反渗透系统调试技术 三联供系统调试技术

反渗透系统调试技术

摘要：本文对反渗透初次启动的操作、调试技术以及注意事项进行了相近的描述。

关键词：反渗透 压差SDI TDS 浊度

1．概 述

由于反渗透设备的工艺及系统控制相对比较简单，一般说来，对其形成影响的因素加以分析与理解就可以容易地进行管理。反渗透系统能否长期稳定运行除受设备本身的性能限制之外，设备运行的正常操作与维护也是至关重要的。当反渗透设备发生膜污染、结垢、膜元件机械损伤等现象时，反渗透系统运行压力、产水量、脱盐率、压力及压差等技术指标就会显出异常。即便在使用过程中反渗透膜元件表面的活性层损伤，一时被膜表面形成的污染所掩盖，但在用药品对反渗透系统进行首次CIP清洗后，膜的损伤就会暴露出来，在这种情况下，用户应能通过一系列方法对其作出正确的判断，判断出造成反渗透膜系统性能的低下的真正原因。

一般说来，若把运行过程中所记录下来的各个项目的原始资料直接作为客观性可比数据是困难的。其原因在于各项目资料是在因不同运行的时间、地点和人为因素变化而变化，为消除这种因素所带来的影响，我们必须以最初运行后设备稳定状态的条件作为基准，以此基准测定出的结果与对应设备的状态进行判断，这就是反渗透系统运行数据的标准化。设备运行数据的标准化对于设备运行状态的判断是十分重要的，它的真正意义在于了解设备性能的变化及性能改变程度，以便使用户及时做出适当的改进和调整。2.反渗透膜分离系统的试运行

1) 运行前需确认的项目

反渗透设备试运行前应首先确认预处理设备是否运行正常。当原水中的重要水质分析项目指标超出合适的基准时，有必要通过全部水质分析来确认原水的状态。在系统运行前需确认的具体内容如下：

·原水水质：SDI、浊度、温度、pH、TDS、余氯等基本分析项目。

·系统运行时原水的供给是否能满足反渗透系统的运行。

·系统内各预处理装置的运行状态是否能满足反渗透设备的运行要求。

·各药品注入装置的运行状态及药品注入量控制。

·各计量仪表的校正及安装状态--即是否被校准并被正确安装。

·异常高压及低压保护安全装置(即压力控制器)的设置与状态。

·配管的连接部位及反渗透压力容器的固定状态。

·反渗透高压泵的状态。

·系统中使用的各阀门开闭状态（渗透水出口/浓缩水调节排放口）是否合适。

·用于反渗透设备的自动控制系统是否能正常工作。

·安装在反渗透系统中的各检测仪器及仪表是否正常。

2) 反渗透设备试运行的步骤及方法

·在原水未流入反渗透膜系统的状态下，应首先彻底清除预处理设备中尚存的、可能伴随给水流出的所有异常物质后，才能进行设备的试运行。

·检查设备（系统）中所有阀门是否处在正确的状态，特别要确认原水压力调节和浓缩水调节阀是否完全开启。在大型反渗透系统中，应首先检查设备中配置的电动慢开阀是否能自动按程序开启与关闭。

·当系统有原水供给泵为反渗透系统供水时，应首先以低压、低流量对反渗透设备进行排气和冲洗。若系统没有单独设置给水泵，则可利用系统所供给的原水低压冲洗膜内的含有化学药品的料液及空气，冲洗时间控制在10~30分钟之间。此操作时系统的运行压力最好控制在30~60psig左右，流量控制最好应能达到化学清洗时的建议运行流量值。另外，请注意此时的产出水和浓缩水要排掉，并注意反渗透浓水系统的浓水调节阀及并接在浓水出口的排放阀应处于完全开启状态。并且在此过程中，操作人员应注意检查设备配管连接状态及阀门有无漏水现象。

·对于未使用进水电动慢开阀的小型反渗透系统来说，应在进入压力容器部分的原水压力调节阀略开启的状态下启动高压泵。而大型反渗透装置的原水入口电动慢开阀则应在反渗透高压泵启动时的同时自动按程序启动。

