电厂化学水处理反渗透系统的化学清洗

电厂化学水处理反渗透系统的化学清洗
摘要：反渗透是一种膜分离原件，具有高截留率、高精密度的特点。

其膜孔径非常小，能够有效去除溶解性盐份和相对分子量100以上的有机物，而只透过水分子；反渗透一般采用醋酸纤维类材质或聚酰胺类材质，单支膜的脱盐率能达到99.5%；反渗透的应用广泛包括海水及苦咸水淡化、超纯水制备、锅炉补给水制备、废水处理、工业水回用等过程。

本文主要以某厂200MW机组的电厂化学水处理反渗透系统（美国GE抗污染复合膜卷式-AG8040F-400 FR 34）的化学清洗为课题进行探讨分析，以供参考。

关键词：化学水；反渗透装置；化学清洗；
1反渗透原理
1.1半透膜
半透膜是指可以选择性的透过一些物质，而剩余物质被截留的一种多孔性薄膜。

如：人体的肾脏、花生的种皮就是一种很好的半透膜。

严格地说，我们将半透膜分为理想半透膜与非理想半透膜，其中只有溶剂透过而截留溶质的薄膜称为理想半透膜。

在工业中多使用运用高分子聚合而成的半透膜。

1.2渗透、渗透压
用半透膜将溶剂和溶液（或把不同浓度的两种溶液）分开，此时溶剂将无阻力的穿过半透膜流向溶液（或从低浓度溶液向高浓度溶液）侧，这种自然现象叫做渗透（Osmosis）。

如果上述过程中半透膜两边为超纯水和含盐水（或浓水），超纯水侧的水会自然地通过半透膜流入盐水侧（或浓水），此过程如图1（a）所示。

图1 渗透及反渗透原理示意图
超纯水侧的水自发流入盐水侧，导致盐水侧的液位上涨，当上升到一定程度后，不再有水通过半透膜，其净流量为零，此时该过程达到渗透平衡，该过程如图1（b）所示，膜两侧液位存在高度差，根据该液位高度差计算出的压力称为渗透压（Osmotic pressure）。

1.3反渗透
当在膜的盐水侧（或浓水）施加的压力大于渗透压时，水就会反向运动，此时流入超纯水侧形成反渗透。

2反渗透装置基本参数
本文以某厂200MW机组所使用的反渗透装置（美国GE抗污染复合膜卷式-AG8040F-400 FR 34）为对象，研究反渗透系统的化学清洗情况，以期得到较好的清洗效果。

其中反渗透的相关运行工况为：采用DCS自动控制的反渗透装置，其产水流量96m3/h，回收率≥75%，脱盐率第一年≥98%，三年后≥97%。

为提高反渗透系统的效率，对原水进行预处理，以尽可能延长反渗透的使用寿命。

反渗透给水要求：水温＜45℃，水压＜4.1Mpa,给水污染密度指数（SDI）＜3，残余氯含量＜0.1mg/L，pH值2-11。

3SDI测定法
采用污染密度指数SDI值对反渗透系统进水水质进行表征，其基本原理是测量用0.45μm微滤膜在30PSI给水压力下过滤一定量原水消耗的时间。

（1）测试仪器的组装
•按装置示意图对测试装置进行组装。

•将RO系统进水管路取样点与测试装置进行连接。

为使测试结果准确，有以下注意事项需提前说明：
•为防止滤膜破损，在安装滤膜时应使用扁平镊子
•确保O型密封圈清洗完好并安装正确
•避免用手触摸滤膜
•事先冲洗测试装置，防止滤膜污染
（2）测试步骤
在整个测试过程中，将过滤池中的空气尽可能排出。

在开启给水球阀的状态下，排气完成后关闭排气门。

用500ml的带刻度量筒测量透过滤膜的水量。

计算时间，从球阀全开开始计算，到接满100ml和500ml水样终止计算并记录。

（注：接取100ml样水所需时间大约为接取500ml样水所需时间的1/5。

5分钟后，再次检测接满100ml和500ml样水所用时间，10分钟后再进行重
复操作。

如果接取100ml样水消耗的时间超过60s，表示约90%的滤膜受到污染堵塞，此时不再需要进行实验。

实验结束，打开滤池将实验的使用的滤膜保存，供日后参考。

（3）计算公式
SDI＝P30/Tt＝100×（1－Ti/Tf）/Tt
式中：SDI——污染密度指数
P30——在30PSI给水压力下的滤膜堵塞百分数
Ti——第一次取样所需时间
Tf ——15分钟（或更短时间）以后取样所需时间
Tt——总测试时间，单位为分钟。

