海水淡化反渗透膜化学清洗技术浅析

渗透处理时，膜污染问题是影响该技术可靠性的决定因素，只有合理运用化学清洗方可保障设备的安全、稳定、经济运行。本
文介绍了海水淡化反渗透膜化学清洗的必要性，详细分析了反渗透膜清洗条件、清洗方案、清洗效果评价及注意事项，最后以
惠州平海电厂为例介绍了反渗透系统清洗过程，拟为同类电厂反渗透设备的化学清洗提供借鉴参考。
净水技术 2014，33（ s1） ： 60-63
杨胜全． 海水淡化反渗透膜化学清洗技术浅析
Water VPuorl．if3ic3a，tiNoon． Ts1e，c2h0n1ol4ogy
海水淡化反渗透膜化学清洗技术浅析
杨胜全
（ 广东惠州平海发电厂有限公司，广州惠州 516300）
摘 要 反渗透膜法分离技术作为一种新型纯水制备工艺正在被逐步推广，海水淡化是其典型应用领域。在对海水进行反
关键词 海水淡化 反渗透 膜污染 化学清洗
中图分类号： TU991． 2
文献标识码： A
文章编号： 1009-0177（ 2014） s1-0060-04
Analysis on Chemical Cleaning Technology of Ｒeverse Osmosis Membrane in Seawater Desalination
为保证反渗透膜系统安全稳定运行，需在进水 中加入一定浓度剂量的阻垢剂和还原剂药品，以缓 解反渗透膜的结垢堵塞和氧化损坏［8］。尽管如此， 随着运行周期加长及高含盐海水的冲刷，膜表面依 然会逐渐堵塞、结垢，表现为膜端压差升高、产水流 量下降、产水含盐量逐渐升高。水中杂质在反渗透 组件中的沉积位置如图 2 所示［9］。
≤5
≤1
≤5
超滤 出水
≤0． 2
0． 2 ～ 0． 8
—
反渗透 进水
— ≤0． 1 —
反渗透 —
—
—
出水
———
—
＜3 — —
—
— ≤450 —
—
— — ≤500 ≤180
2． 1 清洗条件
在发生上述现象时，为了反渗透系统安全运行 和恢复反渗透膜脱盐性能，需要对反渗透膜进行必 要的化学清洗。
当反渗透系统（ 或装置） 出现以下症状时，需要 进行化学清洗或物理冲洗：
［收稿日期］ 2014 -03 -24 ［作者简介］ 杨胜全（ 1987— ） ，男，助理工程师，本科，从事火电厂
水处 理 运 行 管 理 工 作。 电 话： 13928336586； E-mail： yangshengquan05@ 126． com。
化反渗透膜化学清洗的必要性，之后详细分析了反 渗透膜清洗条件、清洗方案、清洗效果评价及注意事 项等清洗工艺，最后介绍了惠州平海电厂的反渗透 系统清洗过程，拟为沿海电厂反渗透设备的化学清 洗提供借鉴参考。
（ 1） 在正常给水压力下，产水量较正常值下降 10% ～ 15% ；
（ 2） 为维持正常的产水量，经温度校正后的给 水压力增加10% ～ 15% ；
（ 3） 产 水 水 质 降 低 10% ～ 15% ，透 盐 率 增 加 10% ～ 15% ；
（ 4） 系统各段之间压差明显增加。
2． 2 物理冲洗
图 2 反渗透膜中污染物分布 Fig． 2 Distribution of Pollutants in the Ｒeverse Osmosis Membrane
影响物理冲洗效果的因素主要有： （ 1） 冲洗流速 装置运行时，附着性强的颗粒状污染物逐渐堆 积在膜表面。若冲洗流速与运行流速相等或更低， 则很难把这些污染物从膜元件中冲洗出来。因此， 冲洗时应使用比正常运行时更高的流速（ 一般可考 虑为正常运行流速的 1． 2 倍） 。 （ 2） 冲洗压力 反渗透装置运行时，压力直接垂直作用于膜面， 使进水透过膜面得到产水，同时污染物也被压向膜 面。所以在冲洗时，如果采用同样的高压，则污染物 被积压在膜表面，冲洗的效果就会降低。因此，冲洗 时尽可能地通过低压、高流速的方式，增加水平方向 的剪断力把污染物冲出膜元件。冲洗压力一般建议 控制在 3． 5 bar 以下。如果在 3． 5 bar 以下，很难达 到流量要求时，应尽可能控制进水压力，以不出产水
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净水技术 WATEＲ PUＲIFICATION TECHNOLOGY
