以反滲透技術為核心的苦咸水淡化設備現(xiàn)已被廣泛應用于農村苦咸水、高氟水處理領域，并取得良好效果。但是因為在設備的設計、加工以及運行維護中存在對細節(jié)的忽略，造成這些設備在使用一段時間后往往會出現(xiàn)各種故障，包括產水水量降低、水質惡化、設備無法運行等。經過分析，產生這些故障的原因各不相同，但是都與設備的設計、使用、維護的細節(jié)有關。

本文結合對反滲透水處理設備的現(xiàn)場運行、維護、調研等過程中遇到的各種技術故障，討論了故障的成因并給出了解決方法，進而分析了產生故障的原因，為設計、使用這類設備提供了參考。從這些故障分析可以看出，設計加工反滲透設備并不是簡單的元件的堆砌，而運行反滲透設備也不可能是簡單的啟閉操作，只有嚴格地對待設計與運行中的細節(jié)才能保證設備的穩(wěn)定運行。而如果要在中國農村推廣該類設備，既需要更系統(tǒng)更全面的設計，同時也面臨著成本提高與設備折舊費用之間的矛盾。

一、前言

以卷式反滲透膜為核心的水處理設備因其具有運行成本低、淡化處理效果好等特點被廣泛使用于海水淡化、苦咸水淡化領域。近年來隨著國家對農村飲水安全的投入加大，反滲透式苦咸水淡化設備被廣泛用于農村地區(qū)，以解決當?shù)馗叻�、苦咸水的問題，并取得了良好效果。

但是在農村推廣這些水處理設備時也遇到技術與管理上的若干問題，使得很多設備在安裝初期運行良好，但是使用一段時間之后會出現(xiàn)各種故障，以至于設備無法正常運行。這些故障包括設備啟動故障、產水水質變差、產水水量不足等；嚴重的造成設備破損，無法繼續(xù)運行。造成這些現(xiàn)象既有技術上的問題，也有管理上的問題。

本文將結合曾經完成的水利部948項目、以及農村飲水安全相關調研中遇到的技術問題進行探討，總結問題所在，并對設備的技術改進與管理模式提出方案。

二、研究背景

本文中涉及的現(xiàn)場事例來源于項目組承擔的水利部948項目“含氟苦咸水飲用安全技術”，以及相關的反滲透除氟降鹽設備的現(xiàn)場調研。設備運行地點為天津市靜海縣及大港區(qū)，設備處理的原水為地下水，原水含鹽量從1.5g/L到12g/L不等，氟化物含量從1.5mg/L到3.3mg/L不等。設備包括引進的國外設備，也包括國產的反滲透設備。這些反滲透設備都采用了相同的流程，即入水經過砂濾罐F-1過濾之后，流經保安過濾器CF進入高壓泵HP，被增壓后進入反滲透器件RO，鹽、水分離之后產水被收集罐裝。流程見圖1。

三、現(xiàn)場實例及分析

1、現(xiàn)場實例1：設備啟動故障及保安過濾芯堵塞過快

(1) 背景

天津市靜�？h某水廠，使用設備為進口苦咸水淡化設備，每小時產水1噸，每天運行3-4小時。該設備的優(yōu)點是預處理保護完善，按照水質進行了相關設計；自動化程度高。該設備在安裝前，經取樣檢測了原水中的鐵錳離子、COD、氨氮等指標，其中鐵錳離子未檢出。該地區(qū)供水為深井水通過變頻泵直接供給，除深井泵和主管路為鐵質，其他管路都是PVC材質，井泵每天供水16小時。設備運行約1個月之后，為了保障該設備的正常運轉，在設備的供水管路中接入了儲水罐和增壓泵P1（見圖1），增壓泵P1的作用是使得設備的入水帶有一定壓力，以保證高壓泵的啟動。儲水罐為鐵質外殼，玻璃鋼內襯；增壓泵為普通鐵質材料。原水水質為TDS達到1.5g/L，氟化物含量1.5mg/L，產水水質為TDS<50mg/L，氟化物<0.1mg/L。

