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反滲透膜的化學清洗十五問(一)
2019-10-24 15:22:21 來源:北京盛大維新公眾號及時、合理且徹底的就地化學清洗(CIP)對 RO 系統的長期穩定運行是至關重要的。多數情況下采用就地化學清洗。離線清洗只是迫不得已的補充手段。RO系統污堵嚴重到進水通道堵塞 90-100%時,有時可能需要采用離線化學清洗。對于化學清洗容易遇到的一些關鍵問題,SUEZ膜專家總結了十五條問答。
第一問:怎樣判斷 RO 系統什么時候需要化學清洗?
答:判斷 RO 系統什么時候需要化學清洗是*個要解決的問題,很重要、很關鍵。常用標準有下述三條,任何一條達到標準,就應該清洗系統。及時清洗十分重要,當洗不洗,則有可能導致清洗變得很困難。
清洗標準1:參考系統在*初48小時運行后建立的條件,標準化后的產水量損失10%。
清洗標準2:參考系統在*初48小時運行后建立的條件,標準化后的透鹽率增加10%。
清洗標準3:參考系統在*初48小時運行后建立的條件,標準化后的段壓差增加15%。
考慮到標準化對用戶來說有一點難度,我們根據系統每段壓差的變化,建立了一個相對簡單的判斷方法,供大家參考。細節如下。
在產水量、回收率、水溫、TDS 等運行參數基本保持與初始值一致的情況下,膜系統每段壓差能準確反映該段內部的臟污程度:
1、壓差 1.0Bar 左右 → 系統很干凈,通道暢通,不需清洗。
2、壓差 1.5Bar 左右 → 系統有 50%污堵量,通道堵塞不嚴重,容易清洗。
3、壓差 2.0-2.5Bar → 系統有 70%污堵量,通道堵塞嚴重,不易清洗。
4、壓差 3.0-3.5Bar → 系統有 90%污堵量,通道基本堵死,清洗困難。
5、壓差>3.5Bar → 系統完全堵死(100%),通道完全堵死,清洗無望。
很明顯,*佳清洗時間點是壓差 1.5Bar 左右,其次是壓差 2.0-2.5Bar。壓差超過 3.0Bar,就可能需要多種藥多次反復清洗。壓差超過 3.5Bar,通道徹底堵死,藥劑完全進不去,因此在線清洗基本沒有希望。
另外運行時間長了,因人為調節或者污堵等原因,有可能運行參數會發生較大變化,這時用戶可能會感到不好判斷系統的狀況。這里有一個較為簡便的類似于標準化處理的操作方法,可幫助客戶提高就地判斷的準確性。方法如下。
把 RO 系統的產水量、濃水量、回收率、水溫(如果有加熱器)等調到盡可能與系統*初 48 小時的運行數據相同,而 TDS、pH等調到與*初的參考值接近,穩定運行半小時以上,再看給水壓力、段間壓差、脫鹽率等與*初 48 小時建立的性能值有多大變化,大體就能夠知道系統的污染程度。
第二問:什么樣的情況下 RO 系統不需要化學清洗?
答:在進水溫度、進水 TDS 都穩定的情況下,如果單套 RO 系統產水量、濃水量、回收率、進水壓力、各段壓差、系統脫鹽率等參數與其初始 48 小時內的基準數據相比均穩定,沒有明顯變化,則認為系統性能運行穩定,幾乎沒有污堵發生,也就是說系統是干凈的,因此不需要進行化學清洗。不論系統運行多長時間,只要系統真正的干凈,無污染,就明確不需要化學清洗。
第三問:怕化學清洗對 RO 膜造成傷害,因此經常導致 RO 系統堵得很嚴重了還不敢洗膜。怎樣評價客戶的這種心理?
答:客戶害怕化學清洗的心理是完全沒有必要的。因為標準的酸洗和堿洗,是完全控制 pH 在規定的 2-11.5 的范圍內,且時間一般只有 2-3 小時,溫度一般 25-30 攝氏度,這個清洗強度對 RO 膜來說是溫和的,對脫鹽率的影響一般較。3 年的累積影響可能不會超過 2%),因此多數的脫鹽系統是可以接受的。反之,如果不及時清洗系統,則產水量可能損失50%以上,甚至更多;脫鹽率的下降也可能高達 5%,甚至更多。這對系統的危害就太嚴重了。當客戶認識到污堵帶來的巨大危害后,就不應該對正常清洗對系統造成的影響產生害怕,而應該勇敢地及時采取必要清洗措施。畢竟兩害相權,應取其輕。
第四問:化學清洗是先酸洗好,還是先堿洗好?
答:這個問題并沒有固定的答案。有的時候先酸洗好,有的時候先堿洗好。這需要客戶根據實際情況作出判斷。一般判斷原則如下:
如果既需要酸洗,又需要堿洗,那么污染物一定不是單一成分,而是復雜成分,這時需要酸洗的物質和需要堿洗的物質往往互相層層包裹。如果污染物*外層為諸如金屬氧化物、絮凝劑殘余、粘土、垢類等無機物,則可能先酸洗有效;反之如果污染物*外層為諸如微生物、代謝產物、藻類等有機物,則可能先堿洗有效。
總之一個原則:清洗藥品只要與污染物對癥,清洗一定有效。否則,很難有效。
第五問:怎樣選擇合理的清洗方案?用哪類藥品合適 – 酸洗還是堿洗?濃度大?是否需要清洗中途補藥?循環還是浸泡?