Vol． 33，No． s1，2014
May 20th，2014
图 1 海水淡化系统流程图 Fig． 1 Seawater Desalination System
为尽可能地减少膜表面杂质沉积、降低膜污染 以及保护膜材质不被氧化，反渗透对进水有着严格 的要求。主要控制指标如表 1 所示。
（ 4） 停反渗透清洗水泵，让膜元件完全浸泡在 清洗液中。为了维持浸泡温度，也可采用很低的循 环流量。另外，也可根据需要交替采用循环清洗和 浸泡程序。浸泡时间可根据制造商的建议选择 1 ～ 8 h。在整个清洗过程中要谨慎地保持合适的温度 和 pH。
1 反渗透膜分离技术
反渗透实际上是一种“逆渗透”过程，即在浓溶 液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂将从浓 溶液向稀溶 液 一 侧 流 动［7］。 反 渗 透 装 置 就 是 利 用 这一原理，以高压泵将待处理水（ 如海水） 增压，借 助半透膜的选择性来去除水中盐类杂质，从而获得 高质量的纯水。
广东惠州平海发电厂用反渗透海水淡化技术来 制取全厂生产用水。淡化系统包括： 海水预处理混 凝澄清池、超滤系统、反渗透系统以及所有必需的辅 助系统等，主要工艺流程如图 1 所示。
物理冲洗（ 清洗） 是不改变污染物性质，以机械 性的冲刷清除膜元件中的污染物，从而一定程度上 恢复膜元件性能； 即通过低压力、高流速的进水冲刷 膜元件，将 短 时 间 内 在 膜 表 面 附 着 的 污 染 物 清 洗 掉［10］，其作用机理如图 3 所示。
2 海水淡化反渗透膜清洗
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图 3 膜物理冲洗示意图 Fig． 3 Schematic Diagram of Membrane Physical Flush
选择适宜的化学清洗药剂及合理的清洗方案涉 及许多因素。首先要与设备制造商、反渗透膜元件 厂商或反渗透特用化学药剂及服务人员取得联系。 确定主要的污染物，选择合适的化学清洗药剂。特 殊情况下可针对具体情况，从反渗透装置取出已发 生污染的单支膜元件进行测试和清洗试验，以确定 合适的化学药剂和清洗方案。
为达到最佳的清洗效果，可使用多种化学清洗药 剂进行组合清洗。典型程序是先进行低 pH 清洗，去 除矿物质污染物，然后再进行高 pH 清洗，去除有机 物。有些情形下，是先进行高 pH 清洗，去除油类或有 机污染物，再进行低 pH 清洗。有些清洗溶液中加入 了洗涤剂以帮助去除生物和有机碎片垢物，同时可用 其他药剂如 EDTA（ 乙二氨四乙酸） 等螯合剂来辅助 去除胶体、有机物、微生物及硫酸盐垢［12］。需要慎重 考虑的是，如果选择了不适当的化学清洗方法和药 剂，反渗透膜的污染情况可能会更加恶化。 2． 3． 2 清洗用水的水质
反渗透膜分离技术作为一种新型的高效分离、 浓缩、提纯及净化技术，近年来发展十分迅速，目前 已广范应用于纯水制备、海水除盐等领域［1-3］。反渗 透膜是反渗透系统中的关键元件。在实际应用过程 中，由于进水中杂质的带入，膜元件会遭受不同程度 的污 染［4］，导 致 系 统 进、出 口 压 差 增 大，产 水 量 减 少，脱盐率下降，影响反渗透系统的正常高效运行。 因此，在发生上述现象后，需对反渗透膜组元件进行 有效清洗，最大限度地恢复被污染膜的性能，使反渗 透系 统 能 持 久、安 全、稳 定、经 济 地 运 行［5，6］。 可 以 说，膜清洗工艺决定着海水淡化反渗透设备的运行 效率，必须予以足够重视。本文首先讨论了海水淡
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杨胜全． 海水淡化反渗透膜化学清洗技术浅析
Vol． 33，No． s1，2014
为标准。 （ 3） 冲洗频率 条件允许的情况下，建议经常对系统进行物理
冲洗。增加冲洗的次数比延长 1 次清洗的时间更为 有效。一般冲洗频率为 1 天 1 次以上。
2． 3 化学清洗
