广东省江门市科斯特水处理设备科技有限公司
反渗透纯水设备
净水机、矿泉水设备
水厂、净化屋配套设备
微电脑自动灌装设备
工厂,学校,家用反渗透设备
海水淡化设备
自动售水机
过滤器材系列
集团型管道直饮水设备系列
 
反渗透系统故障分析与清洗

反渗透系统故障分析

1. 概要
       如有很多原因会造成反渗透设备不能正常运行。如同医生诊病一样,在你对问题作进一步分析之前,你必须可能地收集各种征状。

2. 简介
       本篇的主题是如何排除RO设备的故障,我们假定设备设计有相应的仪表和取样点以满足故障排除和设备清洗的需要,这种设计在工业系统中十分常见。但是,对于家用或轻工业设备,这并是必须的。如果小型RO设备中包括相关仪器和取样阀门,其市场价格将显得十分昂贵,此时经常更换RO膜元件所需的费用则要低得多。而达到一定规模的RO系统(15加仑/分钟以上,即35m3/小时以上),此时相对于在最初的投资成本中增加相关仪器、取样阀门和清洗设备,经常更换RO膜元件则变得昂贵的多。  

3. 如何避免设备异常的最好方法是从一开始就进行防范,以下是一些相关的RO设计的建议:

  • 设计RO系统时应有水质全分析。如果水质存在季节性的变化(在地表水中十分常见)或水源变化(在市政供水中十分常见),尽量获取你所能得到的所有分析数据并确认它们取自于最新的材料。
  • 现场进行15分钟SDI(污染密度指数)试验,以确定发生胶体污堵的可能性。
  • 如果你想在晚上做个好梦,就先确认在设计RO系统时已设计有足够的预处理。
  • 在设计RO时(特别是有可能发生污染时)应留有余地,在设计以干净井水作为给水水源的反渗透系统时,可以采用比地表水系统更加激进的设计。
  • 在保守的RO系统设计时选用较低的水通量,因为减少单位膜面积上的产水量会减少污染物在膜对于以井水作为给水水源的系统,设计水通量应控制在8~14gfd(加/平方英尺/日)的范围内。对于井水作为给水水源系统,设计水通量应控制在14~18gfd的范围内。
  • 回收率应取较为保守的值,以使污染物的浓度降至最低。
  • 一个保守的设计应尽量增加进水横向流速和浓水流速,横向流速越高,膜表面盐分和污染物向主体溶液的扩散速度越快,因而可以减少膜表面盐分和污染物的浓度。
  • 对于不同的使用场合选择合适的膜元件类型。有时,在处理难于处理的地表水和工业废水水源时,使用电中性的CAB(醋酸纤维素)膜元件优于使用带负电荷的CPA(聚酰胺复合)膜元件。
  • 调查你周围是否有使用同一进水水源的反渗透系统。
  • 查明故障:
       首先,应确认RO系统的确出现了问题。当给水TDS(总溶解固形物)大量增加时,由于渗透压的增大,会使系统对进水压力的要求随之增加——TDS每增加100ppm,进水压力需增大1psig(磅/平方英寸):同时,由于反渗透对盐份按比例脱除。因而产水电导率也会相应增加。另外,进水温度每降低10华氏度,给水泵压力需增大15%。系统回收率增大,会增加浓水中的含盐量,并相应增加产品水的导电度。回收率为50%时,进水中TDS的浓度是平时的两倍;回收率为75%时,TDS浓度是平时的四倍;回收率为90%时,TDS浓度达到平时的十倍。若回收率不变,降低产品水流量时,会导致产水电导率增加,因为盐的透过量与水的透过量无关,产水量减少时也就意味着用以稀释盐份的水量减少。
  • 我们建议您对所记录的运行数据运行“标准化”,以确定系统污堵的规律,使你能够订出洗涤的时间表,并确认系统有无故障。膜元件供应商开发出一种“标准化”电脑软件,能够计算出标准化后的产水量、盐透过量及给水-浓水压降。这些标准化的参数是通过将每日的主要运行数据,如温度,进水TDS、回收率和压力等与第一天的运行数据进行比较。并根据变化作相应调整而得到的。举一个例子,如果第100天的标准化产水量是80gpm(加仑/分钟),而第一天的产水量是100gpm(加仑/分钟),说明膜元件受到了污堵并损失了20%的产水量,因而建议进行清洗。如果RO系统进行参数发生波动,那么最明智和合理的做法是判断反渗透系统的真实状态。
  • RO系统停运是否正确?系统运行时,应将系统中的浓水冲洗出来,否则污染物会沉积在反渗透膜表面。冲洗时最好采用RO产品水作为冲洗水源。
  • RO系统停运时间是否太长?如果水长时间不流动(特别是在温暖的气候条件下),会造成严重的微生物污染问题。
  • 如果为了控制碳酸钙(石灰)结垢而加酸以调低pH值,你是否调到了所要求的pH值?
  • 确认给水与浓水间的压降增加值不超过15%。反之 ,也就意味着给水通道受到污染,膜表面水流量受到限制,系统需要清洗了。监测段间压降会有助于判断哪段发生污堵,从而可判断出可能的污染物。