(2) 故障現(xiàn)象

設備運行初期產水正常，保安過濾芯CF連續(xù)使用3個月之后兩側的壓降不超過0.3bar；拆卸下來的PP棉噴熔保安過濾芯保持白色，內部含有灰色雜質。通過目測，入水一側的雜質明顯多于出水一側，雜質呈不均勻分布。但是設備在運行7個多月后出現(xiàn)故障，表現(xiàn)為設備啟動之后大約1-2天新更換的保安過濾芯就發(fā)生堵塞，濾芯呈現(xiàn)棕黃色，且污堵分布均勻，看不出進水、出水端污堵物的空間分布。同時伴隨產水水質變差，電導率升高。如圖2所示。嚴重的時候設備則無法啟動。

(3) 相應檢查

對故障發(fā)生后的設備進行了水質化驗。取樣分析了設備入水水質，同時現(xiàn)場測試了前置砂濾罐F-1出水的濁度�，F(xiàn)場啟動設備，對各監(jiān)測儀表、指示燈的變化進行記錄分析。拆出反滲透膜進行目測。

(4) 測試結果及分析

經現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)設備無法啟動是因為入水管路上的壓力保護開關以及高壓泵前的壓力保護開關的過水通道被鐵銹堵死，無法感應壓力，也就無法輸出信號給PLC控制程序，導致設備無法啟動。經測試沙濾罐出水的濁度不高于1.0NTU，滿足進入保安過濾器的要求，保安過濾器不存在被固體雜質堵塞的可能性。同時水質分析顯示此時水體中的鐵離子含量高達0.5ppm，而拆下的反滲透膜內肉眼可見大片黃褐色斑塊，膜兩端有黃褐色物質堆積。

從堵塞的保安過濾器上割取大小相同的切片放入稀鹽酸溶液，5分鐘后可以看到鹽酸溶液中的保安過濾芯切片恢復了白色。如圖3所示。拆卸壓力保護開關，發(fā)現(xiàn)壓力保護開關的入水管路已經被黃褐色物質堵塞。清洗該管路后壓力保護開關可以正常地反映過水水壓。

通過上述現(xiàn)象可以判斷，造成設備無法正常啟動以及保安過濾器堵塞的原因是原水中鐵離子增加。這些鐵離子在原水中為還原態(tài)的亞鐵離子，可以溶于水中。這些水經過保安過濾器吸附或積存在壓力開關的管路中，在設備停機后被空氣中的氧氣氧化，變成了難溶于水的三價鐵不溶物，造成了保安過濾芯和管路的堵塞，影響了設備的正常運行。

通過對設備入水管路排查，發(fā)現(xiàn)引起鐵離子增多的原因是增壓泵的使用。引入增壓泵是為了保證設備入水有足夠的壓力，以滿足砂濾的壓力需要，并保證高壓泵有足夠的啟動壓力。但是原水含鹽量高達1.5g/L，不適當?shù)倪x用增壓泵使得增壓泵迅速腐蝕，引起大量鐵離子進入管路。而該設備根據(jù)原水進行的設計，并沒有安裝處理鐵離子的裝置，造成了突然引入的鐵離子影響了設備的安全運行。停止使用增壓泵，并清洗了壓力保護開關的過水管路后，設備恢復正常運行。

對此給出的建議是，在使用反滲透設備的時候，一定要考慮到入水管路中可能存在的銹蝕問題。這些問題可能在設備運行初期不會顯現(xiàn)，但是隨著設備的運行使用，銹蝕將嚴重影響到設備的運行。如果采用加藥手段對鐵離子進行去除，則加藥點要選擇在最靠近入水口的地方。因為需要保護的不僅僅是反滲透膜和保安過濾芯，還包括各監(jiān)控儀表。

