郝紅霞

（中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏銀川750001）

雙膜工藝運(yùn)行要點(diǎn)及典型故障處理

郝紅霞

（中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏銀川750001）

雙膜系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，污堵、結(jié)垢、機(jī)械損傷、化學(xué)損壞是影響膜使用壽命的主要原因。結(jié)合脫鹽水處理工藝，介紹了系統(tǒng)運(yùn)行中的注意事項(xiàng)及典型故障處理措施。

雙膜系統(tǒng)；運(yùn)行要點(diǎn)；故障處理

超濾+反滲透（UF+RO）雙膜法廣泛應(yīng)用于脫鹽水、污水回用工程中，但常由于各種原因造成膜元件的污堵、結(jié)垢、污染、氧化等，使膜的性能衰減、使用壽命降低。本公司脫鹽水裝置采用預(yù)處理+超濾+兩級(jí)反滲透（UF+RO）的雙膜工藝，RO產(chǎn)水量達(dá)到1 200 m3/h。筆者結(jié)合公司脫鹽水裝置穩(wěn)定運(yùn)行三年的經(jīng)驗(yàn)，介紹了雙膜系統(tǒng)在運(yùn)行中的注意事項(xiàng)以及雙膜系統(tǒng)典型故障的發(fā)現(xiàn)、判斷、具體處理過(guò)程[1-4]。

1 脫鹽水裝置處理工藝（見(jiàn)圖1）

雙膜裝置包括預(yù)處理裝置、UF、RO及其輔助系統(tǒng)。UF膜產(chǎn)品采用了德國(guó)瀅格T-RackⅡ七孔膜組件，一級(jí)RO膜產(chǎn)品采用海德能公司PROOCTM10抗污染復(fù)合膜元件、二級(jí)RO膜產(chǎn)品采用海德能公司ESPA2 MAX超低壓復(fù)合膜元件。

圖1 脫鹽水裝置工藝流程示意圖

2 運(yùn)行中注意事項(xiàng)

（1）運(yùn)行中應(yīng)控制好膜通量和回收率。UF膜設(shè)計(jì)通量≤60 L/（m2·h），回收率90%；一級(jí)RO膜設(shè)計(jì)通量≤18 L/（m2·h），回收率75%；二級(jí)RO膜設(shè)計(jì)通量≤35 L/（m2·h），回收率90%。有效的控制好膜通量、回收率可以防止膜結(jié)垢和膜污染。

（2）溫度應(yīng)不低于5℃，最高不能超過(guò)40℃。當(dāng)溫度超出此范圍會(huì)引起膜性能下降，必須采取通風(fēng)及其他有效的措施進(jìn)行降溫。

（3）監(jiān)測(cè)預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)水（UF裝置的給水、RO裝置的給水）的濁度及SDI，避免污染物對(duì)RO膜的危害而影響到系統(tǒng)的運(yùn)行。UF進(jìn)水濁度≤5 NTU，一級(jí)RO進(jìn)水濁度≤0.2 NTU、進(jìn)水SDI≤3。若所測(cè)指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于日常測(cè)定值，則可證明預(yù)處理出現(xiàn)異常，必須對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行檢查，必要時(shí)可以采取清洗等措施使其恢復(fù)狀態(tài)。

（4）UF運(yùn)行中產(chǎn)水流量在正常反洗后仍然較低、進(jìn)出水壓差＞0.15 MPa，運(yùn)行周期縮短，需要對(duì)UF系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗；RO正常運(yùn)行中出水量下降10%～15%、壓差增加10%～15%、脫鹽率下降10%～15%，需要對(duì)RO系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗，不同污染物應(yīng)采用不同的清洗藥劑，一般先采用高pH清洗液清洗油類和微生物污染，然后采用低pH清洗液清洗無(wú)機(jī)垢類或金屬氧化物污染，清洗時(shí)最好分段進(jìn)行，清洗與運(yùn)行方向相同；特殊污染物的清洗經(jīng)分析需進(jìn)行針對(duì)性清洗。

