1 反渗透 ( R O ) 系统介绍
1.1 反渗透工艺流程
絮凝剂 工 自来水 、 原水泵 * S 型脉冲沉淀池 、 单阀过滤器 , 过滤水箱 一 过滤水泵 阻垢剂 土N a o H 4 * 活性碳过滤器 叶 保安过滤器 、 高压泵 * 反渗透装置 叶 RO 水箱
我车间整个纯水工艺主要由反渗透脱盐系统和离子交换系统组成 , 供应半导体集成电路 及分立器件生产使用纯水需求 , 系统工艺流程简图如上。 该反渗透系统设计产品水出力为 2 7 m 3瓜、 3 组 , 每组按二段 4 : 2 排列设计 , 每组共有膜 压力容器 6 支 , 每支膜压力容器内装有 6 根膜元件。 采用的膜元件为美国陶氏公司生产的型 号为 FI L M T E C BW 3 o 一 3 6 5 F R 的卷式复合膜 , 此膜由芳香聚酞胺高分子有机物合成 , 具有稳 定性好 、 脱盐率高、 抗污染能力强 、 不易压实、 对进水氧化性物质和悬浮物要求严格等特点. 该反渗透装置 的系统回收率设计值为 7 5 % , 系统运行时反渗透装置第一段的浓水进入第二 段 , 进一步利用之后浓水排放 , 两段的产品水汇合后进人 R O 水箱 。 反渗透作为离子交换的 预脱盐系统 , 是一种十分有效的物理分离过程 , 其 良好的脱盐性能 , 可极大地降低离子交换器的进水含盐量 , 延长后级离子交换系统运行周期 , 减少再生次数 , 降低再生过程中再生酸 、 碱废液的排放量 。 该套反渗透装置的预处理设备有 : ( 1 ) 5 型脉冲沉淀池 、 单阀过滤器 、 絮凝剂 (P A C 、 S T ) 加药系统 : 主要用于去除水中的悬浮物、 胶体和颗粒, 以满足反渗透系统给水要求 ( SD I 达标) ; ( 2 ) 活性碳过滤器: 主要去除水中的游离氯及 部分有机物 ; (3 ) N a OH 加药系统: 主要调整进水 pH () .8 2 ) , 使水中的 C 仇 全部转化成碳酸氢盐通过反渗透膜去除,大大减轻离 子交换系统负担; (4 ) 阻垢剂加药系统: 由于进水添加了碱液使得反渗透膜结垢 Ls l 值偏 大 , 很容易结垢 , 经实际运行情况看 , 如不加阻垢剂一般 1~ 2 h 内浓水中就会析出白色结晶 体 , 从而导致系统产水量和脱盐率的明显下降 , 系统无法正常运行。 添加了阻垢剂后就能大 大延缓反渗透膜结垢的时间 , 一般可 以保证系统正常运行三个月以上。 ( 5 ) 保安过滤器: 截留进水中大于 5 微米 以上的颗粒 , 保护高压泵及反渗透膜; ( 6 ) 原水泵、 过滤水泵及高 压泵: 用于提供系统所需动力。 我车间反渗透系统改造投运一年多来 , 除定期进行维护性质的清洗以外 , 、 目前运行工况 十分稳定 , 各项运行指标正常。
2 损坏反渗透膜的形式
一般膜的主要损坏形式有三种 : 一是膜本身的化学变化 , 包括膜的水解、 游离氯氧化以 及强酸强碱的作用 ; 二是膜本身的物理变化, 包括压密 、 背压作用使膜结构被破坏 ; 三是膜 受污染, 这主要包括结垢物、 微生物、 胶体、 悬浮物 、 有机物等在膜面及 内部污染堵塞膜通 道 。 以上这三种情况都可使反渗透膜性能下降, 并造成进水压力升高、 产水量下降、 脱盐率 下降。 其中前两种损坏形式可以通过设计反渗透工艺时来避免 , 但第三种损坏方式只能延缓 而无法彻底消除 。