·反渗透高压泵启动后，再缓缓打开原水压力调节阀（即大型设备设置的电动慢开阀）使原水压力慢慢上升，反渗透系统压力增加量的控制速度（或电动慢开阀的开启速度控制）应控制在每分钟4.0~6.0kgf/cm²的增量范围内，并使产品水流量基本达到所设计的数值时，然后再缓慢调节浓水调节阀，使系统水回收率达到设计值（附近）。这种调节反复进行直至产品水流量和系统回收率达到所设计的数值。这时应注意在调节过程中不能使反渗透系统水回收率和运行压力和膜元件压力降超过设计限定值。

·在系统初步调节结束后，应重新核算一下系统运行水回收率并与系统的设计值进行比较，若低于设计值，则查清其原因。

·再次确认反渗透系统内各种药品的注入量是否合适。

·测定原水、各段产水及总出水的电导率、进水pH值、硬度、碱度等，并计算该运行条件下反渗透浓水系统LSI或S&DSI值，并由此而判断在目前给定的系统水回收率下反渗透系统有无污垢形成。

·运行约1~2个小时后开始记录所有运行数据，并再次确认系统是否还有其它问题。在系统正常运行后，一般需要将反渗透系统运行两天后重新记录，对所有运行资料进行全面的记录和存档，并以此作为对以后运行资料进行标准化比较的基准，即需要整理出一份完整的开机报告存档。

·进行原水和反渗透产品水及浓缩水的水质分析。

·参考运行资料和水质分析资料对照设计基准，检查设备是否正常运行，是否达到设计要求。

·在试运行后的第一周内，用户或工程公司最好每天都要对所有管理项目进行严格、认真的检查，确认设备是否运行正常。

3．反渗透系统周期性管理项目

1) 预处理设备

■ 各预处理装置的进水压力和出水压力（即压差管理）

确定细砂过滤器，多介质过滤器，活性炭过滤器等过滤装置的反冲洗周期。

■ 反渗透系统给水中余氯（free chlorine residual）含量的测定

在活性炭过滤装置的出口或是反渗透装置进水口测定余氯的量。确认活性炭过滤器的滤料是否处于正常工作状态及系统还原剂注入状态和注入还原剂后的反渗透给水的氧化还原电位检测值。

■ 预处理系统中设置的软化水装置（softener）再生周期及软化水的水质

确认每个再生周期内的软化水产量，校核软化器内填装树脂去除硬度的能力，认真测定周期内软水装置的产水硬度并保证树脂失效后能及时进行再生。

■ 5μ保安过滤器的进水压力、出水压力及压差

通过检查该项目确认5μ保安过滤器是否能给反渗透高压泵以足够压力的水；并利用其进出口的压差判断保安过滤器内置滤芯的污染程度，应保证滤芯被污染到一定程度时被及时更换。

■ 反渗透给水污染指数SDI（Silt Density Index）

测定系统内多介质过滤器或细砂过滤器出水及5μ保安过滤器进水前端的SDI，确认各自的运行状态，并保证反渗透设备进水SDI能达到比较理想的程度。

■ 浊度

浊度指标的测定与检测与SDI指标同时进行，并相互补充。

■ pH值

在系统未考虑投加进口阻垢/分散剂时，为控制反渗透浓水系统碳酸钙结垢，可采用调节pH值的方式，在此条件下，对于反渗透系统给水pH值实时检测应该是非常重要的项目。

■ 预处理系统运行时药品（絮凝剂/凝聚剂）的消耗量

2) 反渗透设备

■ 对原水水质有关项目的正确分析。

■ 对反渗透系统浓缩水的LSI指数或者SDSI指数的核算。

■ 反渗透脱盐设备的产水量。

确认反渗透设备实际产水能力，为确定膜系统清洗周期提供参考依据。

■ 反渗透设备进水压力

反渗透高压泵出口、原水压力控制阀或电动慢开阀后的装置进水压力。（注意：此处安装的压力表取样点应尽可能选在阀门之后较近处，以保证压力测量的准确性）

■ 反渗透装置内各段压力容器的压差

各段反渗透压力容器的压力差是表示水流在通过容器内膜元件时的流动阻力的综合性指标；若作用在各段容器上压差过大，则可能会导致分担在单只膜元件压力降超过其安全使用值，进而造成膜元件的机械损坏。