  • 确认给水和产水间的压降不超过15%,反之则表明反渗透膜表面已受到污染需及时进行清洗。
  • 确认产水导电度增加值不超过15%,反之则表明反渗透膜表面已受到污染需及时进行清洗。确认各仪表已经过校准。
  • 有可能的话,测量每段产水水质及每支压力容器产水水质。有些污染物会污染系统前半部分;另一些污染物会污染系统后半部分。使用RO系统故障分析表(附后)可以帮助确认污染物的种类。
  • 从产品水管取样并测定产水导电度以检查O型圈有无损坏,取样时采用向取样管插入1/4英寸塑料管的方法并测量插入深度。
  • 检查RO前保安过滤器中有无污染物,因为相对来说为比较容易做到。
  • 在RO膜元件中有无污染物或是否受到损伤。
  • 取样并分析RO给水、浓水和产品水水质,并将分析结果与膜元件制造厂家提供的设计值比较。
  • 在RO出现故障时,如能排除因外部损伤而引起的原因,那么,就需要推测污染物的类型,并据此进行一次或一系列的清洗工作。
  • 采集清洗液并对所去除的污染物、顔色变化或pH值变化情况进行分析,清洗效果可在RO系统重新投运时得到证实。
  • 如果你并不知道污染物是什么,并且不想亲自在现场做实验以选择合造的清洗液及清洗方法。那么,会有供应专用清洗剂和提供RO膜元件非现场评估服务公司可以为您进行服务。尤其是在初次清理RO时,这样的服务将十分有价值。
  • 如果以上所有检查RO膜元件中污染物的方法均未奏效,那么只能进行膜元件解剖分析,此时拆开膜元件并对膜表面和污染物进行分析测试以确定问题所在。
RO系统故障分析表
可能之原因 可能之位置 压降 产水流量 盐透过率
金属氧化物 第一段 通常会增大 下降 通常会增大
胶体污堵 第一段 通常会增大 下降 通常会增大
结垢 最后一段 增大 下降 增大
生物污堵 任何一段 通常会下降 增加 增大
有机物污垢 所有各段 正常 下降 通常会增大
氧化剂 ( 如:Cl2 ) 第一段最严重 通常会下降 增加 增大
表面磨损 ( 碳粒、淤泥 ) 第一段最严重 减少 增加 增大
O环或胶合处裂缝 随机 通常会减少 通常会减少 增大
回收率过高 所有各段 减少 通常会减少 增大
反渗透系统的清洗       反渗透系统最终是需要进行清洗的,在你的RO系统表现出污染的倾向、长时间停运之前、或按计划进行常规保养时,建议你清洗RO系统。当出现下列污染特征(标准化后产水量下降10~15%,标准化后产水水质下降10~15%,或者给水与浓水间的压降增加10~15%)时,表明你的RO系统需要清洗了。        由于RO系统出现污垢而需要清洗的频率随地点的不同而不同,一般习惯上可接受的清洗频率是3~12个月一次。如果每个月你不得不清洗一次以上,你就应该改善RO的预处理系统,调整RO系统的运行参数,如果每1~3个月需要清洗一次,则需要在提高当前设备的运行水平上做工作,但是否需要改进预处理系统较难判断。        在RO设计中通常会忽视使用RO产品水冲洗系统中的污垢,采用该法可减少RO的清洗次数。在设备停运期间用产品水浸泡RO膜组件有助于溶解垢和松散沉积物,因此降低化学清洗频度。        污垢地点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种,因此使问题复杂化,常见的污染物种类有:
  • 碳酸钙垢
硫酸钙、 硫酸钡、硫酸锶垢 铁、锰、铝等的金属氧化物
  • 二氧化硅
胶体沉积物(无机或无机/有机混合物) 自然或合成有机物生物质(生物污泥、霉菌或真菌)
       有许多因素与选择合适的清洗化学药品和正确的清洗方法有关。在你头一次进行清洗时,建议与设备制造商、RO膜组件制造商、RO系统专用药品供应商联系。一旦辨明污染种类后,建议采用一种或多种清洗药品。这些药品可能是常规的,可以从许多供应商那里买到,也可能是专用清洗液,这种专用清洗液可能更贵一些,但是使用时会更简便,并且这些公司还具有提供技术支持优点。还有一些公司可能提供更有价值的服务;他们把从你的系统中取出的膜组件带回进行试验,从而选择正确的清洗药品和方法。        通常需按特定的次序使用各种不同的清洗药品进行清洗,以获得最佳的清洗效果。比如首先使用低pH值的清洗除去水垢一类的物质,然后使用一种高pH值的清洗液除去有机物。但是有时也会首先使用高pH值的清洗液除去油类污垢,然后再使用一种低pH值的清洗液。有一些清洗液中还添加有洗涤剂,这将有助于清除污染严重的生物和有机杂质。其它的清洗添加有象EDTA之类的螯合剂,这些螯合剂有助于清除胶体、有机物、生物杂质和硫酸盐垢。必须记住的是选用不正确的清洗药品或清洗步骤不正确时可能会使污堵更严重。