（5）應(yīng)在滿足產(chǎn)水量與水質(zhì)的前提下，不要超出規(guī)定以上的回收率、運(yùn)行壓力和濃水流量。

（6）UF裝置停運(yùn)超過(guò)24 h，每天進(jìn)行一次10 min通量為50 L/（m2·h）的過(guò)濾，每天進(jìn)行一次60 s通量為230 L/（m2·h）的反洗（加余氯含量2 mg/L NaOCl溶液）；停運(yùn)超過(guò)7 d，需用0.75%亞硫酸氫鈉溶液進(jìn)行沖洗，將亞硫酸氫鈉溶液留在組件中，每隔4周，更換亞硫酸氫鈉溶液，在系統(tǒng)重新投入使用前，需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行沖洗以除去組件內(nèi)的保護(hù)溶液。

（7）RO裝置停運(yùn)超過(guò)5 d～30 d，需每天用給水進(jìn)行沖洗，同時(shí)注意將氣體從系統(tǒng)中完全排除；停運(yùn)超過(guò)30 d，需用2%的亞硫酸氫鈉溶液進(jìn)行保護(hù)，在系統(tǒng)重新投入使用前，用低壓給水沖洗系統(tǒng)1 h，再用高壓給水沖洗5 min～10 min，并在沖洗時(shí)將產(chǎn)水排放閥全部打開(kāi)。

蒼嶧鐵礦帶位于魯西隆起南緣尼山凸起的南緣，尼山-白彥斷塊凸起與陶棗斷陷盆地之間[1-2]，是山東省內(nèi)非常重要的成礦帶，屬沉積變質(zhì)型鐵礦(“鞍山式”鐵礦)[2]。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，該區(qū)陸續(xù)開(kāi)展過(guò)不同程度的地質(zhì)勘查工作[2]，先后發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)了多處大中型鐵礦床，2007年后，山東省魯南地質(zhì)工程勘察院、山東省地質(zhì)科學(xué)研究院沿蒼嶧鐵礦帶(白水牛石)向東陸續(xù)又發(fā)現(xiàn)了王埝溝鐵礦床、鳳凰山鐵礦床和溝西鐵礦床。筆者通過(guò)分析以往勘查成果，認(rèn)為其成礦受原始礦源層和褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造作用控制，探討了鐵礦形成過(guò)程及成礦模式。

（8）當(dāng)RO系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，因膜內(nèi)部的水已經(jīng)處于濃縮狀態(tài)，需用RO產(chǎn)品水沖洗膜表面，以防止污染物沉積在膜表面，影響膜的性能。因此每次RO膜系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，需要進(jìn)行延時(shí)停機(jī)沖洗。

（9）在每次更換保安過(guò)濾器濾芯后必須將過(guò)濾器出口處下排快速接頭或排污閥打開(kāi)。用正常運(yùn)行流量的1/2進(jìn)行排放，時(shí)間為5 min，以免前段漏沙進(jìn)入RO系統(tǒng)劃傷膜表面。當(dāng)過(guò)濾器運(yùn)行壓差達(dá)到0.15 MPa時(shí),必須更換濾芯,以免影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（10）反滲透系統(tǒng)開(kāi)機(jī)應(yīng)在進(jìn)水壓力小于0.4 MPa條件下沖洗5 min～10 min。

3 典型故障處理

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)故障分析及處理

預(yù)處理單元對(duì)于整套裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的作用。當(dāng)多介質(zhì)出水濁度大于5 NTU，應(yīng)分析過(guò)濾流量、絮凝劑加藥量是否合適、反洗是否徹底。當(dāng)保安過(guò)濾器進(jìn)口壓力超過(guò)0.4 MPa，進(jìn)出口壓差超過(guò)0.15 MPa時(shí)，應(yīng)分析濾芯上是否有大量微生物繁殖或截留大量污染物，檢查殺菌劑加藥系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行沖擊性非氧化性殺菌劑的投加。

3.2 UF系統(tǒng)故障分析及處理

UF系統(tǒng)是RO系統(tǒng)良好運(yùn)行的最好預(yù)處理方法。當(dāng)出現(xiàn)透膜壓差偏高或上升過(guò)快，應(yīng)分析進(jìn)水水質(zhì)是否惡化或系統(tǒng)污堵需進(jìn)行化學(xué)清洗，檢查進(jìn)水水質(zhì)調(diào)整有關(guān)反洗參數(shù)及檢查系統(tǒng)運(yùn)行累計(jì)時(shí)間。當(dāng)出水濁度高或SDI高，應(yīng)分析膜絲是否有斷絲現(xiàn)象或產(chǎn)水箱受到污染，對(duì)UF膜元件出水口和產(chǎn)水箱出口分別檢測(cè)SDI值，清洗產(chǎn)水箱，對(duì)UF膜元件進(jìn)行完整性檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)斷絲應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。