■ 原水TDS、产品水TDS、系统脱盐率、产水流量、浓水流量及水回收率

及时检测这些指标，为判断反渗透膜系统是否还在正常运行及污垢是否形成提供重要依据。

■ 原水/浓水含盐浓度及系统平均脱盐率

通过原水的浓度和浓缩水的浓度可计算出作用在反渗透分离膜上的平均浓度，并由此可算出反渗透系统平均脱盐率。在确认流量与浓度的正确性时也经常用到这个指标。

■ 计量仪表/仪器的校正

·pH测定及控制仪

在使用过程中测定值变化比较大的仪器，需要定期进行检查和标定。

·流量监测仪表（计）

流量仪表是反渗透设备上最关键的仪器/仪表，应按生产厂家或设备制造商所提供的技术手册的具体规定确认流量计或流量仪表的准确性。

·电导率测定仪

是测定原水、产水质量的重要仪表，故需定期进行调整校对。

·压力表

3) 反渗透设备管理作业日志的记录

■ 在设备保修时所做的定期作业状况记录

（配件更换、设备追加情况及保修情况）

■ 关于反渗透膜元件的具体在压力容器中安装位置及变更等的资料记录

■ 各种计量仪器的校准和标定修正内容

■ 清洗膜系统的全部作业内容

（化学清洗日期、时间、药品种类及使用量、流量、压力、pH、温度）

4．反渗透膜元件贮存及反渗透膜系统在停运期间的管理

1) 膜元件的保存

反渗透膜元件的新品在出厂、运输和放入设备内使用前，均应保存于标准保护液当中。保护液其组分为：1%亚硫酸氢钠+20%丙二醇，是采用无氧化性物质的纯水或合格的反渗透产品水来配制的，灌装后真空封装于绝缘的塑料口袋之中。保护液中的亚硫酸氢钠成分主要为防止细菌和微生物在膜体内繁衍和滋生；而丙二醇可以防止膜元件在运输或保管的过程中在处于低温环境下不被冻坏。在配置保护液时,其中的亚硫酸氢钠应选用食品级，而丙二醇选化学纯级即可。对于已经运行一段时间后需要封存的反渗透膜来说,当现场不具备化学分析条件时，不推荐对使用过的反渗透膜元件在封存保护液中使用甲醛（有的反渗透膜制造商认为使用过的膜元件封存时,建议使用0.5~3.0%的甲醛作为防止细菌和生物繁衍的药剂混合加入），因为若保护液含有一定量的甲醛，可能会导致被封存的系统在重新投用后一段时间内产生系统膜水透过性下降、水通量衰减的现象。另外，由于甲醛具有一定的毒性，不是特别安全，当现场不具备化学分析手段时，无法进行冲洗结束后的准确终点判断，尤其对于用于制造纯净水和生活饮用水场合更是如此。

2) 反渗透膜系统在停运期间的管理

a.反渗透系统在短期停运期间（2-25天）的管理:

■在系统停运48小时以上时，首先应用反渗透产品水，至少是软化水对反渗透系统进行冲洗，同时将系统内的空气排除。冲洗时间至少应在20分钟以上，冲洗流量控制在设备启动或停机时设定的流量范围内即可。

■ 停机时，应在反渗透系统中可封闭的膜组件和管道系统内完全充满这种冲洗水后，关闭所有进出口的阀门，以防止空气进入。

■ 当温度为20-27℃，每隔48小时即需要重复操作一次。当温度为15℃以下时5天冲洗一次。

■在条件允许的情况下，为使系统更加安全，避免微生物在系统内繁衍的现象发生，也可用含有1%亚硫酸氢钠溶液冲洗反渗透膜系统，这样做最好。

b.反渗透膜系统在较长时间(25天以上)停运期间的管理

■ 在停机前，首先应采用反渗透产品水对系统进行30分钟以上的冲洗。

■ 然后再用反渗透产品水配制含有0.15%的异噻唑啉+1%亚硫酸氢钠的冲洗液冲洗并及时封存。

■当温度低于27℃时，系统每25-30天重复一次以上的操作；当温度高于27℃时，操作管理人员应在15-20天内即重复一次以上的操作。

■当系统在长期停运后重新使用之前，应利用过滤水或反渗透产品水对系统进行1小时左右的冲洗，并且应将此过程产生的冲洗水和产品水全部排放，在冲洗结束前应进行水质分析，并确认产品水中已没有痕量药品存在。