3 反渗透膜污染的特点和控制措施
反渗透膜在运行过程中易受水中悬浮物、 胶体、 微生物 、 结垢物以及有机物等杂质的污 染 , 造成膜性能下降从而影响系统产水能力。 一般情况下 , 水 中污染物有悬浮物 、 胶体 、 铁 (氧化铁和亚铁)、 微生物 、 不易溶解的沉淀、 结垢物(如碳酸钙垢 、 硫酸钙垢、 5 1 0 2 等) 、 有 机污染物(腐植酸和富里酸)等都易造成反渗透膜表面及内部的污染堵塞 。
3.1 结垢污染 盐类的浓缩是反渗透膜结垢的主要原因 , 即浓水中它的浓度积超过 了该条件下 的溶度 积 , 而又 没有采取合适的防垢措施则可能结垢, 因此控制合适的进水条件(温度 、 P H 等)、 降 低系统的回收率和使用合适的阻垢剂可防止结垢物质的生成。 当浓水 中的 5 1 0 : 过饱和则可能 聚合形成不溶解的胶体硅或者硅胶而引起结垢, 温度 、 pH 对 5 1 0 2 溶解度影响较大 , 硅垢一 旦形成非常难于去除 , 应严格控制系统回收率和进水温度 , 采取有效的抑制措施防止硅垢的 形成 ; 对于较易形成 的碳酸钙垢 , 早期的阻垢措施主要是采取加酸处理和加无机阻垢剂六偏磷酸钠防垢 , 但六偏磷酸钠对 5 1 0 2 几乎无阻垢作用 , 且在溶解箱中存在水解问题 , 不但影响 其阻垢效果 , 转化的正磷酸盐不但是微生物的营养源 , ’ 还可能生成磷酸钙垢 。 且加六偏磷酸 钠系统易堵 , 加酸装置的维护量大 , 操作环境差。 采用有机复合阻垢剂一般比无机阻垢剂效 果更好 , 使用也更简便 , 近几年来在反渗透上已开始逐渐采用 ( 目前我车间采用美国贝迪公 司生产的型号为 M D C 22 0 的阻垢剂 ) , 既可 以减少加酸设备投资又可 以降低运行成本、 改善 操作环境 , 但在使用前应根据进水水质进行阻垢计算或模拟试验 , 然后再用于生产运行 , 并 注意监测浓水水质情况和反渗透装置的运行情况 , 因为有些阻垢剂有时会与阳离子聚电解质 或铝铁等阳离子反应生成粘胶状沉淀 , 很难从膜元件中除去. 3 . 2 胶体和微生物的污染 以前一般对地表水的处理 , 只重视对 S D I 指标的处理,可实际情况远非如此 , 有的反渗透 装置投运时间不长 即出现膜性能下降, 甚至无法运行 , 轻者需不断地进行周期性清洗 , 重者 最后不得不更换膜元件 , 不但影响生产, 经济损失也相当严重 。 其主要原因是预处理絮凝剂 过量添加而反应生成粘胶状沉淀,造成膜的不可逆污染 。 另一方面 , 系统 内细菌大量繁殖 , 产 生严重微生物污染 , 造成反渗透装置运行压差很高, 水通量严重降低。 ’ 防止微生物污染的方法通常有 : ( 1 ) 尽量选取抗污染复合膜 , 可以有效降低微生物污 染的发生 . 比如我车间采用的美国陶氏公司生产的型号为 F IL N叮卫C B W 3 0一3“ F R 抗污染膜 , 经实践运行抗污染效果 良好. (2 ) 采取有效的杀菌处理措施 。 比如采用氯及 N a c l o 、 K M n O 4 、 姚0 2 、 0 3 、 紫外线照射等 , 控制重点是选取合适的杀菌剂, 足够长的接触 时间, 根据不同的 反渗透膜控制合适的残余氯量 . 另外就是严格控制给水中的有机物含量(以总有机碳 To c 不 超过 Zm叭 为宜) , 抑制细菌的生长繁殖 。 