提要：本文針對(duì)純凈水飲料行業(yè)常用的反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)的代表性故障--膜元件劣化，進(jìn)行了具體的原因分析。本文從預(yù)處理過濾環(huán)節(jié)的操作、反滲透運(yùn)行條件優(yōu)化管理與膜元件的選擇等方面，針對(duì)性的闡釋了過濾改善優(yōu)化的原理，分析膜的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，提出運(yùn)行管理方面具體完善的建議措施。

關(guān)鍵詞：反滲透　 膜劣化　管理優(yōu)化

1．背景

反滲透系統(tǒng)是純凈水飲料行業(yè)普遍使用的過濾系統(tǒng)， 以運(yùn)行高效、產(chǎn)水穩(wěn)定而廣泛得到應(yīng)用。實(shí)際使用過程中經(jīng)常存在膜損壞率高，更換費(fèi)用昂貴的問題，系統(tǒng)的劣化甚至直接影響到生產(chǎn)效益的穩(wěn)定性。正常穩(wěn)定的反滲透系統(tǒng)膜元件連續(xù)使用年限一般為5-7年，因此如何避免反滲透系統(tǒng)膜元件的劣化，合理延長膜使用壽命，為生產(chǎn)企業(yè)直接創(chuàng)造更多的質(zhì)量經(jīng)濟(jì)效益，針對(duì)具體故障原因進(jìn)行進(jìn)一步的研究分析探討，管理上的細(xì)節(jié)優(yōu)化尤其值得高度的重視。
　　
造成反滲透系統(tǒng)故障的主要問題是膜元件的劣化損壞，主要與以下原因有關(guān)：
　�。�1）預(yù)處理運(yùn)行效果不穩(wěn)定，缺乏有效的監(jiān)督控制；
　　（2）膜系統(tǒng)針對(duì)性的清洗時(shí)機(jī)判斷不及時(shí)，直接影響到清洗的效果；
　�。�3）膜系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)缺乏有效的分析與監(jiān)控措施，不能及時(shí)進(jìn)行管理優(yōu)化調(diào)整；
　�。�4）受到季節(jié)水源性沖擊污染堵塞；
　�。�5）膜元件的具體型號(hào)設(shè)計(jì)選擇不當(dāng)。
　　
以上五個(gè)方面有些往往又互相關(guān)聯(lián)影響，既有客觀因素的變化，更多的時(shí)候是主觀的認(rèn)知水平不夠，最后直接導(dǎo)致膜的劣化。故進(jìn)行以下的深入分析具體探討。