答:對于需要初次化學清洗的新系統而言,當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藥品,多長時間合適,循環和浸泡哪個方式合適。因此,這就需要用戶在前幾次清洗時有一個摸索實踐的過程,必要時可以輔以燒杯試驗,驗證藥品的有效性。下面照片是一個燒杯試驗的例子
解剖 RO 膜,取其膜面上黃色污染物進行 HCl 溶解試驗。取黃豆大小的黃色污染物于錐形瓶中,而后加入 HCl 數滴,觀察其溶解效果。結果發現黃色污染物 80-90%都能被 HCl 很快溶解,溶液顯黃色,從而證明酸洗的有效性。
標準酸洗或標準堿洗作為安全的*優先清洗方案,可先隨機選擇一種,而后嘗試著洗,看看系統參數恢復效果。酸洗配制 pH=2 的溶液,溫度控制25-30º C,一邊循環一邊檢查 pH 變化,如果 pH 上升明顯就不斷補酸,直到pH穩定在2.0-2.5之間,不變為止;堿洗配制pH=11.5的溶液,溫度控制25-30º C,一邊循環一邊檢查 pH 變化,如果 pH 下降明顯就不斷補堿,直到 pH 穩定在11.0 左右,不變為止。另外無論是酸洗還是堿洗,如果出現大量污染物被洗下來,導致清洗液很快變得渾濁或者顏色很深,那么不論 pH 變化多大,先應該將嚴重臟污的清洗液換掉,而后注入干凈的清洗液和藥品,繼續原來的循環清洗,直到 pH 不再變化或者清洗液顏色很淺為止。
每種藥品清洗完后,應該漂洗系統至干凈狀態,而后運行 5-8 分鐘,讀取運行數據。再用前述標準化方法處理清洗前后的運行數據,看看產水量、脫鹽率等是否有明顯恢復,這是*為準確的判斷。如果清洗前后的變化十分顯著,則通過壓力、壓差、產水量等表觀變化也能簡單判斷清洗的效果,只是不太嚴謹。這樣大體我們能知道酸洗有效還是堿洗有效。如果清洗完全有效,則參數應該完全恢復到原有水平;如果清洗只是部分有效,則應嘗試另一種藥品清洗,方法如前。洗完后再次評估效果。如此酸洗、堿洗可能需要反復交替進行數遍。
不論酸洗幾次、堿洗幾次,好的方案一定要讓運行參數恢復到原有水平,或者接近原有水平。否則有可能是方案仍然不合理,或者出現了難溶物質 – 難溶垢類、難溶高分子物質或者難溶強吸附性物質。任何清洗方案執行完畢,如果系統標準化后,參數的不可逆損失超過5%以上或者每次清洗后運行參數都持續損失,那么就應該引起足夠重視,這是出現大問題的先兆,應該盡快及時報告有關主管領導。用戶如果不能自行解決這個問題,則應及時通知工程公司、膜廠商等看看大家能不能群策群力,幫助查找原因,并提出對策。切忌把問題捂在手里,等到系統幾乎死掉才報告,這時可能一切都晚了。
顯然每次化學清洗每種藥品所需的用量,只要將前述的初次投加量和補加量統計起來就能得到。需要強調的是,為了不讓膜系統出現超 pH 值的情況,切忌將藥品一次性就投進去,而應該采取多次補加的方式?蓞⒖己笫鰡栴}14 關于清洗終點的判斷。
中途補加藥品顯然是因為藥品有明顯的消耗,才采取的措施。沒有消耗就不需要補加。
酸洗一般采用循環方式就很有效,很少需要浸泡;堿洗則一般先采用循環方式,如果效果實在不好,則可考慮浸泡,以延長反應時間,浸泡一段時間(或 30 分鐘,或 60 分鐘,或更長,取決于摸索的效果)后,還需適當循環(10-20 分鐘即可)一下,以將新鮮藥品補進膜元件內部。循環的好處是能將新鮮的藥品不斷補進膜內部,以縮短整體清洗反應時間;浸泡則由于大大延長了反應時間,有利于難溶物質的清洗反應。將循環和浸泡靈活加以組合應用,將能以*短時間,取得*佳效果。
對于污堵嚴重的系統,由于進水通道堵塞,藥品進不去,上述嘗試清洗不一定好進行。這時可考慮打開壓力容器,采集污染物樣品,而后分別進行酸滴、堿滴等燒杯試驗,觀察污染物溶解、釋放氣體、溶液顏色等變化情況。
這樣也能初步判斷酸洗、堿洗效果。也可用酒精燈簡單灼燒污染物,以判斷有機物和非有機物,并聞氣味以辨別動物制品還是合成品。
標準酸洗和標準堿洗無效的情況,屬于大問題,應作為特例加以解決。這時除了改進清洗方案,也可能涉及預處理調整或者改造。