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辽京制造详解海德能反渗透系统的设计,故障判断以及清洗

来源:海德能膜公司作者:海德能膜发表时间:2012-10-15 08:54:33

  辽京制造详解海德能反渗透系统的设计、故障判断以及清洗

  错流过滤和回收率

QQ截图20121015081442_副本.jpg

  • 首先,切向流速能使原水中的污染物随浓水排出;

  • 其次,切向流速能产生紊流破坏膜表面的浓差极化层;

  • 因此,我们需要保证单只膜元件回收率不超过15%;

  • 浓水/产水的比例较小不低于5:1。

  浓差极化的危害

  • 首先,浓差极化会导致膜界面层的浓度上升,其渗透压也同时提高,从而使膜元件的运行压力上升。

  • 其次,浓差极化会使膜两侧的ΔC增加,使产品水的盐透过量增加。

  • 再次,界面层的浓度增加,会使易结垢的物质增加沉沉淀的倾向,最终导致膜的结垢性污染。

  • 最后,胶体物质的扩散速度较盐分小数百至数千倍,因此浓差极化能加剧膜元件的胶体污染,同时也是膜元件胶体污染的主要原因之一。

2_副本.jpg

  流程长度与系统回收率对应表

流程长度
进水
浓水
产水
回收率
产水/总进水
系统累计
X=1
1
0.85
0.15
15%
15%
X=2
0.85
0.722
0.128
12.8%
27.8%
X=3
0.722
0.614
0.108
10.8%
38.6%
X=4
0.614
0.522
0.092
9.2%
47.8%
X=5
0.522
0.444
0.078
7.8%
55.6%
X=6
0.444
0.377
0.067
6.7%
62.3%
X=7
0.377
0.32
0.057
5.7%
68.0%
X=8
0.32
0.272
0.048
4.8%
72.8%
X=9
0.272
0.232
0.041
4.1%
76.9%
X=10
0.232
0.197
0.035
3.5%
80.4%
X=11
0.197
0.167
0.030
3.0%
83.4%
X=12
0.167
0.142
0.025
2.5%
85.9%
单只膜回收率15%,以上计算为允许的较大值,系统回收率还会受到其它因素影响。

  系统回收率其它影响因素

  • 1米长单只膜元件的较大回收率不能超过18%,否则Beta系数大于1.2。

  • 较小浓水流量的限制,防止膜元件的快速污染。

  • 原水的含盐量及易结垢类离子的含量。

  • 是否添加阻垢分散类药剂。

  • 是否采用浓水回流来提高系统的回收率。

串联膜
1
2
4
6
8
12
18
回收率
≤18
≤32
≤50
≤58
≤68
≤80
≤90
以上数据是在没有浓水回流的状态下较大值。

3_副本.jpg

  • 浓水回流提高了系统回收率;

  • 膜元件回收率仍然维持15%,符合设计要求;

  • 浓差极化得到了有效控制;

  • 冲洗流速得到保证;

  • 浓水浓缩倍数是(1-系统回收率)的倒数。

  进水水流量与浓水流量

原水类型
SDI15
进水流量(m3/h)
浓水流量(m3/h)
4040
8040
4040
8040
地下水
2
3.6
17.0
0.7
2.7
地表水
4
3.6
17.0
0.7
2.7
RO产水
1
3.6
17.0
0.5
1.8
表面海水
4
3.6
17.0
0.7
2.7
深井海水
3
3.6
17.0
0.7
2.7
三级废水
4
3.6
17.0
0.7
2.7

4_副本.jpg

  压力差与膜并、串联

单只8040膜元件
4040膜元件
给水流量
进、浓水压力差
给水流量
进、浓水压力差
17m3/h
0.7bar
3.6m3/h
0.7bar
15m3/h
0.6bar
3.2m3/h
0.6bar
13m3/h
0.5bar
2.9m3/h
0.5bar
11m3/h
0.4bar
2.5m3/h
0.4bar
10m3/h
0.3bar
2.2m3/h
0.3bar
7m3/h
0.2bar
1.6m3/h
0.2bar

  • 给水流量越大,膜元件的压力差越大,应采用并联方式;