5．反渗透系统运行数据的标准化

设备运行数据的标准化是将设备运行的记录资料转换成能真实反映设备状态的最佳途径。由于反渗透设备各个时期的各种运行数据是相互关联的，所以即使一个测试项目发生变化，如果不与其它项目的变化一同考虑，也无法判断这个单一数据的变化是不是设备已发生了实质的变化。因此，需要对运行检测到的有关数据进行修正，把相互关联的项目用基准常数标准化，以便能够对其中一个主要项目变化进行比较。修正后的运行资料一般是与设备最开始试运行2天后的、开始稳定运行的性能指标进行比较，（建议用开机两天后的所做的开机报告作为标准化的原始依据）。也可以对定期记录的运行资料加以修正并制成图表，通过对运行数据的收集和比较，基本上就可以准确预测和监测设备可能将会发生的问题。

我们可以通过对运行资料中数据的修正，来确认以下几方面设备性能变化：

·反渗透装置内使用的反渗透膜元件污染程度（给水污染/垢污形成）

·反渗透膜元件的化学损伤

·反渗透膜元件的物理破损（O型圈，接触部位及其它）

·反渗透膜元件水流道堵塞（系统异常，导致流入反渗透膜内的异物堆积或膜表面污染物的堆积而引起的膜元件水流道的堵塞）

与显示上述现象的相关联参数变量有：

·标准化后的脱盐率(normalized salt rejection)

·标准化后的压差(normalized differentialpressure)

·标准化后的产水量(normalized permeate flux)

·标准化后的操作压力（normalized operatingpressure）

1) 脱盐率（salt rejection，%）

在实际工程中普遍使用的计算脱盐率的方法一般是按原水TDS均匀地分配到分离膜为前提而进行计算的方法。这种计算结果要比实际分离膜所能达到的性能低一些，在反渗透系统回收率越高时，采用该种计算方法的计算偏差就越大。但在实际操作中，工程公司和用户一般都以此方法计算和监测反渗透系统的脱盐率。

脱盐率(%)=（原水TDS-产品水TDS）×100/ 原水TDS

实际上，利用系统运行而得到的平均TDS的概念进行脱盐率的计算才是准确的，也可以缩小这种计算偏差。在对设备进行标准化时，使用这种方法在一定程度内可修正因系统回收浓缩料液而带来的误差和影响，平均脱盐率的计算方法如下：

平均TDS=（原水TDS+浓水TDS）/2

平均脱盐率(%)=（平均TDS-产出水TDS）×100/平均TDS

在测定浓缩水的浓度有困难时，也可利用下式进行估算：

浓缩水TDS=原水TDS×[1/（1-系统水回收率）]

实际上，由于反渗透膜对各种离子的脱盐率有着一定的差异，所以为准确了解水质变化情况并计算特征离子的去除率,试运行时最好应分别进行原水和产品水的水质分析，并按不同离子记录数据计算去除率,以作为今后的管理数据使用。我们也可以通过这些分析数据，确认因原水组份不同时，而发生在反渗透系统上总的脱盐率的差异，而且通过不同价数离子的去除率比较，也能更好地确认膜的基本状况和膜性能变化等问题。

我们都知道,用电导率也能算出系统脱盐率，然而因TDS和电导率间的转换系数随组分及浓度的变化而变化，所以用电导率计算出的系统脱盐率与TDS值作为基准时得到的结果相比具有一些差异。一般用电导率计算的脱盐率比实际膜的性能要更低一些

2) 压差（ differential pressure, delta-P, ΔP）

压差是指进入反渗透压力容器的给水压力与反渗透压力容器浓缩水排出口之间的压力之差。在反渗透设备管理上一般是把通过一个压力容器所产生的压力差作为运行管理监测项目。压差是表示对水在R/O压力容器中的流动时所形成阻力的程度指标。若在一定的流量条件下有压差增加则说明膜元件中的水流通道在一定程度上发生了堵塞。

