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反渗透膜的化学清洗十五问(一)

2019-10-24 14:44:37      点击:

及时、合理且彻底的就地化学清洗(CIP)对 RO 系统的长期稳定运行是至关重要的。多数情况下采用就地化学清洗。离线清洗只是迫不得已的补充手段。RO系统污堵严重到进水通道堵塞 90-100%时,有时可能需要采用离线化学清洗。对于化学清洗容易遇到的一些关键问题,SUEZ膜专家总结了十五条问答。

 

一问:怎样判断 RO 系统什么时候需要化学清洗?

答:判断 RO 系统什么时候需要化学清洗是第一个要解决的问题,很重要、很关键。常用标准有下述三条,任何一条达到标准,就应该清洗系统。及时清洗十分重要,当洗不洗,则有可能导致清洗变得很困难。

 

清洗标准1:参考系统在最初48小时运行后建立的条件,标准化后的产水量损失10%。

清洗标准2:参考系统在最初48小时运行后建立的条件,标准化后的透盐率增加10%。

清洗标准3:参考系统在最初48小时运行后建立的条件,标准化后的段压差增加15%。

 

    考虑到标准化对用户来说有一点难度,我们根据系统每段压差的变化,建立了一个相对简单的判断方法,供大家参考。细节如下。

 

在产水量、回收率、水温、TDS 等运行参数基本保持与初始值一致的情况下,膜系统每段压差能准确反映该段内部的脏污程度:

1、压差 1.0Bar 左右 → 系统很干净,通道畅通,不需清洗。

2、压差 1.5Bar 左右 → 系统有 50%污堵量,通道堵塞不严重,容易清洗。

3、压差 2.0-2.5Bar   → 系统有 70%污堵量,通道堵塞严重,不易清洗。

4、压差 3.0-3.5Bar   → 系统有 90%污堵量,通道基本堵死,清洗困难。

5、压差>3.5Bar      → 系统完全堵死(100%),通道完全堵死,清洗无望。

 

    很明显,最佳清洗时间点是压差 1.5Bar  左右,其次是压差 2.0-2.5Bar。压差超过  3.0Bar,就可能需要多种药多次反复清洗。压差超过 3.5Bar,通道彻底堵死,药剂完全进不去,因此在线清洗基本没有希望。

另外运行时间长了,因人为调节或者污堵等原因,有可能运行参数会发生较大变化,这时用户可能会感到不好判断系统的状况。这里有一个较为简便的类似于标准化处理的操作方法,可帮助客户提高就地判断的准确性。方法如下。

 

把 RO 系统的产水量、浓水量、回收率、水温(如果有加热器)等调到尽可能与系统最初 48 小时的运行数据相同,而 TDS、pH等调到与最初的参考值接近,稳定运行半小时以上,再看给水压力、段间压差、脱盐率等与最初 48 小时建立的性能值有多大变化,大体就能够知道系统的污染程度。

 

第二问:什么样的情况下 RO 系统不需要化学清洗?

答:在进水温度、进水 TDS 都稳定的情况下,如果单套 RO 系统产水量、浓水量、回收率、进水压力、各段压差、系统脱盐率等参数与其初始  48 小时内的基准数据相比均稳定,没有明显变化,则认为系统性能运行稳定,几乎没有污堵发生,也就是说系统是干净的,因此不需要进行化学清洗。不论系统运行多长时间,只要系统真正的干净,无污染,就明确不需要化学清洗。

 

第三问:怕化学清洗对 RO 膜造成伤害,因此经常导致 RO 系统堵得很严重了还不敢洗膜。怎样评价客户的这种心理?

答:客户害怕化学清洗的心理是完全没有必要的。因为标准的酸洗和碱洗,是完全控制  pH 在规定的 2-11.5 的范围内,且时间一般只有  2-3 小时,温度一般 25-30 摄氏度,这个清洗强度对  RO 膜来说是温和的,对脱盐率的影响一般较小(3 年的累积影响可能不会超过 2%),因此多数的脱盐系统是可以接受的。反之,如果不及时清洗系统,则产水量可能损失50%以上,甚至更多;脱盐率的下降也可能高达 5%,甚至更多。这对系统的危害就太严重了。当客户认识到污堵带来的巨大危害后,就不应该对正常清洗对系统造成的影响产生害怕,而应该勇敢地及时采取必要清洗措施。毕竟两害相权,应取其轻。

  

第四问:化学清洗是先酸洗好,还是先碱洗好?

答:这个问题并没有固定的答案。有的时候先酸洗好,有的时候先碱洗好。这需要客户根据实际情况作出判断。一般判断原则如下:

如果既需要酸洗,又需要碱洗,那么污染物一定不是单一成分,而是复杂成分,这时需要酸洗的物质和需要碱洗的物质往往互相层层包裹。如果污染物最外层为诸如金属氧化物、絮凝剂残余、粘土、垢类等无机物,则可能先酸洗有效;反之如果污染物最外层为诸如微生物、代谢产物、藻类等有机物,则可能先碱洗有效。

总之一个原则:清洗药品只要与污染物对症,清洗一定有效。否则,很难有效。

 

第五问:怎样选择合理的清洗方案?用哪类药品合适 – 酸洗还是碱洗?浓度大小?是否需要清洗中途补药?循环还是浸泡?

