物。

   

• 確認給水和產水間的壓降不超過15%，反之則表明反滲透膜表面已受到污染需及時進行清洗。

   

• 確認產水導電度增加值不超過15%，反之則表明反滲透膜表面已受到污染需及時進行清洗。確認各儀表已經過校準。

   

• 有可能的話，測量每段產水水質及每支壓力容器產水水質。有些污染物會污染系統前半部分；另一些污染物會污染系統后半部分。使用RO系統故障分析表(附后)可以幫助確認污染物的種類。

   

• 從產品水管取樣并測定產水導電度以檢查O型圈有無損壞，取樣時采用向取樣管插入1/4英寸塑料管的方法并測量插入深度。

   

• 檢查RO前保安過濾器中有無污染物，因為相對來說為比較容易做到。

   

• 在RO膜元件中有無污染物或是否受到損傷。

   

• 取樣并分析RO給水、濃水和產品水水質，并將分析結果與膜元件制造廠家提供的設計值比較。

   

• 在RO出現故障時，如能排除因外部損傷而引起的原因，那么，就需要推測污染物的類型，并據此進行一次或一系列的清洗工作。

   

• 采集清洗液并對所去除的污染物、顔色變化或pH值變化情況進行分析，清洗效果可在RO系統重新投運時得到證實。

   

• 如果你并不知道污染物是什么，并且不想親自在現場做實驗以選擇合造的清洗液及清洗方法。那么，會有供應專用清洗劑和提供RO膜元件非現場評估服務公司可以為您進行服務。尤其是在初次清理RO時，這樣的服務將十分有價值。

   

• 如果以上所有檢查RO膜元件中污染物的方法均未奏效，那么只能進行膜元件解剖分析，此時拆開膜元件并對膜表面和污染物進行分析測試以確定問題所在。

   

RO系統故障分析表

反滲透系統的清洗       反滲透系統最終是需要進行清洗的，在你的RO系統表現出污染的傾向、長時間停運之前、或按計劃進行常規保養時，建議你清洗RO系統。當出現下列污染特征(標準化后產水量下降10~15%，標準化后產水水質下降10~15%，或者給水與濃水間的壓降增加10~15%)時，表明你的RO系統需要清洗了。        由于RO系統出現污垢而需要清洗的頻率隨地點的不同而不同，一般習慣上可接受的清洗頻率是3~12個月一次。如果每個月你不得不清洗一次以上，你就應該改善RO的預處理系統，調整RO系統的運行參數，如果每1~3個月需要清洗一次，則需要在提高當前設備的運行水平上做工作，但是否需要改進預處理系統較難判斷。        在RO設計中通常會忽視使用RO產品水沖洗系統中的污垢，采用該法可減少RO的清洗次數。在設備停運期間用產品水浸泡RO膜組件有助于溶解垢和松散沉積物，因此降低化學清洗頻度。        污垢地點不同所需要清洗掉的污垢物也不同，但往往存在的污染物不止一種，因此使問題復雜化，常見的污染物種類有：

• 碳酸鈣垢

   

硫酸鈣、 硫酸鋇、硫酸鍶垢 鐵、錳、鋁等的金屬氧化物

• 二氧化硅

   

膠體沉積物(無機或無機/有機混合物) 自然或合成有機物生物質(生物污泥、霉菌或真菌)

       有許多因素與選擇合適的清洗化學藥品和正確的清洗方法有關。在你頭一次進行清洗時，建議與設備制造商、RO膜組件制造商、RO系統專用藥品供應商聯系。一旦辨明污染種類后，建議采用一種或多種清洗藥品。這些藥品可能是常規的，可以從許多供應商那里買到，也可能是專用清洗液，這種專用清洗液可能更貴一些，但是使用時會更簡便，并且這些公司還具有提供技術支持優點。還有一些公司可能提供更有價值的服務；他們把從你的系統中取出的膜組件帶回進行試驗，從而選擇正確的清洗藥品和方法。        通常需按特定的次序使用各種不同的清洗藥品進行清洗，以獲得最佳的清洗效果。比如首先使用低pH值的清洗除去水垢一類的物質，然后使用一種高pH值的清洗液除去有機物。但是有時也會首先使用高pH值的清洗液除去油類污垢，然后再使用一種低pH值的清洗液。有一些清洗液中還添加有洗滌劑，這將有助于清除污染嚴重的生物和有機雜質。其它的清洗添加有象EDTA之類的螯合劑，這些螯合劑有助于清除膠體、有機物、生物雜質和硫酸鹽垢。必須記住的是選用不正確的清洗藥品或清洗步驟不正確時可能會使污堵更嚴重。