  • 为了提高系统的水利用率,采用多级串联方式。

  碳酸盐平衡与产水电导率

1_副本.jpg

  当pH值达到8.4-8.5之间时,水中的碳酸氢盐含量较大。

  标准测试条件下透盐率与pH

1_副本.jpg

  单只膜元件的透水量与SDI

进水类型
SDI15
设计通量
400ft2
m3/h/
365ft2
m3/h/
85ft2
m3/h/
GFD
L/m2h
地下水
1-3
14-18
23.8-30.6
0.88-1.14
0.81-1.04
0.19-0.24
地表水
3-5
10-14
17.0-23.8
0.63-0.88
0.58-0.81
0.13-0.19
RO产水
<1
22-28
37.4-47.6
1.39-1.76
1.27-1.61
0.29-0.38

  • 手册内的透水量数值是在标准测试条件下得到的,不应该直接采用该数值用于系统设计,系统设计的透水量应根据实际情况来确定。

  • 单只膜元件的产水量应根据膜面积和进水水质条件来确定。

  变频调节给水压力

  • RO膜的给水压力与给水温度成反比;

  • RO膜的给水压力与系统运行时间呈正比;

  • 变频调节可以满足不同温度和运行时间状态下的系统给水压力要求;

  • 变频调节可以有效节约电耗,降低运行费用;

  • 变频调节能使膜元件受到的启停冲击降至较低;

  膜元件的安装

  • 确认预处理、RO系统管路完整,并已经过冲洗;

  • 检查膜壳内的洁净程度,不得存有异物;

  • 检查膜元件的浓水密封,并加甘油润滑;

  • 由给水端向浓水端插入1只膜元件的2/3;

  • 记录元件编号,膜壳在系统的位置,膜在膜壳的位置;

  • 检查产水连接件的O型密封,并加甘油润滑;

  • 将产水连接件的一端插入产品水管内;

  • 在膜壳外将产水连接件另一端插入另1只膜元件产水管;

  • 将膜元件向浓水方向推入膜壳内;

  • 全部膜元件装入膜壳后,需测量膜元件两侧与膜壳端板之间是否存在间隙,防止膜元件运行时在膜壳内来回撞击;

  • 禁止使用凡士林、有机溶剂或阳离子表面活性剂;

  系统初次启动

  • 确认预处理水质符合设计导则要求,按设计方案添加化学药剂,自控、仪表、管路系统均满足运行条件;

  • 在低压力、小流量状态下排除系统内的空气,防止水锤;

  • 启动给水泵,在低于给水压力50%的压力下冲洗,直至排水中不再含有保护液(可能需要1小时或更长时间);

  • 缓慢增加给水压力并调节浓水阀,至回收率符合设计值;

  • 系统达到设计条件后,核查浓水的LSI;

  • 系统稳定运行0.5-1h后,记录全部运行参数作为初始值;

  系统停机与再运行

  • 短期停机首先使用RO产品水低压冲洗,每3-5天冲洗一次,再启动时需先进行低压冲洗;

  • 长期停机前应进行彻底的化学清洗,再将保护液打入系统内并封闭系统,27℃以下每30天冲洗一次并更换保护液, 27℃以上每15天1次,再启动时需先进行低压冲洗;

  • 杀菌液可使用:1%甲醛溶液、20PPm的异噻唑啉或1%的亚硫酸氢钠溶液,以上杀菌液需采用RO产水配置;

  • 再次启动系统时,排尽系统内气体,在低于正常给水压力50%的进行低压冲洗。

  系统冲洗

  • 系统停机时膜浓水侧长时间聚集着大量浓水,停机前使用RO产水冲洗系统能有效防止结垢产生;

  • 系统长期运行时,最末端膜元件的浓水侧长期在高浓度的状态下运行,每2h运行使用RO 产品水冲洗2-5min或直接打开浓水限流阀,能有效延缓结垢的产生,RO产水的溶解能力更强,效果更好。