2 劣化原因分析與管理優(yōu)化

2.1預(yù)處理運(yùn)行過濾效果不穩(wěn)定，缺乏有效的監(jiān)督控制
　　
導(dǎo)致預(yù)處理的過濾質(zhì)量效果不穩(wěn)定的主要因素有污染指數(shù)的調(diào)整控制、流量負(fù)荷的調(diào)配控制、濾料濾芯的檢查與更換等。
　　
以常見的機(jī)械過濾器、活性炭過濾器、保安精密過濾器作為預(yù)處理工藝為例，機(jī)械過濾器運(yùn)行中主要監(jiān)督調(diào)整控制污染指數(shù)。多數(shù)地表水源水中的有機(jī)物腐殖質(zhì)zeta電位為負(fù)數(shù)，因此機(jī)械過濾器前一般都選擇使用陽離子型的ST高效絮凝劑以使zeta電位調(diào)整到零左右。影響污染指數(shù)測(cè)定儀準(zhǔn)確性的因素有：
　　·使用年久失修，水流通道堵塞。判斷水流通道是否正常的經(jīng)驗(yàn)是正常測(cè)定條件下不放膜片直接出水的速度不低于100毫升/秒。
　　·測(cè)試使用的進(jìn)水壓力不足30psi（0.21mpa），水流速度過緩。
　　·使用的0.45um膜片非專用耐壓達(dá)到0.5mpa的測(cè)試膜片而以醫(yī)用的0.45um濾菌膜片代替，而醫(yī)用膜片不耐0.3mpa以上的壓力。導(dǎo)致過濾檢測(cè)時(shí)間數(shù)據(jù)的重現(xiàn)穩(wěn)定性差。
　　·檢測(cè)時(shí)密封螺絲擰得過緊導(dǎo)致膜片被壓實(shí)出水速度降低。以進(jìn)口的millipore膜片為例，膜未堵塞前的初始濾過放滿500ml水的時(shí)間在25秒左右，如果第一次檢測(cè)的時(shí)間超過40秒則需要重新調(diào)整螺絲以剛好不漏水而螺絲旋進(jìn)留有余地為原則。
　　
污染指數(shù)檢測(cè)的常見誤差一般都造成結(jié)果偏低，直接影響對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)過于樂觀的判斷和真實(shí)確定清洗的周期的準(zhǔn)確性。
　　
ST高效絮凝劑使用過程中用量不足和過量都會(huì)對(duì)膜造成有機(jī)物的積累污染，原水中的疏水性有機(jī)堿和疏水性有機(jī)酸通過混凝沉淀過濾會(huì)有較好的去除效果，判斷ST絮凝劑使用是否有效的經(jīng)驗(yàn)方法除了實(shí)驗(yàn)室測(cè)定不同添加濃度與zeta電位的對(duì)應(yīng)關(guān)系外，還可以比較機(jī)械過濾器的進(jìn)出水COD值，計(jì)算COD的去除率越高則過濾效果越好。并根據(jù)COD去除率的變化曲線周期結(jié)合進(jìn)出水壓差變化、SDI值來合理確定機(jī)械過濾器的反洗周期。
　　
預(yù)處理過濾罐體的流量負(fù)荷調(diào)配控制往往實(shí)際運(yùn)行中缺乏監(jiān)督控制。進(jìn)水管道上的轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量數(shù)據(jù)作為安裝后初期運(yùn)行調(diào)配的參考是較準(zhǔn)確的。但后期的準(zhǔn)確性就要打折扣了，一般根據(jù)原水泵的工頻運(yùn)行壓力對(duì)應(yīng)的工作流量曲線推算實(shí)際的流量負(fù)荷。常見的影響流量負(fù)荷分配不合理的因素有：
　　·碳濾器出水閥開得太大，往中間水箱輸入的流量過大，造成預(yù)處理超負(fù)荷運(yùn)行，直接降低了機(jī)濾器、碳濾器的過濾吸附質(zhì)量�；钚蕴窟^濾器的濾速控制要求在10m/h以內(nèi)。
　　·并聯(lián)運(yùn)行的罐體較多時(shí)，配水管路設(shè)置不合理造成進(jìn)水管道首端的過濾罐和末端的過濾罐進(jìn)水流量負(fù)荷相差懸殊，過濾負(fù)荷不均勻。
　　有效監(jiān)督并優(yōu)化活性炭過濾器運(yùn)行效果的方法有：
　　·定期監(jiān)測(cè)出水污染指數(shù)并與機(jī)械過濾器出水的污染指數(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)增加的幅度異常時(shí)及時(shí)反洗碳濾料或更換濾料。研究表明強(qiáng)化機(jī)械過濾器的過濾處理有助于對(duì)大分子有機(jī)物的去除，可以防止對(duì)活性炭過渡孔和微孔較大孔徑部分的堵塞。
　　·定期檢測(cè)活性炭濾料的碘吸附值和進(jìn)出水COD比值，判斷濾料吸附的飽和性能并及時(shí)更換�；钚蕴课絻A向于去除水中疏水性的有機(jī)物，較大程度的去除自來水預(yù)氯化形成的鹵乙酸等揮發(fā)性鹵代有機(jī)物。
　　·定期檢測(cè)進(jìn)、出水中的菌落總數(shù)，及時(shí)反洗除菌，保證反滲透進(jìn)水環(huán)節(jié)上無微生物源引入。
　　
另外保安精密過濾器濾芯的及時(shí)更換也必須引起足夠重視，很多時(shí)候容易被忽視，僅出于節(jié)約濾材費(fèi)用的考慮和對(duì)換下來的濾芯表面上的“干凈”而不愿意及時(shí)更換。卻不知道即使是進(jìn)口制造合乎規(guī)格的5um濾芯也有嚴(yán)格的使用壽命限制，美國膜工業(yè)協(xié)會(huì)出于保護(hù)膜系統(tǒng)的目的，限制每批濾芯連續(xù)使用最多不能超過30天。否則預(yù)處理系統(tǒng)中泄露積累的硬質(zhì)小顆粒雜質(zhì)和分解的濾芯材料纖維容易從失效的濾芯穿透進(jìn)入膜元件，直接威脅膜表面材料的安全，對(duì)膜材料造成不可恢復(fù)的損傷。