对于使用较多的加氯杀菌处理和选用聚酞胺复合 膜元件的系统 , 必须保证进反渗透装置给水中的残余氯量在控制范围内, 以免膜受氧化。 现 在主要采用加 N a H SO3 或通过活性炭进行脱氯。 3 . 3 有机物污染 反渗透给水中有机物不仅是微生物的营养物质 , 而且其含量高时可溶解膜材料 , 使膜性 能劣化 , 造成膜污染 。 地表水中有机物种类繁多 , 目前常采用活性炭吸附有机物 , 从而保持 水中总有机碳(TOC )不超过 Zm 叭。 另外 , 有资料报导 , 采用生物活性处理技术也可以有效去除有机物 的含量 。
4 反渗透膜污染的清洗
4.1 清洗的必要性 即使反渗透进水水质符合要求 , 运行控制正常, 反渗透膜也会逐渐被浓水中的无机物、 微生物、 金属氢氧化物 、 胶体和不溶性有机物等所污染 , 当膜表面污染物累积到一定程度后 , 压差逐渐升高 , 产水量和脱盐率即会下降。 一般认为反渗透装置 出现下列症状之一时 , 则需 要考虑对其进行清洗 , 以恢复其正常工作能力。 标准化后 的产水量下降了 1 0 % ~ 巧% ; 标准化后的脱盐率下降了 1 0 % 一 巧 % ; 为了维持 正常的产品水流量 , 经温度校正后的进水压力增加 了 1 0 % ~ 巧 % ; 己证实当反渗透装置内有 严重 的污染物或反渗透装置长期停运前 , 反渗透装置都要进行例行维护 .
 清 洗时的注意事项 在反渗透膜清洗过程中有几点应引起高度重视 清洗时的水温最好不超过 5 ℃ 控制好清洗液浓度和 值 在 ~ 1 之间 确保清洗液不含游离氯和其它氧化性物质 清洗方向必须和运行方向相同 , 决不允许反向清洗 , 否则会损坏膜元件 , 清洗过 程中管路连接或阀门切换时要确认后再操作 , 反渗透装置只允许并联清洗 , 每一段最好分段 清洗; ( 4 ) 清洗液一般可使用盐酸或氢氧化钠, 或者采用膜厂家推荐的专用清洗配方 ; 可用 阴离子型或非离子型表面活性剂 , 禁用阳离子型表面活性剂, 因可能发生不可逆转的污堵; ( 5 ) 清洗液进膜元件前必须经过保安过滤器 ; ( 6 ) 清洗后的反渗透装置在开始运行时应先排掉初期的产品水;
(7 ) 清洗用药一定要溶解完全 , 且药品质量符合标准。
5 结论
反渗透系统的污染从长期而言是不可避免的, 但我们可 以通过合理的前处理设计 , 合理 的运行控制来尽量延长反渗透装置处于 良好运行状态 , .防止各种膜污染的发生 , 一旦污染 , 应及时进行有效的化学清洗 。 此外 , 采用多次清洗有时也是必要的 , 如先用酸来清除金属氧 化物 , 再用碱清除有机物 , 效果可能会更好 。 在反渗透系统设计时要注意:
(1 ) 尽量避免反渗透装置的频繁启停 , 尽可能保持长期稳定运行。
(2)反渗透停运后立即进行低压水冲洗 , 最好采用反渗透产品水 , 利用流体的紊流作 用使污物自膜面剥离而被冲走 。 膜组件污染或结垢使产水量下降, 不能靠增加运行压力来维 持原来的产水量 , 否则会加剧膜完件的恶化 。 ( 3 ) 为防止反渗透装置发生望远镜现象 , 启动时缓慢提升压力和水量 , 在高压泵出口 应装设电动慢开门, 并保证开启时间在规定值, 防止膜元件的损坏压实; ( 4 ) 产品水管上应装爆破膜或压力保护开关 , 防止产品水侧压力过大而产生背压从而 损坏反渗透膜 。 ( 5 ) 反渗透运行时要确保阻垢剂已正常加入 , 否则很容易结垢。