2、現(xiàn)場實例2：設備產水水質變差

(1) 背景

出現(xiàn)該問題的設備分別為天津靜�？h和大港區(qū)的兩套水處理設備。該設備為進口設備，產水量為每小時1-2噸。在設備調試階段以及重新安裝反滲透膜之后出現(xiàn)產水水質突然間變差的現(xiàn)象。兩套設備使用的都是BEL公司的壓力膜殼，長度為5米，內裝5支陶氏BWLE-4040的反滲透膜。設備處理原水水質分別為1.5g/L和12g/L。運行壓力分別為17bar和22bar。

(2) 故障現(xiàn)象

該故障表現(xiàn)為突發(fā)性的產水電導率升高。設備在上次停機之前運行正常，再次啟動后一切壓力都很正常，但是產水的電導率升高，產水的TDS可以高達原水TDS的10%以上，同時伴隨輕微的產水流量增加。

(3) 相應檢查

檢查了進水的水質、各運行儀表的讀數(shù)，包括膜殼進出口壓力、各管路流量。拆開壓力膜殼檢查了反滲透膜以及壓力膜殼的密封狀況。

(4) 測試結果及分析

經檢查，入水水質沒有明顯變化，反滲透膜沒有破損，從現(xiàn)象判斷為密封元件損壞。經拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)壓力膜殼入水端有一個O型橡膠密封圈破損。如圖4所示。更換后重新啟動設備，會再次破損。通過在膜殼蓋和反滲透膜之間增加PVC墊片，解決了O型圈破損的問題，后期的運行再未出現(xiàn)O型圈破損。

該現(xiàn)象在兩套進口設備上都曾出現(xiàn)。二者的運行壓力分別為17bar和22bar。對比另外一套國內生產的設備，其運行壓力為19bar，該國產設備使用的是國產的樂普的膜殼，內裝2支4寸反滲透膜，并未添加墊片，但是沒有出現(xiàn)這種密封圈破損的現(xiàn)象。從這里可以推斷出運行壓力不是影響O型圈脫落的唯一原因。隨著高壓泵的啟動、停止，膜殼會相應的拉伸、縮短，造成反滲透膜組件在膜殼內的移動、摩擦；而當膜殼比較長的時候，很難保證膜的位移與膜殼的形變同步，此時產生的相對滑動會造成O型圈脫落、破損。所以在使用4寸膜，且膜殼較長的時候，應當適當使用墊片以調整反滲透膜的位置，避免O型圈的脫落。

3、現(xiàn)場實例3：反滲透膜及管路的生物污染

(1) 背景

反滲透膜及管路遭受生物污染是設備運行中非常常見的現(xiàn)象，很多設備因此無法產水，或者嚴重影響行產水水質。本次涉及的設備為調研中所遇到的國產反滲透設備。這些設備使用時間大多為1-2年，所處理原水為深層地下水，TDS在0.7-1.5g/L之間。

(2) 故障現(xiàn)象

其表現(xiàn)為設備運行1-2年之后，產水和濃縮液的流量計內大量生長綠色藻類，產水有腥味，嚴重的會出現(xiàn)反滲透膜堵塞，產水量下降嚴重，甚至完全不產水。

(3) 相應檢查

對已經不能產水的反滲透膜進行化學清洗，分別包括酸洗、堿洗。測量清洗后的產水量。

(4) 測試結果及分析

對不產水的反滲透膜進行酸洗之后，產水通量基本沒有恢復，即便長時間浸泡也不能做到產水通量的恢復；而對該膜在進行堿洗之后，排出大量黑綠色液體，經過pH為11的堿液隔夜浸泡，再進行沖洗，該反滲透膜的通量基本恢復，可以正常產水。該現(xiàn)象說明造成反滲透膜污堵的主要是生物物質。為了延長膜的使用壽命，防止生物污染至關重要。