2.2膜系統(tǒng)針對(duì)性的清洗時(shí)機(jī)判斷不及時(shí)，直接影響到清洗的效果
　　
反滲透膜元件作為深層的過濾手段，其表面不可避免的會(huì)殘留有膠體、微生物、雜質(zhì)顆粒及難溶鹽類在其表面的析出，因此，反滲透裝置一旦投入使用，最終都需要清洗，只是清洗周期的長短不同而已。在線清洗只是一種反滲透系統(tǒng)清洗保養(yǎng)、沖擊性殺菌以及定期保護(hù)的手段，在面臨反滲透膜元件重度污染時(shí)就顯得無能為力。
　　
常見的系統(tǒng)清洗時(shí)間間隔周期與清洗原因分析：
　　·一般反滲透系統(tǒng)每3個(gè)月清洗1次，指污染指數(shù)4以下的以地表市政自來水為水源且操作運(yùn)行規(guī)范的正常系統(tǒng)。根據(jù)對(duì)膜上污染物的沉積衍變的研究，限定在3個(gè)月以內(nèi)主要是

出于防止金屬氧化物和有機(jī)物在膜面上進(jìn)一步發(fā)生更復(fù)雜的變化而難于被清洗干凈。
　　·污染指數(shù)小于1，原水來自于天然純凈很少有污染的地表或地下深層，同時(shí)礦化度很低。即進(jìn)水水質(zhì)特別優(yōu)良的反滲透系統(tǒng)可以推遲到6個(gè)月清洗1次。
　　·污染指數(shù)大于4或原水硬度較高，結(jié)垢趨勢(shì)明顯的，進(jìn)水水質(zhì)較差的反滲透系統(tǒng)必須1-2月就清洗1次。
　　
常用的清洗操作方式與種類
　　·酸洗——清洗液組成：檸檬酸+氨水，pH控制在2.5—3.0。能有效洗掉膜面上的大部分無機(jī)鹽垢、金屬氧化物和部分無機(jī)膠體污染物、無機(jī)銨鹽、疏水性有機(jī)堿化合物。
　　·堿洗——EDTA的鈉鹽+氫氧化鈉+三聚磷酸鈉，pH控制在11—11.5。能有效洗掉膜面上的微生物和疏水性有機(jī)酸化合物。
　　
清洗前如果時(shí)間允許，可以打開膜管檢查壓力管腔容器內(nèi)壁和膜元件外觀的污染程度，如果有較多的棕褐色泥垢，則說明有明顯的鐵錳細(xì)菌微生物生長。預(yù)先采用手工沖洗可以有效降低下一步藥劑清洗的負(fù)荷。
　　
清洗均要求低壓循環(huán)沖洗1-2小時(shí)，靜止浸泡4-8小時(shí)。發(fā)現(xiàn)清洗過程中的溶液渾濁沉淀時(shí)必須排放更換配制新的清洗液。
　　
對(duì)清洗效果的判斷可以通過以下方式來辨別：
　　
檢測(cè)清洗液清洗前后的電導(dǎo)率、pH值的變化，pH變化到要求范圍以外時(shí)可以通過加酸、堿來適當(dāng)調(diào)整過來。
　　
比較清洗液感官指標(biāo)的變化如顏色深淺的變化、濁度的變化、氣味的變化。與初始溶液比較的變化越大，除了說明清洗效果好，同時(shí)也提示系統(tǒng)污染越嚴(yán)重。試驗(yàn)重新配藥清洗第2遍發(fā)現(xiàn)清洗前后的溶液外觀指標(biāo)與理化檢測(cè)指標(biāo)（電導(dǎo)率、pH值）仍然相差懸殊時(shí)，可以繼續(xù)換新的清洗液強(qiáng)化進(jìn)行重復(fù)清洗。有時(shí)為防止第1段的清洗液污染第2段的膜，可以用替代膜更換第2段的膜元件，拆卸下來后的膜件重點(diǎn)進(jìn)行離線的單只膜清洗。
　　
另外在相當(dāng)多的生產(chǎn)企業(yè)，由于水處理系統(tǒng)供水緊張，使得反滲透裝置即使出現(xiàn)了運(yùn)行參數(shù)的惡化，系統(tǒng)遭受污染，但因供水緊張的原因而不能進(jìn)行及時(shí)的清洗，結(jié)果導(dǎo)致系統(tǒng)污染逐步嚴(yán)重，形成重度污染。這種情況就更需要盡快建立離線清洗系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)常性的輪換補(bǔ)救清洗膜元件。