       在选择清洗药品和使用复合聚酰胺膜时有一些注意事项:

  • 遵守制造商建议的药品选择清单、剂量、pH值、温度和接触时间。
  • 使用侵蚀性最小的药品完成清洗工作。这些做会延长膜的使用寿命。
  • 在调节pH值时,一定要审慎以延长膜的使用寿命。药品侵蚀性较小的pH值范围是4~10,允许的最大pH值范围是2~12。
  • 酸和碱不要混合。在加入下一种溶液之前,彻底冲洗系统以排尽上一次的清洗液。
  • 用高pH值的产水冲洗出洗涤剂。
  • 确认遵守正确的清洗液处理要求。
      

  如果系统发生了微生物污染,应该在清洗成功之后再加入杀菌剂。杀菌剂可在清洗后立即加入,或定期地(比如一星期一次)或在运行期间连续地加入系统中,但是你必须确保杀菌剂和膜是相容的、不会影响健康、能有效地控制生物活性,并且费用不会太高。

       只有设计好了的清洗系统才能保证清洗的成功,通常并不是使用固定管路来与反渗透本体连接,而是使用临时软管做为接管路。在清洗多段RO时建议每次只清洗一段以提高横向清洗流速。用于配制清洗液和冲洗系统的水源应是RO产品水、去离子水或者至少是软水,系统中的所有部件应该是耐腐蚀的。清洗系统的主要部件有:

      RO清洗箱:清洗箱的大小要求能容纳从软管、管道和压力容器中排出的水;该清洗箱应设计成能100%排空;容易添加和混合清洗药品;在RO清洗泵出口设计有再循环管,有透气孔,溢流管和一根位于底部附近的回流管,从而可保证在使用表面活性剂时不易生成泡沫。

      RO清洗泵:在设计清洗泵时应考虑可提供适当的横向流速以利于将膜清洗干净。对8英寸膜元件来说,清洗液速度应控制在30至40gpm;对于4英寸膜元件来说,流速应控制在8至10gpm。在清洗过程中,建议最大压力为60psi,以使清洗时产水量最小,并减少污染物再次沉积到膜的表面的可能性。

      RO清洗用保安过滤器:通常采用孔径为5至10微米的过滤器以除去清洗出来的污垢。

      RO清洗箱加热或冷却器:清洗的最佳温度是35至45℃应注意在再循环期间RO清洗泵会产生热量。

      RO清洗箱混合器:尽管一些设计者设计时考虑仅仅通过使用RO清洗泵循环回流并缓慢加入药品方法来配制药液,但我们还是建议使用混合器以使药液配制更加均匀。

      仪器仪表:清洗系统仪器仪表应包括流量表、温度表、压力表和清洗箱液位表。

      取样点:应在RO清洗泵出口和浓水侧循环回流管上加装取样阀从而可测得PH值和TDS值。       产水侧回流管:在清洗过程中,可能会有少量的清洗液透过膜元件,因此建议在产水侧安装一根回流管。RO清洗步骤可能会根据情况的不同而变化。每段清洗所需的时间为4至8小时,基本的清洗步骤是:

  • 用给水或产品水进行低压冲洗,以除去设备运行时的浓水和污染物。
  • 按制造商的说明配制清洗液。
  • 将清洗液加入到第一段中并保持60分钟,此时你可能需要调节流量以使流量缓慢增加,防止情除出来的污染物将给水通道堵塞。在将清洗液回流到RO清洗箱之前应排放掉从系统中顶出的水和刚开始的20%的清洗液。当PH值变化超过0.5单位时,重新调到目标值。
  • 可选择浸泡和再循环步骤。浸泡时间为1小时至一夜,视制造商的建议而定。但是应该注意保持正确的温度和PH值,而且这也会增加膜与清洗药品的接触时间。
  • 用产品水进行低压冲洗,以除去在清洗系统和反渗透系统中的所有残存药品。
  • 一旦某套设备的所有各段均清洗完成后,该RO装置可以重新投入运行。通常RO的产水水质要用数小时甚至几天的时间才能稳定下来,尤其是在经过高PH溶液清洗之后。
       进行一次成功的清洗并且看到压力和产水质量获得改善是一件令人高兴的事情。相反,一次不成功的清洗会令人沮丧。如果通过清洗并不能达到你所期望的结果,你就应该考虑和那些能够提供服务的公司接触,而不是在现场进行反复实验并反复失败。从系统中前端或端取出一个或两个膜元件,并将其寄往提供技术服务的公司,这些公司将确定最佳的清洗步骤,同时报告清洗之后反渗透系统流量和脱盐效果。