反滲透系統(tǒng)故障分析

1. 概要
       如有很多原因會(huì)造成反滲透設(shè)備不能正常運(yùn)行。如同醫(yī)生診病一樣，在你對(duì)問(wèn)題作進(jìn)一步分析之前，你必須可能地收集各種征狀。

2. 簡(jiǎn)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(jì)有相應(yīng)的儀表和取樣點(diǎn)以滿足故障排除和設(shè)備清洗的需要，這種設(shè)計(jì)在工業(yè)系統(tǒng)中十分常見(jiàn)。但是，對(duì)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(chǎng)價(jià)格將顯得十分昂貴，此時(shí)經(jīng)常更換RO膜元件所需的費(fèi)用則要低得多。而達(dá)到一定規(guī)模的RO系統(tǒng)(15加侖/分鐘以上，即35m3/小時(shí)以上)，此時(shí)相對(duì)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(kāi)始就進(jìn)行防范，以下是一些相關(guān)的RO設(shè)計(jì)的建議：

• 設(shè)計(jì)RO系統(tǒng)時(shí)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(jiàn))或水源變化(在市政供水中十分常見(jiàn))，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(chǎng)進(jìn)行15分鐘SDI(污染密度指數(shù))試驗(yàn)，以確定發(fā)生膠體污堵的可能性。

   

• 如果你想在晚上做個(gè)好夢(mèng)，就先確認(rèn)在設(shè)計(jì)RO系統(tǒng)時(shí)已設(shè)計(jì)有足夠的預(yù)處理。

   

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

   

• 在保守的RO系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用較低的水通量，因?yàn)闇p少單位膜面積上的產(chǎn)水量會(huì)減少污染物在膜對(duì)于以井水作為給水水源的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)水通量應(yīng)控制在8~14gfd(加/平方英尺/日)的范圍內(nèi)。對(duì)于井水作為給水水源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)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(gè)保守的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量增加進(jìn)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(kuò)散速度越快，因而可以減少膜表面鹽分和污染物的濃度。

   

• 對(duì)于不同的使用場(chǎng)合選擇合適的膜元件類型。有時(shí)，在處理難于處理的地表水和工業(yè)廢水水源時(shí)，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(jìn)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(wèn)題。當(dāng)給水TDS(總?cè)芙夤绦挝?大量增加時(shí)，由于滲透壓的增大，會(huì)使系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水壓力的要求隨之增加——TDS每增加100ppm，進(jìn)水壓力需增大1psig(磅/平方英寸)：同時(shí)，由于反滲透對(duì)鹽份按比例脫除。因而產(chǎn)水電導(dǎo)率也會(huì)相應(yīng)增加。另外，進(jìn)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(huì)增加濃水中的含鹽量，并相應(yīng)增加產(chǎn)品水的導(dǎo)電度�；厥章蕿�50%時(shí)，進(jìn)水中TDS的濃度是平時(shí)的兩倍；回收率為75%時(shí)，TDS濃度是平時(shí)的四倍；回收率為90%時(shí)，TDS濃度達(dá)到平時(shí)的十倍。若回收率不變，降低產(chǎn)品水流量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)水電導(dǎo)率增加，因?yàn)辂}的透過(guò)量與水的透過(guò)量無(wú)關(guān)，產(chǎn)水量減少時(shí)也就意味著用以稀釋鹽份的水量減少。

• 我們建議您對(duì)所記錄的運(yùn)行數(shù)據(jù)運(yùn)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(shí)間表，并確認(rèn)系統(tǒng)有無(wú)故障。膜元件供應(yīng)商開(kāi)發(fā)出一種“標(biāo)準(zhǔn)化”電腦軟件，能夠計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化后的產(chǎn)水量、鹽透過(guò)量及給水-濃水壓降。這些標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)是通過(guò)將每日的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，如溫度，進(jìn)水TDS、回收率和壓力等與第一天的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。并根據(jù)變化作相應(yīng)調(diào)整而得到的。舉一個(gè)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(shuō)明膜元件受到了污堵并損失了20%的產(chǎn)水量，因而建議進(jìn)行清洗。如果RO系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)發(fā)生波動(dòng)，那么最明智和合理的做法是判斷反滲透系統(tǒng)的真實(shí)狀態(tài)。

   

• RO系統(tǒng)停運(yùn)是否正確？系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將系統(tǒng)中的濃水沖洗出來(lái)，否則污染物會(huì)沉積在反滲透膜表面。沖洗時(shí)最好采用RO產(chǎn)品水作為沖洗水源。

   

• RO系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間是否太長(zhǎng)？如果水長(zhǎng)時(shí)間不流動(dòng)(特別是在溫暖的氣候條件下)，會(huì)造成嚴(yán)重的微生物污染問(wèn)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(guò)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(cè)段間壓降會(huì)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(guò)15%，反之則表明反滲透膜表面已受到污染需及時(shí)進(jìn)行清洗。

   

• 確認(rèn)產(chǎn)水導(dǎo)電度增加值不超過(guò)15%，反之則表明反滲透膜表面已受到污染需及時(shí)進(jìn)行清洗。確認(rèn)各儀表已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。

   