2.3膜系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)缺乏有效的分析與監(jiān)控措施，不能及時(shí)進(jìn)行管理優(yōu)化調(diào)整
　　
由于反滲透系統(tǒng)的操作自動(dòng)化程度較高，操作值班人員的工作量并不大，管理上容易受到忽視的環(huán)節(jié)及造成的常見失誤主要有以下情況，需要專業(yè)管理人員進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)督考核并優(yōu)化調(diào)整，幫助提高操作人員的專業(yè)素質(zhì)與經(jīng)驗(yàn)水平。
　　
（1）忽視進(jìn)水中有機(jī)物的去除水平和系統(tǒng)進(jìn)水、濃水的微生物檢測(cè)情況，膜元件上的微生物的變化是個(gè)長期的積累漸進(jìn)過程，在污染出現(xiàn)的初期如果及時(shí)清洗會(huì)比后期更容易且徹底，監(jiān)控與清洗措施缺乏有效堅(jiān)持將直接導(dǎo)致后期污染狀況的失控。根據(jù)有機(jī)物及微生物的生長變化規(guī)律安排定期的針對(duì)性預(yù)防清洗也是可行的優(yōu)化調(diào)整手段。
　　
（2）片面相信設(shè)備系統(tǒng)上的在線電子儀表數(shù)據(jù)，特別是流量數(shù)據(jù)往往不準(zhǔn)確，直接影響對(duì)產(chǎn)水量衰減判斷的準(zhǔn)確性，耽誤清洗選擇的有利時(shí)機(jī)。不是在發(fā)現(xiàn)污染造成堵塞的初期進(jìn)行清洗，而是在堵塞造成更嚴(yán)重的過濾性能衰減后再清洗則為時(shí)已晚，清洗恢復(fù)性能的有效性大打折扣。優(yōu)化調(diào)整的方法是操作人員培養(yǎng)觀察眼力，結(jié)合軟管引水排放記時(shí)的直觀方法，經(jīng)常觀察、計(jì)算、比較產(chǎn)水、濃水的流量變化。
　　
（3）操作人員對(duì)細(xì)節(jié)要求不規(guī)范，又缺乏有效監(jiān)督來糾正培養(yǎng)良好的操作習(xí)慣，造成系統(tǒng)開、停機(jī)壓力變化時(shí)經(jīng)常性的得不到低壓注水沖洗保養(yǎng)維護(hù)，直接影響膜元件外繞的環(huán)氧樹脂材料受損破裂，降低膜的使用壽命。這就要求管理人員要有經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格按操作要求規(guī)范跟蹤檢查操作細(xì)節(jié)，并加強(qiáng)人員考核。
　　
（4）反滲透進(jìn)水加藥的各種試劑的劑量濃度缺乏監(jiān)督調(diào)整，甚至在季節(jié)性受水溫溫度變化影響流量前后相差30%以上，加藥濃度還一成不變，另外計(jì)量泵單位時(shí)間輸出流量的準(zhǔn)確性與臨時(shí)更換不同型號(hào)計(jì)量泵的情況也缺少監(jiān)督驗(yàn)算核準(zhǔn)，也會(huì)造成試劑對(duì)膜的污染。常見的情況有：
　　
·第2級(jí)反滲透加堿調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值的計(jì)量泵實(shí)際輸出流量隨著運(yùn)行年限的延長會(huì)漂移增大，造成氫氧化鈉試劑的用量增加、進(jìn)水、產(chǎn)水的pH差值增加。有時(shí)同樣的初始進(jìn)水條件，即使相差很大的加堿濃度和進(jìn)水pH值，但產(chǎn)水pH值也能保持一致。主要原因是缺乏用量監(jiān)督，而膜元件有一定的緩沖性，一旦適應(yīng)較高的加量濃度，產(chǎn)水pH值隨進(jìn)水pH值變化的靈敏度會(huì)下降。
　　
·阻垢劑使用濃度隨系統(tǒng)處理水量的衰減卻不相應(yīng)降低，直接造成系統(tǒng)后期阻垢劑過量積累污染。反滲透阻垢劑的加藥量一般在2—4ppm之間（按進(jìn)水量計(jì)算），最多不能超過6ppm。優(yōu)化管理上更要注意避免受良莠不齊的阻垢劑廠商代理技術(shù)服務(wù)人員的一面之辭的影響，當(dāng)進(jìn)水中鐵含量較高時(shí)，使用聚丙烯酸類阻垢劑更要特別小心，造成污染增加膜的操作壓力后，必須及時(shí)采取酸洗措施清除這類污染。特別要注意的是當(dāng)預(yù)處理中使用了ST陽離子絮凝劑，反滲透使用陰離子阻垢劑時(shí)，會(huì)在膜面混合產(chǎn)生粘性污染物導(dǎo)致后期清洗非常困難。因此重點(diǎn)要定期檢測(cè)評(píng)估預(yù)處理中ST絮凝劑的實(shí)際使用濃度是否控制在實(shí)驗(yàn)室確定的適量范圍以內(nèi)。
　
·作為還原劑使用的亞硫酸氫鈉持續(xù)用量過大，為特定的氧化還原異養(yǎng)細(xì)菌提供了營養(yǎng)能源，也會(huì)對(duì)膜造成間接污染。實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)亞硫酸氫鈉作為還原性好氧菌抑制劑的作用效果一般，不宜根據(jù)以往習(xí)慣大劑量推廣使用。特別是當(dāng)進(jìn)水為淺層井水厭氧環(huán)境中存在硫還原菌時(shí)，亞硫酸會(huì)成為細(xì)菌營養(yǎng)，幫助細(xì)菌的繁殖。這類細(xì)菌與鐵細(xì)菌綜合反應(yīng)，還會(huì)加快系統(tǒng)金屬管道的腐蝕結(jié)垢速度，而不得不增加清洗金屬氧化物的頻次。亞硫酸氫鈉溶液在空氣中不穩(wěn)定，會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)，優(yōu)化控制的措施主要有：亞硫酸氫鈉實(shí)際使用過程中配制好的溶液一次不可配制太多，已配置的溶液使用期必須控制在1-2周內(nèi)，加藥點(diǎn)盡量設(shè)置在反滲透進(jìn)水管道的遠(yuǎn)端，保證進(jìn)入膜元件前有30秒的混合反應(yīng)時(shí)間。