通常Tt为15分钟，但如果在15分钟内即有75％的滤膜面积被堵塞，测试
时间就需缩短。

4反渗透装置污染及清洗
在水处理系统中有多种污染物质致使反渗透膜表面污染，如钙镁水垢、重金属、有机物及微生物等；污垢就是长期残留并堆积在膜表面上的各种难以清洗的
沉积物，包括水中的难溶盐等。

膜污染是一个缓慢发展的过程，在日常设备运行
时要密切关注反渗透的运行参数，定期测试反渗透整体性能，防止污染造成膜元
件的不可逆损伤。

发现异常要通过设计选用合适的反渗透膜清洗方式，采用恰当
的清洗条件进行清洗，以恢复反渗透的正常运行工况。

4.1清洗条件
在正常运行过程中，反渗透膜元件总会受到有机物质污染，导致膜性能下降；当出现下列情况时，表示膜元件需要清洗：标准化产水量降低15%以上；原水和
浓水之间的压降增加25%。

4.2清洗步骤
打开第一段压力容器进水侧端板，将所有的机械颗粒、碎片等污物清理干净
后将端板重新恢复；如果颗粒物和片状物嵌入膜层间十分严重并难以清理则可将
第一个膜元件拆下移至压力容器的最后一个膜的位置上（如有可能可将拆下的第
一个膜元件掉头反向装入）；对单段系统可以采取如下六个步骤清洗膜元件：（1）制备清洗液；
（2）采用小循环流量注入清洗液；
首先清洗水泵提供动力。

混合初始清洗液，采用小流量（下表所列值的一半）的方式对清洗液进行预热，并以较低清洗液压力交换元件内的原水，不产生明显
的渗透产水；采用低压交换方式能够尽可能的减少污垢二次沉积于膜面，根据不
同的清洗工况，将部分浓水排放防止清洗液浓度降低；
大流量循环期间每支压力容器建议流量和压力
（3）循环
当原水完全被交换后，浓水管路中出现清洗液，在清洗水泵的作用下，清洗液经清洗管
路循环回到清洗水箱，在整个过程中清洗液温度保持恒定；
（4）采用大流量冲洗水泵循环
按上表所列的流量循环30-60分钟，在大流量的清洗工况下，将会产生压降过高的问题，单个膜元件最大承受压降为0.1MPa（15PSI），以不大于此压降为基础。

4.3清洗药剂
清洗药剂为酸、碱性。

其中铁污染、锰污染在内的无机金属污染物和钙镁水垢多数使用
酸性清洗剂进行清洗。

在普遍情况下，清洗时多采用反渗透膜的产水来配制清洗液，当然有
时也可以使用预处理出水如超滤出水或者多介质出水来配制清洗液。

由于原水缓冲容量一般
较大，只有大量的酸、碱才能达到清洗所规定pH，酸性清洗的pH值约为2左右，碱性清洗
的pH值约为12左右。

首先打开压力容器端板，通过目测或化学实验分析判断污染物种类和
污染原因，如果是金属氧化物或碳酸钙，就需用酸洗，酸洗一般用盐酸或柠檬酸；盐酸清洗
碳酸垢效果较好，柠檬酸清洗铁的氧化物较好；如果是有机物或微生物污染，就需用碱诜。

具体清洗方案以实际运行时膜元件受到的污染为参考制定，初次清洗应咨询厂家。

结束语
综上所述，电厂化学水处理中反渗透系统的化学清洗对反渗透系统的正常运行是非常重
要的。

反渗透装置运行工况良好，是保证制备出质量合格、数量充足、成本低廉的锅炉补给
水的前提，也能进一步防止热力设备的腐蚀、结垢、积盐，从而提高了机组的安全、稳定运
行情况，对电厂的可持续发展具有重要意义。

参考文献：
[1]王仁雷, 何彩燕, 王海平, & 任汉涛. (2008). 火力发电厂反渗透水处理系统的化学清洗. 给
水排水, 34(11), 63-65.。