反滲透系統(tǒng)故障分析

1. 概要
       如有很多原因會造成反滲透設(shè)備不能正常運行。如同醫(yī)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(shè)備的故障，我們假定設(shè)備設(shè)計有相應(yīng)的儀表和取樣點以滿足故障排除和設(shè)備清洗的需要，這種設(shè)計在工業(yè)系統(tǒng)中十分常見。但是，對于家用或輕工業(yè)設(shè)備，這并是必須的。如果小型RO設(shè)備中包括相關(guān)儀器和取樣閥門，其市場價格將顯得十分昂貴，此時經(jīng)常更換RO膜元件所需的費用則要低得多。而達到一定規(guī)模的RO系統(tǒng)(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(guān)儀器、取樣閥門和清洗設(shè)備，經(jīng)常更換RO膜元件則變得昂貴的多。 　

3. 如何避免設(shè)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(guān)的RO設(shè)計的建議：

• 設(shè)計RO系統(tǒng)時應(yīng)有水質(zhì)全分析。如果水質(zhì)存在季節(jié)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(shù)據(jù)并確認(rèn)它們?nèi)∽杂谧钚碌牟牧稀?

   

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

   

• 如果你想在晚上做個好夢，就先確認(rèn)在設(shè)計RO系統(tǒng)時已設(shè)計有足夠的預(yù)處理。

   

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

   

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

   

• 回收率應(yīng)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(shè)計應(yīng)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(yè)廢水水源時，使用電中性的CAB(醋酸纖維素)膜元件優(yōu)于使用帶負(fù)電荷的CPA(聚酰胺復(fù)合)膜元件。

   

• 調(diào)查你周圍是否有使用同一進水水源的反滲透系統(tǒng)。

   

• 查明故障：

   

       首先，應(yīng)確認(rèn)RO系統(tǒng)的確出現(xiàn)了問題。當(dāng)給水TDS(總?cè)芙夤绦挝?大量增加時，由于滲透壓的增大，會使系統(tǒng)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(chǎn)水電導(dǎo)率也會相應(yīng)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(tǒng)回收率增大，會增加濃水中的含鹽量，并相應(yīng)增加產(chǎn)品水的導(dǎo)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(chǎn)品水流量時，會導(dǎo)致產(chǎn)水電導(dǎo)率增加，因為鹽的透過量與水的透過量無關(guān)，產(chǎn)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(shù)據(jù)運行“標(biāo)準(zhǔn)化”，以確定系統(tǒng)污堵的規(guī)律，使你能夠訂出洗滌的時間表，并確認(rèn)系統(tǒng)有無故障。膜元件供應(yīng)商開發(fā)出一種“標(biāo)準(zhǔn)化”電腦軟件，能夠計算出標(biāo)準(zhǔn)化后的產(chǎn)水量、鹽透過量及給水-濃水壓降。這些標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)是通過將每日的主要運行數(shù)據(jù)，如溫度，進水TDS、回收率和壓力等與第一天的運行數(shù)據(jù)進行比較。并根據(jù)變化作相應(yīng)調(diào)整而得到的。舉一個例子，如果第100天的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量是80gpm(加侖/分鐘)，而第一天的產(chǎn)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(chǎn)水量，因而建議進行清洗。如果RO系統(tǒng)進行參數(shù)發(fā)生波動，那么最明智和合理的做法是判斷反滲透系統(tǒng)的真實狀態(tài)。

   

• RO系統(tǒng)停運是否正確？系統(tǒng)運行時，應(yīng)將系統(tǒng)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(chǎn)品水作為沖洗水源。

   

• RO系統(tǒng)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(yán)重的微生物污染問題。

   

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

   

• 確認(rèn)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(tǒng)需要清洗了。監(jiān)測段間壓降會有助于判斷哪段發(fā)生污堵，從而可判斷出可能的污染物。

   

• 確認(rèn)給水和產(chǎn)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(rèn)產(chǎn)水導(dǎo)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(rèn)各儀表已經(jīng)過校準(zhǔn)。

   

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

   

• 從產(chǎn)品水管取樣并測定產(chǎn)水導(dǎo)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(chǎn)品水水質(zhì)，并將分析結(jié)果與膜元件制造廠家提供的設(shè)計值比較。

   