2.4受到季節(jié)水源性沖擊污染堵塞
　　
反滲透系統(tǒng)受到季節(jié)性水源因素污染的主要是以地表水為水源的系統(tǒng)，重點(diǎn)要預(yù)防的有以下因素：
　　
（1）水庫、湖區(qū)水體的藻類與地面徑流農(nóng)藥有機(jī)物污染。藻類在夏季生長更替增加迅猛，冬季則腐爛沉淀分解隨著枯水期而得到濃縮，自來水廠前處理為降低水的色度往往投加不足或過量的PAC混凝劑，此類水體中的藻類分泌物容易和混凝劑形成絡(luò)合物而穿透過濾裝置。有鑒于地表水中人工合成有機(jī)物污染日趨嚴(yán)重的狀況，除了加強(qiáng)混凝過濾處理環(huán)節(jié)的絮凝劑濃度調(diào)整和反洗除污措施外，在預(yù)處理活性炭工序前增加一道臭氧預(yù)氧化裝置，可以有效的將活性炭工藝改造成生物活性炭過濾吸附工藝，利用增加的微生物分解作用以彌補(bǔ)對(duì)于去除低分子親水性有機(jī)物的不足，同時(shí)還能有效去除大部分氨氮化合物。
　　
（2）山區(qū)多雨的季節(jié)盡管天然水質(zhì)表現(xiàn)為稀釋效應(yīng)（雨后水的電導(dǎo)率和飽和指數(shù)降低）和CO2效應(yīng)（雨后水的CO2分壓升高和pH值降低），但受土地過度種植開發(fā)水土流失的影響，反而更多的受到無機(jī)顆粒物污染增加的威脅，直接表現(xiàn)為預(yù)處理污染指數(shù)升高，這種情況下只能加強(qiáng)膜系統(tǒng)的保安濾芯更換的頻次和在線清洗保養(yǎng)的力度。