  故障现象一览

类别
位置/现象
可能的故障原因
物理性损伤
透盐率迅速上升
产水侧背压
膜壳内膜元件窜动
冲击性疲劳损伤
压力差过大
产水O型圈渗漏
堵塞
一般在系统前端
有机类污染物
胶体
颗粒物
系统每一段
生物污染
结垢
一般在系统末端
浓差极化
回收率过高
难溶盐超过饱和极限
LSI或SDSI过高

  系统故障判断补充

  • 通过探针法了解系统内每只膜的产水状况;

  • 通过挂片实验来获取系统潜在的污染物;

  • 通过旁路平膜测试器,获取更详细膜污染状况;

  • 对获取的污染物进行理化分析(电镜图片、元素分析);

  • 实验(气味、气泡、溶解性、溶解残留物、灼烧减量);

  • 使用各种药剂,观察药剂对污染物去除效果;

  • 通过以上分析,可以对系统污染物作定量判断,为系统清洗方案制定、药剂选择、清洗参数选择提供依据。

5_副本.jpg

6_副本.jpg

  故障类型

No.
造成性能衰减的原因
发生机率 (%)
1
膜损坏 (水锤, 望远镜,等.)
4.1   
2
膜降解 (氧化/水解)
18.2
3
膜污染
 
a
          无机胶体
13.8
b
          有机物吸附
11.4  
c
          混凝剂
4.0
d
          生物污染
33.5
e
          硅垢和硅污染
10.0
f
          处理废水时的其他无机和有机污染或结垢
5.0

  RO系统诊断步骤

  为了避免严重的损坏, 在故障早期发现系统问题征兆重要。

  保存完整的运行数据记录,并对其进行标准化整理,有助于尽早发现系统故障。

7_副本.jpg

8_副本.jpg

  膜降解 (氧化/水解)

1_副本.jpg

9_副本.jpg 

  微生物,SiO2和铁污染

10_副本.jpg

  碳酸钙结垢

11_副本.jpg

  钙 质 结 垢

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  细 菌 污 染

12_副本.jpg

  膜 表 面 结 晶

13_副本.jpg

  胶 体 污 染 物

14_副本.jpg

  有机物 和磷酸钙结晶

clip_image002.jpg

  膜表面覆盖层是有机质(C、O、S存在),少量颗粒是磷酸钙结晶

  磷酸盐,铝盐和有机物

clip_image0012.jpg

  分析膜表面覆盖层,有大量的磷酸盐、Al盐存在,少量Ca、Si、Mg存在。

  硅酸盐和有机物

clip_image0011112.jpg

  膜表面有机质组成(C、O、S元素存在),无机元素为Si污染为主,杂质主要为硅酸盐类。

  污染物剥离与划伤

  • 严重结垢的膜元件在化学清洗时存在块状剥离现象;

  • 垢块从膜表面剥离时可能会损伤膜元件的分离层;

  • 从膜表面剥离的垢块流经膜表面时会造成分离层划伤;

  • 严重结垢的膜元件采用低PH值运行更为适合。

  • 严重结垢造成浓水断流,而致使浓缩倍数倍增,此时形成硫酸钙在酸性条件下不能溶解,碱性分散剂更合适;

  • 及时发现结垢并采取适当措施是解决系统结垢性问题的较有效的办法。

  清洗的注意事项

  • 循环清洗时,水泵的机械运动、流体的撞击和某些化学反应均会导致清洗液热量累积,需要严格监测清洗温度;

  • 清洗时pH测量应使用标定后的仪表,而不是使用试纸;

  • 最初的清洗液应排放,严重污染时可能需要排放更多的清洗液,以防止循环清洗带来的污染;

  • 颜色由深转浅意味着污染物重新沉积;

  • 气泡逐渐消失意味着碳酸盐已经溶解;

  • 使用表面活性剂而没有起泡,则需要增加药剂的投加量。

  清洗中的物理性强化手段

  • 分段清洗可以有效避免系统前端、后端交叉污染;

  • 分段清洗能够有效降低清洗阻力,增大清洗切向流速;

  • 严重污染时,正反向交替清洗的效果更为明显;

  • 系统前端污染时,反向清洗系统膜元件受到的污染更小;

  • 离线清洗可以使清洗效果较大化。

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