• 在RO出現(xiàn)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(jù)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(tǒng)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(xiàn)場做實驗以選擇合造的清洗液及清洗方法。那么，會有供應(yīng)專用清洗劑和提供RO膜元件非現(xiàn)場評估服務(wù)公司可以為您進行服務(wù)。尤其是在初次清理RO時，這樣的服務(wù)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(tǒng)故障分析表

反滲透系統(tǒng)的清洗       反滲透系統(tǒng)最終是需要進行清洗的，在你的RO系統(tǒng)表現(xiàn)出污染的傾向、長時間停運之前、或按計劃進行常規(guī)保養(yǎng)時，建議你清洗RO系統(tǒng)。當(dāng)出現(xiàn)下列污染特征(標(biāo)準(zhǔn)化后產(chǎn)水量下降10~15%，標(biāo)準(zhǔn)化后產(chǎn)水水質(zhì)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(tǒng)需要清洗了。        由于RO系統(tǒng)出現(xiàn)污垢而需要清洗的頻率隨地點的不同而不同，一般習(xí)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(yīng)該改善RO的預(yù)處理系統(tǒng)，調(diào)整RO系統(tǒng)的運行參數(shù)，如果每1~3個月需要清洗一次，則需要在提高當(dāng)前設(shè)備的運行水平上做工作，但是否需要改進預(yù)處理系統(tǒng)較難判斷。        在RO設(shè)計中通常會忽視使用RO產(chǎn)品水沖洗系統(tǒng)中的污垢，采用該法可減少RO的清洗次數(shù)。在設(shè)備停運期間用產(chǎn)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(xué)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(fù)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(zhì)(生物污泥、霉菌或真菌)

       有許多因素與選擇合適的清洗化學(xué)藥品和正確的清洗方法有關(guān)。在你頭一次進行清洗時，建議與設(shè)備制造商、RO膜組件制造商、RO系統(tǒng)專用藥品供應(yīng)商聯(lián)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(guī)的，可以從許多供應(yīng)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(shù)支持優(yōu)點。還有一些公司可能提供更有價值的服務(wù)；他們把從你的系統(tǒng)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(zhì)，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(yán)重的生物和有機雜質(zhì)。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(zhì)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(yán)重。

       在選擇清洗藥品和使用復(fù)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(diào)節(jié)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(tǒng)以排盡上一次的清洗液。

   

• 用高pH值的產(chǎn)水沖洗出洗滌劑。

   

• 確認(rèn)遵守正確的清洗液處理要求。

   

　　如果系統(tǒng)發(fā)生了微生物污染，應(yīng)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(xù)地加入系統(tǒng)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(shè)計好了的清洗系統(tǒng)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(tǒng)的水源應(yīng)是RO產(chǎn)品水、去離子水或者至少是軟水，系統(tǒng)中的所有部件應(yīng)該是耐腐蝕的。清洗系統(tǒng)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(yīng)設(shè)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(shè)計有再循環(huán)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(shè)計清洗泵時應(yīng)考慮可提供適當(dāng)?shù)臋M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(yīng)控制在30至40gpm；對于4英寸膜元件來說，流速應(yīng)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(chǎn)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(yīng)注意在再循環(huán)期間RO清洗泵會產(chǎn)生熱量。

      RO清洗箱混合器：盡管一些設(shè)計者設(shè)計時考慮僅僅通過使用RO清洗泵循環(huán)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(tǒng)儀器儀表應(yīng)包括流量表、溫度表、壓力表和清洗箱液位表。

      取樣點：應(yīng)在RO清洗泵出口和濃水側(cè)循環(huán)回流管上加裝取樣閥從而可測得PH值和TDS值。       產(chǎn)水側(cè)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(chǎn)水側(cè)安裝一根回流管。RO清洗步驟可能會根據(jù)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(chǎn)品水進行低壓沖洗，以除去設(shè)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(diào)節(jié)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(yīng)排放掉從系統(tǒng)中頂出的水和剛開始的20%的清洗液。當(dāng)PH值變化超過0.5單位時，重新調(diào)到目標(biāo)值。

   

• 可選擇浸泡和再循環(huán)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(yīng)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(chǎn)品水進行低壓沖洗，以除去在清洗系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)中的所有殘存藥品。

   

1. 一旦某套設(shè)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(chǎn)水水質(zhì)要用數(shù)小時甚至幾天的時間才能穩(wěn)定下來，尤其是在經(jīng)過高PH溶液清洗之后。