3.3 RO系統(tǒng)故障分析及處理

圖2 反滲透膜性能因素分析圖

3.3.1 顆粒物及無(wú)機(jī)膠體污染如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓力增大、脫鹽率降低，則可能發(fā)生顆粒物及無(wú)機(jī)膠體污染?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)進(jìn)水SDI進(jìn)行檢測(cè)，如進(jìn)水SDI＞3，應(yīng)引起重視，并對(duì)SDI膜片和保安過(guò)濾器上的截留物進(jìn)行分析。方法是打開(kāi)膜殼，觀察第一段的前幾支膜元件進(jìn)水端表面的沉積物，當(dāng)發(fā)現(xiàn)膠體污染，應(yīng)根據(jù)污堵類型對(duì)膜進(jìn)行清洗，并加強(qiáng)保安過(guò)濾器的監(jiān)控和更換（見(jiàn)圖3）。

圖3 保安過(guò)濾器濾芯被顆粒污染

3.3.2 微生物污染如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量降低、脫鹽率下降、壓降增加，則可能發(fā)生微生物污染。此時(shí)可以通過(guò)檢測(cè)進(jìn)水TOC和COD來(lái)進(jìn)一步作判斷，如TOC、COD較大則表示存在微生物污染。方法是打開(kāi)壓力容器后，可以發(fā)現(xiàn)用手觸摸膜殼壁和受污染的膜，有一種滑膩的感覺(jué)并伴有臭味。微生物污染是膜系統(tǒng)最常見(jiàn)的問(wèn)題，可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清洗和消毒進(jìn)行恢復(fù)，并對(duì)預(yù)處理設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化，或者采用抗污染膜元件（見(jiàn)圖4）。

圖4 膜被微生物污染

圖5 膜元件被鐵污染

3.3.3 鐵污染如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)脫鹽率下降、產(chǎn)水量降低、透鹽率增加，則可能發(fā)生鐵污染。此時(shí)可以通過(guò)打開(kāi)壓力容器，發(fā)現(xiàn)膜元件端面呈紅褐色，或?qū)⒛ぴ馄屎?，膜表面呈紅褐色。鐵污染會(huì)加速膜的氧化導(dǎo)致膜元件不可恢復(fù)的損傷，可以將膜系統(tǒng)用酸NaHSO3（pH<5）或H3PO4以及檸檬酸清洗恢復(fù)，日常運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)進(jìn)水水質(zhì)分析，出現(xiàn)異常及時(shí)采取有效措施（見(jiàn)圖5）。

3.3.4 結(jié)垢如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量低、脫鹽率下降、壓降增加，同時(shí)膜元件變重，且故障點(diǎn)主要發(fā)生在后段，則可能發(fā)生結(jié)垢。此時(shí)可以對(duì)RO進(jìn)水硬度、pH值、堿度、系統(tǒng)回收率進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)是否偏高，同時(shí)可以打開(kāi)最末段的膜殼，觀察最后一支膜及其附近膜殼內(nèi)壁，是否有白色的垢物，用手觸摸有一種粗糙的感覺(jué)。發(fā)生結(jié)垢后，對(duì)垢樣進(jìn)行化學(xué)分析，針對(duì)不同的垢類，可采用酸進(jìn)行清洗恢復(fù)、運(yùn)行中降低進(jìn)水的三高（高硬度；高pH；高堿度）和系統(tǒng)回收率、調(diào)整阻垢劑的加入量等方法進(jìn)行處理。

3.3.5 膜氧化如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)脫鹽率大幅下降，同時(shí)伴隨產(chǎn)水量增加，膜元件解剖后，F(xiàn)ujiwara實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)溶液變成粉紅色，原子光譜化學(xué)分析法（ESCA）發(fā)現(xiàn)氯元素，且故障主要發(fā)生在第一段，則可能發(fā)生膜氧化。此時(shí)應(yīng)檢測(cè)進(jìn)水中余氯或ORP，當(dāng)指標(biāo)超標(biāo)時(shí)，說(shuō)明發(fā)生膜氧化的可能性極大。當(dāng)發(fā)生膜氧化，只能將被氧化的膜元件進(jìn)行更換，并檢查氧化劑和還原劑的加藥設(shè)備，確保系統(tǒng)進(jìn)水的氧化物含量（余氯、ORP指標(biāo)）合格。