答:对于需要初次化学清洗的新系统而言,当然事先并不知道什么清洗方案是合理的,也不知道需要使用多少药品,多长时间合适,循环和浸泡哪个方式合适。因此,这就需要用户在前几次清洗时有一个摸索实践的过程,必要时可以辅以烧杯试验,验证药品的有效性。下面照片是一个烧杯试验的例子 



解剖 RO 膜,取其膜面上黄色污染物进行 HCl 溶解试验。取黄豆大小的黄色污染物于锥形瓶中,而后加入 HCl 数滴,观察其溶解效果。结果发现黄色污染物 80-90%都能被 HCl 很快溶解,溶液显黄色,从而证明酸洗的有效性。

标准酸洗或标准碱洗作为安全的最优先清洗方案,可先随机选择一种,而后尝试着洗,看看系统参数恢复效果。酸洗配制 pH=2 的溶液,温度控制25-30º C,一边循环一边检查 pH 变化,如果 pH 上升明显就不断补酸,直到pH稳定在2.0-2.5之间,不变为止;碱洗配制pH=11.5的溶液,温度控制25-30º C,一边循环一边检查 pH 变化,如果 pH 下降明显就不断补碱,直到 pH 稳定在11.0 左右,不变为止。另外无论是酸洗还是碱洗,如果出现大量污染物被洗下来,导致清洗液很快变得浑浊或者颜色很深,那么不论 pH 变化多大,先应该将严重脏污的清洗液换掉,而后注入干净的清洗液和药品,继续原来的循环清洗,直到 pH 不再变化或者清洗液颜色很浅为止。

每种药品清洗完后,应该漂洗系统至干净状态,而后运行 5-8 分钟,读取运行数据。再用前述标准化方法处理清洗前后的运行数据,看看产水量、脱盐率等是否有明显恢复,这是最为准确的判断。如果清洗前后的变化十分显著,则通过压力、压差、产水量等表观变化也能简单判断清洗的效果,只是不太严谨。这样大体我们能知道酸洗有效还是碱洗有效。如果清洗完全有效,则参数应该完全恢复到原有水平;如果清洗只是部分有效,则应尝试另一种药品清洗,方法如前。洗完后再次评估效果。如此酸洗、碱洗可能需要反复交替进行数遍。

不论酸洗几次、碱洗几次,好的方案一定要让运行参数恢复到原有水平,或者接近原有水平。否则有可能是方案仍然不合理,或者出现了难溶物质 – 难溶垢类、难溶高分子物质或者难溶强吸附性物质。任何清洗方案执行完毕,如果系统标准化后,参数的不可逆损失超过5%以上或者每次清洗后运行参数都持续损失,那么就应该引起足够重视,这是出现大问题的先兆,应该尽快及时报告有关主管领导。用户如果不能自行解决这个问题,则应及时通知工程公司、膜厂商等看看大家能不能群策群力,帮助查找原因,并提出对策。切忌把问题捂在手里,等到系统几乎死掉才报告,这时可能一切都晚了。

显然每次化学清洗每种药品所需的用量,只要将前述的初次投加量和补加量统计起来就能得到。需要强调的是,为了不让膜系统出现超 pH 值的情况,切忌将药品一次性就投进去,而应该采取多次补加的方式。可参考后述问题14 关于清洗终点的判断。

中途补加药品显然是因为药品有明显的消耗,才采取的措施。没有消耗就不需要补加。

酸洗一般采用循环方式就很有效,很少需要浸泡;碱洗则一般先采用循环方式,如果效果实在不好,则可考虑浸泡,以延长反应时间,浸泡一段时间(或 30 分钟,或 60 分钟,或更长,取决于摸索的效果)后,还需适当循环(10-20 分钟即可)一下,以将新鲜药品补进膜元件内部。循环的好处是能将新鲜的药品不断补进膜内部,以缩短整体清洗反应时间;浸泡则由于大大延长了反应时间,有利于难溶物质的清洗反应。将循环和浸泡灵活加以组合应用,将能以最短时间,取得最佳效果。

对于污堵严重的系统,由于进水通道堵塞,药品进不去,上述尝试清洗不一定好进行。这时可考虑打开压力容器,采集污染物样品,而后分别进行酸滴、碱滴等烧杯试验,观察污染物溶解、释放气体、溶液颜色等变化情况。

这样也能初步判断酸洗、碱洗效果。也可用酒精灯简单灼烧污染物,以判断有机物和非有机物,并闻气味以辨别动物制品还是合成品。

标准酸洗和标准碱洗无效的情况,属于大问题,应作为特例加以解决。这时除了改进清洗方案,也可能涉及预处理调整或者改造。