当膜运行较长时间后，污染物在反渗透膜表面 大量沉积； 此时，物理冲洗很难恢复膜性能，则需要 采用化学清洗操作。化学清洗是使用相应的化学药 剂，改变污染物的组成或属性，使其排出膜元件，从 而恢复膜元件的性能［6，11］。 2． 3． 1 药品的选择与使用
清洗用水用于溶解酸和碱等药品，建议使用含 盐量较低的反渗透系统的产水； 如果没有反渗透系 统产水时，所使用的水必须是不含硬度、游离氯及铁 离子的离子交换水或蒸馏水。 2． 3． 3 化学清洗过程
结合同类电厂海水反渗透设备清洗经验，可将 反渗透膜化学清洗过程归纳如下：
（ 1） 用泵将干净、无游离氯的反渗透产品水（ 或 相应水源） 从清洗水箱打入压力容器中并排放几分 钟； 或用反渗透冲洗水泵对反渗透系统进行低压冲 洗 3 ～ 5 min。
表 1 水质控制标准 Tab． 1 Water Quality Control Standards
余氯 / COD / 浊度 / （ mg· （ mg· SDI NTU L － 1 ） L － 1 ）
OＲP / mV
DD / （ μS· cm － 1 ）
Cl － / （ mg· L －1）
混凝澄清 池出水
Yang Shengquan （ Guangdong Huizhou Pinghai Power Plant Co． ，Ltd． ，Huizhou 516300，China）
Abstract Ｒeverse osmosis separation technology as a new pure water preparation process is being gradually extended and used for seawater desalination． The membrane fouling problem was the key factor which affected the reliability of this technology． The appropriate chemical cleaning had to be used to protect the security，stability and economic operation of reverse osmosis equipment． This paper firstly analyzed the necessity of chemical cleaning of reverse osmosis membrane，and then discussed the membrane cleaning processes in detail such as cleaning conditions，cleaning solution and cleaning effect evaluation，finally introduced the cleaning technique of reverse osmosis equipment taking in Pinghai power plant as an example． This study can provide references for the membrane cleaning of power plants． Keywords seawater desalination reverse osmosis （ ＲO） membrane fouling chemical cleaning
（ 2） 在反渗透清洗水箱中配制指定的清洗溶 液。配制用水必须是去除硬度、不含过渡金属和余 氯的反渗透产品水或去离子水，清洗液的温度和 pH
应调到所要求的值。 （ 3） 将清洗液在压力容器中循环清洗一定时间
（ 30 ～ 60 min） 。在初始阶段，清洗液返回至反渗透 清 洗 水 箱 之 前 ，应 将 最 初 的 回 流 液 排 放 掉 ，以 免 系 统内滞留的水稀释清洗溶液。在化学药剂与反渗 透装置接触 后，装 置 内 的 污 染 物 在 化 学 反 应 的 作 用下会被大量 冲 出，为了避免污染清洗液，这些清 洗液也应该被排放掉，直至清洗液颜色转淡再进入 循环清洗。