       在選擇清洗藥品和使用復合聚酰胺膜時有一些注意事項：

• 遵守制造商建議的藥品選擇清單、劑量、pH值、溫度和接觸時間。

   

• 使用侵蝕性最小的藥品完成清洗工作。這些做會延長膜的使用壽命。

   

• 在調節pH值時，一定要審慎以延長膜的使用壽命。藥品侵蝕性較小的pH值范圍是4~10，允許的最大pH值范圍是2~12。

   

• 酸和堿不要混合。在加入下一種溶液之前，徹底沖洗系統以排盡上一次的清洗液。

   

• 用高pH值的產水沖洗出洗滌劑。

   

• 確認遵守正確的清洗液處理要求。

   

　　如果系統發生了微生物污染，應該在清洗成功之后再加入殺菌劑。殺菌劑可在清洗后立即加入，或定期地(比如一星期一次)或在運行期間連續地加入系統中，但是你必須確保殺菌劑和膜是相容的、不會影響健康、能有效地控制生物活性，并且費用不會太高。

       只有設計好了的清洗系統才能保證清洗的成功，通常并不是使用固定管路來與反滲透本體連接，而是使用臨時軟管做為接管路。在清洗多段RO時建議每次只清洗一段以提高橫向清洗流速。用于配制清洗液和沖洗系統的水源應是RO產品水、去離子水或者至少是軟水，系統中的所有部件應該是耐腐蝕的。清洗系統的主要部件有：

      RO清洗箱：清洗箱的大小要求能容納從軟管、管道和壓力容器中排出的水；該清洗箱應設計成能100%排空；容易添加和混合清洗藥品；在RO清洗泵出口設計有再循環管，有透氣孔，溢流管和一根位于底部附近的回流管，從而可保證在使用表面活性劑時不易生成泡沫。

      RO清洗泵：在設計清洗泵時應考慮可提供適當的橫向流速以利于將膜清洗干凈。對8英寸膜元件來說，清洗液速度應控制在30至40gpm；對于4英寸膜元件來說，流速應控制在8至10gpm。在清洗過程中，建議最大壓力為60psi，以使清洗時產水量最小，并減少污染物再次沉積到膜的表面的可能性。

      RO清洗用保安過濾器：通常采用孔徑為5至10微米的過濾器以除去清洗出來的污垢。

      RO清洗箱加熱或冷卻器：清洗的最佳溫度是35至45℃應注意在再循環期間RO清洗泵會產生熱量。

      RO清洗箱混合器：盡管一些設計者設計時考慮僅僅通過使用RO清洗泵循環回流并緩慢加入藥品方法來配制藥液，但我們還是建議使用混合器以使藥液配制更加均勻。

      儀器儀表：清洗系統儀器儀表應包括流量表、溫度表、壓力表和清洗箱液位表。

      取樣點：應在RO清洗泵出口和濃水側循環回流管上加裝取樣閥從而可測得PH值和TDS值。       產水側回流管：在清洗過程中，可能會有少量的清洗液透過膜元件，因此建議在產水側安裝一根回流管。RO清洗步驟可能會根據情況的不同而變化。每段清洗所需的時間為4至8小時，基本的清洗步驟是：

• 用給水或產品水進行低壓沖洗，以除去設備運行時的濃水和污染物。

   

• 按制造商的說明配制清洗液。

   

• 將清洗液加入到第一段中并保持60分鐘，此時你可能需要調節流量以使流量緩慢增加，防止情除出來的污染物將給水通道堵塞。在將清洗液回流到RO清洗箱之前應排放掉從系統中頂出的水和剛開始的20%的清洗液。當PH值變化超過0.5單位時，重新調到目標值。

   

• 可選擇浸泡和再循環步驟。浸泡時間為1小時至一夜，視制造商的建議而定。但是應該注意保持正確的溫度和PH值，而且這也會增加膜與清洗藥品的接觸時間。

   

• 用產品水進行低壓沖洗，以除去在清洗系統和反滲透系統中的所有殘存藥品。

   

1. 一旦某套設備的所有各段均清洗完成后，該RO裝置可以重新投入運行。通常RO的產水水質要用數小時甚至幾天的時間才能穩定下來，尤其是在經過高PH溶液清洗之后。