3.3.6 產(chǎn)水背壓如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)脫鹽率大幅下降，有時(shí)候伴隨產(chǎn)水量增加，膜元件解剖后，膜表面出現(xiàn)氣泡和分層，則可能發(fā)生產(chǎn)水背壓。此時(shí)應(yīng)檢查系統(tǒng)產(chǎn)水管道上的止回閥安裝位置是否合理、清潔結(jié)束后產(chǎn)水閥門(mén)是否開(kāi)啟、進(jìn)水中是否有顆粒物。發(fā)生產(chǎn)水背壓現(xiàn)象后因膜元件被損傷，必須更換膜元件（見(jiàn)圖6）。

3.3.7 O形圈、膜封套泄漏如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量正?；蛏仙?、透鹽率增加、壓差正常，則有可能是O形圈、膜封套泄漏。此時(shí)應(yīng)測(cè)定每個(gè)膜殼的產(chǎn)水電導(dǎo)率，找到有產(chǎn)水不合格的膜殼。然后，對(duì)產(chǎn)水不合格的膜殼進(jìn)行管內(nèi)產(chǎn)水電導(dǎo)率探測(cè)，以檢查內(nèi)連接件和適配器處的O形圈是否泄漏，如果發(fā)現(xiàn)泄漏，可以更換O形圈，也可將O形圈纏上生料帶達(dá)到密封效果。如果是膜封套泄漏，只能更換膜元件。

3.3.8 其他石油、潤(rùn)滑劑、凡士林及洗滌劑、汽油類及稀釋劑等潤(rùn)滑劑會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)水管破裂，從而使產(chǎn)水水質(zhì)嚴(yán)重下降。建議裝膜過(guò)程中不使用甘油和純水外的任何潤(rùn)滑劑。

4 結(jié)語(yǔ)

寧能化脫鹽水裝置于2012年5月4日試車投入運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，因前期負(fù)荷較低，系統(tǒng)的開(kāi)啟率不足50%，為避免在低負(fù)荷工況下運(yùn)行膜性能的衰減，車間制定詳細(xì)的定期輪換運(yùn)行方案，確保每天對(duì)停運(yùn)設(shè)備進(jìn)行沖洗、置換，對(duì)投運(yùn)設(shè)備嚴(yán)格按照操作手冊(cè)進(jìn)行操作。運(yùn)行1年半后請(qǐng)海德能膜廠家對(duì)膜進(jìn)行綜合評(píng)估及首次化學(xué)清洗指導(dǎo)，目前該裝置運(yùn)行穩(wěn)定，各單元出水水質(zhì)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖6 產(chǎn)水背壓造成膜片損壞

［1］反滲透和納濾膜產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)［G］.日東電工，2012.

［2］金熙，項(xiàng)成林，齊冬子.工業(yè)水處理技術(shù)問(wèn)答［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］寧良榮.反滲透系統(tǒng)故障分析及處理［J］.工業(yè)水處理，2009，29（11）：90-93.

［4］邵剛.膜法水處理技術(shù)及工程實(shí)例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

表5 產(chǎn)品性質(zhì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表（續(xù)表）

5 總結(jié)

140萬(wàn)噸/年航煤加氫裝置自2014年2月首次開(kāi)工以來(lái)，已經(jīng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行32個(gè)月，可生產(chǎn)出質(zhì)量符合GB 6537-2006要求且性質(zhì)穩(wěn)定的航煤產(chǎn)品，說(shuō)明該裝置的設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行均取得成功。裝置采用由撫順石油化工研究院研發(fā)的催化劑FH-40B，具有良好的活性和穩(wěn)定性，根據(jù)32個(gè)月以來(lái)催化劑平均失活速率約0.68度/月，預(yù)測(cè)可完全滿足第一周期的生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)：

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［2］李大東.加氫處理工藝與工程［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2005：954-962.

TQ085.4

A

1673-5285（2017）01-0145-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.01.037

2016－10-09

郝紅霞，女（1974-），大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，主要從事化學(xué)水處理、污水處理、中水回用處理技術(shù)工作，現(xiàn)在寧能化公司生產(chǎn)技術(shù)科水處理工藝管理工作，郵箱：hhxyxy@163.com。