2.5膜元件的具體類型設(shè)計(jì)選擇不當(dāng)
　　
反滲透膜元件常用的有四種類型：低壓大通量膜、低壓膜、低污染反滲透膜和高壓海水淡化膜。由于存在價(jià)格差異，多數(shù)企業(yè)在招標(biāo)選擇膜材料時(shí)僅僅單純考慮價(jià)格因素，而不是切合實(shí)際水質(zhì)條件來選擇膜對(duì)應(yīng)的不同型號(hào)，更多的選用是低壓大通量膜，運(yùn)行使用的初期并無區(qū)別，但在壓差增加、操作壓力升高后，卻直接造成膜的遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)效益下降。
　　
針對(duì)不同地區(qū)的水源選擇合適的膜材料，其實(shí)會(huì)取得事半功倍的效果。一般南方水質(zhì)污染少的地區(qū)適合用低壓大通量膜，南方地表水污染較嚴(yán)重的地區(qū)適合用低污染反滲透膜，北方地區(qū)以使用地下水源為主時(shí)，適合用低壓膜，北方地下水為苦咸水時(shí)考慮用海水淡化膜。

另外，針對(duì)純凈水行業(yè)2級(jí)反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，還可以選用正電荷的反滲透膜，提高對(duì)鈉離子等陽離子的脫除效率。

3．結(jié)束語

綜上所敘，反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，要充分考慮造成膜元件劣化的客觀因素有原水水質(zhì)性的先天原因和相關(guān)的從眾多膜型號(hào)中篩選適用的膜等設(shè)計(jì)因素。投入使用后則還是要有賴于人員主動(dòng)細(xì)致的管理。本著節(jié)約生產(chǎn)資源的原則，加強(qiáng)相關(guān)水處理從業(yè)者責(zé)任心的考核。對(duì)膜的污染應(yīng)該以有效的良好操作規(guī)范等預(yù)防維護(hù)手段為主結(jié)合污染后的清洗治理為輔，來不斷操作從業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)水平的積累提高�？傊�，通過專業(yè)的管理與對(duì)工程細(xì)節(jié)不斷的探索優(yōu)化治理是完全可以有效降低膜元件的劣化損耗幾率，提高水處理系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益的。

參考文獻(xiàn)：
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2、《海德能反滲透膜產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)》
3、《水文學(xué)》高等學(xué)校教材
4、《微污染水源飲用水處理》王占生　 劉文君　 編著

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