引進的國外設備在運行1年之后沒有出現(xiàn)類似現(xiàn)象，分析后有以下幾條原因：其一是一部分設備對原水進行了了預氧化，起到了殺菌作用，殺滅了大部分生物，而用作還原劑的焦亞硫酸鈉也具有抑制微生物的作用，避免了微生物的生長；其二是設備管路中合理地使用了止回閥等裝置，避免了設備停機時把大量空氣抽入設備中，也就避免了空氣中的微生物進入反滲透設備；其三是必要的維護和及時的化學清洗，在設備沒有出現(xiàn)產水量明顯變化時就定期清洗，有效的防止了微生物的生長。

四、討論與結果

通過對反滲透設備的現(xiàn)場調試、運行以及調查，發(fā)現(xiàn)大部分反滲透設備運行中出現(xiàn)的故障都是來源于保護不當和使用不當。

為了保證反滲透設備的穩(wěn)定運行，完備的設計是第一位的。這要求設計者在設計產品、工程的過程中要充分考慮到農村苦咸水處理的復雜性，考慮到制水環(huán)節(jié)中的細節(jié)，包括水質、產水規(guī)模、設備運轉狀況、使用地點、使用者的專業(yè)背景等，而不是簡單的完成各部件的連接。對于原水水質以及設備運行過程中可能發(fā)生的水質變化要做到充分了解，并配以保護措施。在設備設計方面，理論上可選擇的保護措施包括預處理加藥保護、預處理流程的優(yōu)化、監(jiān)控儀器的完善。但是針對農村用戶，這里存在著使用者專業(yè)技術背景欠缺和設備成本的問題。通常農村使用的反滲透設備是由村里來維護、運行，大多數(shù)設備使用者缺乏專業(yè)背景，不能很好的完成設備的維護與管理。在這種情況下，自動化程度高、操作維護簡單的設備會更方便農民使用。

但是隨著設備自動化程度的增加，設備的投資也隨之增加；而自動化的設備又存在監(jiān)測控制元件過多，設備過于敏感，故障率偏高的特點。這些故障往往不是設備本身引起的，而是來自于監(jiān)控設備的故障，比如前文提到的壓力保護開關的堵塞。其結果是農村使用者花費較高的價錢買來了自動化程度高的設備，反而不能保證設備的連續(xù)運行。所以在技術上，過于自動化的設備并不適合目前的農村市場，而在線清洗裝置卻是必要的，同時可以考慮模塊化的設計，便于設備的更換與維護。

從這里可以看出，在設備的設計與實際操作使用中間出現(xiàn)了一個平衡關系。既要保證設備的運行維護簡便、運行安全可靠，又要保證設備成本不會過高。而平衡這個關系的關鍵則是成本，包括設備自身的成本、折舊年限與設備產生的經濟效益。通過平衡這些成本可以優(yōu)化出合理的設備選型。目前在這方面還欠缺必要的研究。

經實際操作發(fā)現(xiàn)，一些設計很完備的設備也會出現(xiàn)運行故障。這是由于運行維護不善造成的。調研中發(fā)現(xiàn)，很多設備每周的運行時間不超過5個小時，設備長時間處于停機狀態(tài)，這不僅增加了反滲透膜被生物膜和無機鹽堵塞的風險，增加了管路銹蝕和生物污染的風險，縮短了設備的使用壽命；也造成了設備的閑置，影響到了設備的經濟效益。所以為了解決農村苦咸水淡化中出現(xiàn)的問題，既要解決設備設計問題，又要解決設備的運行管理問題。如何有效地讓設備充分的運轉起來是其中的關鍵。

苦咸水淡化設備的推廣不僅僅是安裝一套設備，調試之后可以產水就算完成了，這是一個系統(tǒng)的工程，包括規(guī)劃、選址、成本核算、設備選型、運行監(jiān)測以及后期運行管理等。在這些管理、服務領域還有大量的研究需要完成。
 

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