• 有可能的話，測(cè)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(huì)污染系統(tǒng)前半部分；另一些污染物會(huì)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(cè)定產(chǎn)水導(dǎo)電度以檢查O型圈有無(wú)損壞，取樣時(shí)采用向取樣管插入1/4英寸塑料管的方法并測(cè)量插入深度。

   

• 檢查RO前保安過(guò)濾器中有無(wú)污染物，因?yàn)橄鄬?duì)來(lái)說(shuō)為比較容易做到。

   

• 在RO膜元件中有無(wú)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(jì)值比較。

   

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

   

• 采集清洗液并對(duì)所去除的污染物、顔色變化或pH值變化情況進(jìn)行分析，清洗效果可在RO系統(tǒng)重新投運(yùn)時(shí)得到證實(shí)。

   

• 如果你并不知道污染物是什么，并且不想親自在現(xiàn)場(chǎng)做實(shí)驗(yàn)以選擇合造的清洗液及清洗方法。那么，會(huì)有供應(yīng)專用清洗劑和提供RO膜元件非現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估服務(wù)公司可以為您進(jìn)行服務(wù)。尤其是在初次清理RO時(shí)，這樣的服務(wù)將十分有價(jià)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(jìn)行膜元件解剖分析，此時(shí)拆開(kāi)膜元件并對(duì)膜表面和污染物進(jìn)行分析測(cè)試以確定問(wèn)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(jìn)行清洗的，在你的RO系統(tǒng)表現(xiàn)出污染的傾向、長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)之前、或按計(jì)劃進(jìn)行常規(guī)保養(yǎng)時(shí)，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(shí)，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(diǎn)的不同而不同，一般習(xí)慣上可接受的清洗頻率是3~12個(gè)月一次。如果每個(gè)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(yùn)行參數(shù)，如果每1~3個(gè)月需要清洗一次，則需要在提高當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行水平上做工作，但是否需要改進(jìn)預(yù)處理系統(tǒng)較難判斷。        在RO設(shè)計(jì)中通常會(huì)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(yùn)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(diǎn)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(wèn)題復(fù)雜化，常見(jiàn)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(wú)機(jī)或無(wú)機(jī)/有機(jī)混合物) 自然或合成有機(jī)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(jìn)行清洗時(shí)，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(shí)會(huì)更簡(jiǎn)便，并且這些公司還具有提供技術(shù)支持優(yōu)點(diǎn)。還有一些公司可能提供更有價(jià)值的服務(wù)；他們把從你的系統(tǒng)中取出的膜組件帶回進(jìn)行試驗(yàn)，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(jìn)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(jī)物。但是有時(shí)也會(huì)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(jī)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(jī)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(shí)可能會(huì)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(shí)有一些注意事項(xiàng)：

• 遵守制造商建議的藥品選擇清單、劑量、pH值、溫度和接觸時(shí)間。

   

• 使用侵蝕性最小的藥品完成清洗工作。這些做會(huì)延長(zhǎng)膜的使用壽命。

   

• 在調(diào)節(jié)pH值時(shí)，一定要審慎以延長(zhǎng)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(yùn)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(huì)影響健康、能有效地控制生物活性，并且費(fèi)用不會(huì)太高。

       只有設(shè)計(jì)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(lái)與反滲透本體連接，而是使用臨時(shí)軟管做為接管路。在清洗多段RO時(shí)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(jì)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(jì)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(shí)不易生成泡沫。

      RO清洗泵：在設(shè)計(jì)清洗泵時(shí)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(duì)8英寸膜元件來(lái)說(shuō)，清洗液速度應(yīng)控制在30至40gpm；對(duì)于4英寸膜元件來(lái)說(shuō)，流速應(yīng)控制在8至10gpm。在清洗過(guò)程中，建議最大壓力為60psi，以使清洗時(shí)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(guò)濾器：通常采用孔徑為5至10微米的過(guò)濾器以除去清洗出來(lái)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(huì)產(chǎn)生熱量。

      RO清洗箱混合器：盡管一些設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)時(shí)考慮僅僅通過(guò)使用RO清洗泵循環(huán)回流并緩慢加入藥品方法來(lái)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(diǎn)：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(cè)得PH值和TDS值。       產(chǎn)水側(cè)回流管：在清洗過(guò)程中，可能會(huì)有少量的清洗液透過(guò)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(huì)根據(jù)情況的不同而變化。每段清洗所需的時(shí)間為4至8小時(shí)，基本的清洗步驟是：

• 用給水或產(chǎn)品水進(jìn)行低壓沖洗，以除去設(shè)備運(yùn)行時(shí)的濃水和污染物。

   

• 按制造商的說(shuō)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(shí)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(lái)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(kāi)始的20%的清洗液。當(dāng)PH值變化超過(guò)0.5單位時(shí)，重新調(diào)到目標(biāo)值。

   

• 可選擇浸泡和再循環(huán)步驟。浸泡時(shí)間為1小時(shí)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(huì)增加膜與清洗藥品的接觸時(shí)間。

   

• 用產(chǎn)品水進(jìn)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(yùn)行。通常RO的產(chǎn)水水質(zhì)要用數(shù)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間才能穩(wěn)定下來(lái)，尤其是在經(jīng)過(guò)高PH溶液清洗之后。