实际上，反渗透压力容器在运行时所反映出的压差是受系统给水及浓缩水的水质、流量、温度的变化等许多变量影响的。所以说，准确地进行比较压力容器在各个时间反映出的压差变化是比较困难的。因此，我们有必要对其加以修正（标准化）。修正随流量变化的压差计算公式如下：

修正的压差=[测定压差×（2×浓缩水流量初期值+产水流量初期值）^1.5]

/（2×浓缩水现时流量+产出水现时流量）^1.5

3) 修正后的产水量（normalized permeate flux）

产水量是反渗透设备运行管理项目中非常重要的要素指标。它能直接地、较好地反映反渗透设备的运行状态。设备产水量也同样受运行压力、系统渗透压、温度等的影响而有所变化，所以对产水量指标进行鉴定时，应对这些影响因素一并加以考虑，才能正确判断出有关膜状态的指标。一般利用下式可取得修正后的产水量流量：

Q_N=Q₀×[(P₁-ΔP₁/2-P_P1-Л₁)/(P₀-ΔP₀/2-P_P0-Л₀)]×(TCF₁/TCF₀)

P₁=初期运行压力P₀=测定时运行压力ΔP₁=初期压差ΔP₀=测定时压差

P_P1=初期产水压力P_P0=测定时产水压力Л₁=初期平均渗透压Л₀=测定时平均渗透压

*平均渗透压=（原水渗透压 +浓缩水渗透压）/2

TCF₁=初期温度修正系数TCF₀=测定时温度修正系数

Q_N=修正后的产水流量Q₀=测定时现时产水流量

说明：总的说来，我们通过对系统运行数据的标准化，可以初步判断出目前反渗透设备是否在正常运转，对于已发生故障的反渗透设备来说，则运行数据的标准化更有助于故障排除。因为我们知道，设备运行数据标准化的真正意义就在于了解反渗透设备的性能变化趋势和程度。

6. 反渗透系统故障判断和解决手段

注意事项：为最大限度地减少反渗透设备在运行过程中的故障，有效地延长反渗透膜元件的使用寿命，使反渗透系统长期稳定运行，对设计及使用单位特提出以下的几点建议：

▉对反渗透设备（系统）的设计，最好在取得设备应用现场最可靠的原水水质全面分析之后进行，尤其对于大型反渗透系统的设计必须这样做，甚至进行几次平行取样。

▉反渗透系统必须有完善的预处理。在设计时，一定要保证反渗透设备在各个使用期间均能在反渗透系统设计选用的进水SDI值条件下运行。一旦运行条件和水源有变动，应根据变动后的具体情况，认真考虑现场情况变动后原设计系统的适应性，并决定是否修缮原有系统和原有工艺。

▉在进行反渗透膜系统设计时，不要超过反渗透膜制造商建议采用最高渗透液通量-即在系统设计时，应尽可能选择比较保守的水通量（一般建议按设计导则，结合原水特征并乘以0.85~0.90的系数选取确定膜元件在应用时的渗透液通量），并且通过合理的膜组件(压力容器)配置，使反渗透系统运行时各膜元件出力较为均匀。

▉ 在进行反渗透膜系统设计时，应根据原水条件正确选择膜元件。

▉在进行反渗透膜系统设计时，应根据可靠的原水水质情况和计算机程序模拟结果，确定最适宜的系统水回收率。设计确定的系统水回收率运行值应留有余量，并应考虑到用户在运行管理时操作偏差。

▉在进行反渗透膜系统设计时，尽可能保证膜系统在运行时有足够的横向流速和足够的浓水流量，避免浓差极化现象的发生。

▉在进行系统设计时，在选择反渗透高压泵及在进行相关启动程序确定时,尽可能保证系统在启动和运行时能对膜组件给水最大流量进行必要的限制,保护膜元件的正常使用。

▉在膜系统运行时，设备管理人员在管理设备时，应经常对运行记录数据进行标准化处理，以便及时发现和解决现已存在的问题。

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