反渗透保安过滤器污堵的原因分析及预防措施

2020-08-26梅武丰

化工设计通讯 2020年9期

张杰，梅武丰，刘佳

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

1 简介

1.1 装置简介

某脱盐装置生产精制水能力620m3/h，主要以净水和甲醇装置回收的工艺及透平冷凝液为原料，通过采用UF、RO双膜技术+离子交换混床除盐工艺除去水中的各种阴阳离子，制得合格的精制水，以满足用户的用水需求。其中，UF出水控制：浊度≤1NTU；RO进水控制：SDI15≤3，余氯＜0.1mg/L；RO出水控制：电导率≤10μS/cm；混床出水控制：电导率≤0.2μS/cm、SiO2≤0.02mg/L。

1.2 流程简介

工艺流程见图1。

图1 UF、RO双膜技术+离子交换混床除盐工艺流程简图

1.3 反渗透保安过滤器系统

保安过滤器设置在反渗透单元之前，目的主要是延长反渗透膜的使用寿命，防止水中的大颗粒物杂质进入反渗透单元造成膜丝污堵，进而影响反渗透膜的性能，如产水量下降、脱盐率降低、跨膜压差增加等。本装置反渗透单元共设有四套保安过滤器，为卧式设置，每套保安过滤器安装有三支大通量滤芯，其控制参数为：单套设计流量185m3/h、过滤精度5μm、设计压力0.6MPa、运行压差＜0.2MPa。

1.4 反渗透单元加药系统

为确保反渗透单元正常运行，防止反渗透运行过程中有结垢倾向，避免反渗透膜被预处理过程中残余的余氯氧化，反渗透单元运行时需连续投加阻垢剂和还原剂。此外，为了保护反渗透膜防止其受到微生物侵害，需定期向反渗透单元冲击投加非氧化杀菌剂BIO进行杀菌处理。反渗透单元三种保护药剂投加地点均为保安过滤器进水端，具体加药控制如下：

（1）反渗透单元投加的阻垢剂为高效阻垢分散剂PTP-1100，投加质量浓度为3.5mg/L，投加方式为连续投加。原设计为阻垢剂计量泵根据4套反渗透装置的总产水流量变化自动调节计量泵的频率，即反渗透装置总产水流量与阻垢剂计量泵的频率成正比。

（2）反渗透单元投加的还原剂药品为亚硫酸氢钠，投加质量浓度为3mg/L，投加方式为连续投加。原设计为还原剂计量泵根据4套反渗透装置总进水氧化还原电位（ORP）自动调节计量泵的频率，即反渗透装置总进水ORP与还原剂计量泵的频率成正比。

（3）反渗透单元投加的非氧化杀菌剂为BIO，投加质量浓度为3mg/L，投加方式为冲击投加。为避免反渗透膜内出现细菌滋生情况，需要定期向反渗透单元冲击投加非氧化杀菌剂，投加频率为反渗透装置每连续运行8h投加2h。

2 保安过滤器运行情况及异常现象

2019年以来，反渗透保安过滤器出现进、出口压差上涨较快、微生物滋生导致滤芯更换频繁的问题。据统计，保安过滤器滤芯更换频率为12～14d。拆检保安过滤器发现，滤芯表面和过滤器筒体内壁出现带有土腥味的淡黄色黏状物，即便更换滤芯时对这些黏状物进行彻底清洗处理，保安过滤器运行一段时间后，滤芯表面、过滤器筒体内壁又会重新出现此类黏状物。为此，对滤芯表面、过滤器筒体内壁出现的黏状物进行了化验分析，具体数据见表1。污染物中无机成分SEM照片及EPX谱见图2。

表1 保安过滤器内污染物分析数据

图2 污染物中无机成分SEM照片与EDX 谱图

3 保安过滤器滤芯污堵的原因分析

3.1 原水水质的影响

（1）脱盐水原水水源为地表水，其水质不稳定，尤其随季节变化较大。从保安过滤器内污染物分析情况来看，原水中含有大量的有机物、细菌等有害物质，这说明原水进行预处理时杀菌力度不够而后续UF系统杀菌剂投加量又不足，以致UF产水中细菌大量繁殖而造成保安过滤器滤芯出现污堵。

（2）通常，为避免反渗透单元受到铝污染而出现膜丝污堵，反渗透进水的Al3+含量应小于0.05mg/L。但根据保安过滤器内污染物中Al3+含量情况来看，本装置原水中Al3+含量明显超标。而原水中的Al3+主要来源为净水厂进行水质净化过程中投加的PAC，因此保安过滤器滤芯出现铝盐污堵，是因为PAC投加过量或澄清过滤效果差所致。

3.2 反渗透单元加药情况

按原始设计，阻垢剂、还原剂计量泵的频率分别根据4套反渗透装置的总产水流量、总进水ORP的变化而成正比例变化，即连锁自动调节计量泵的加药量。但因装置投产后初期使用的可连锁控制、自动调整加药量的电磁泵故障频发而又维修困难，故将其全部更换成为便于检修的手动调节冲程泵。但实际生产过程中发现，更换加药泵的加药系统存在以下问题：

（1）由于更换后的计量泵最大冲程为原始计量泵的5.6倍，以致加药时出现低冲程不打量，高冲程加药过量的情况。据计算，目前反渗透单元保护药剂的每小时加药量约为正常需求量的1～2倍。此外，反渗透单元所使用的还原剂为亚硫酸氢钠，若投加量过大，系统中将会存在大量的硫酸盐，而硫酸盐还原菌在无氧或缺氧状态下会利用硫酸盐中的氧进行氧化反应而大量生长繁殖形成细菌群。因此，保安过滤器污堵与还原剂投加过量有关。

（2）反渗透单元投加的阻垢剂PTP1100主要成分为含磷小分子有机物，在高温环境易分解成正磷酸盐，而磷酸盐是微生物维持生命活动所需的营养物质，过量的阻垢剂存留在系统内为保安过滤器内微生物的富集滋生创造了有利条件，因此保安过滤器污堵与阻垢剂投加过量有关。

（3）为防止反渗透膜丝被氧化，反渗透进水余氯控制在0.1mg/L以内，这样就给微生物滋生创造了有利条件，为此需在保安过滤器进水端投加非氧化杀菌剂BIO以抑制微生物滋生，BIO投加控制是否得当将直接影响微生物的滋生情况，进而决定保安过滤器是否会出现污堵情况。

3.3 超滤、保安过滤器等设备情况

（1）从超滤UF系统运行情况来看，虽存在少数膜丝断裂情况，但均及时进行了修复，且整个运行过程UF产水浊度均严格控制在1NTU以内。因此，未出现UF进水进入产水侧导致UF水箱水质超标问题。

（2）保安过滤器压力表选型合适，其进出口压力均处在压力表量程的1/3～3/4位置，不存在压力表选型不当导致压力指示存在偏差情况。

4 保安过滤器滤芯污堵的预防措施

1）及时与净水厂进行沟通，要求其提高原水杀菌力度、合理控制PAC投加量以及做好原水的混凝澄清和过滤工作，确保原水水质合格。

2）根据生产需要，为严格控制系统余氯量（超滤产水余氯0.2～0.3mg/L、反渗透进水余氯＜0.1mg/L），防止微生物滋生，在原有分析的基础上增加现场余氯分析，以便现场操作人员能够根据分析情况及时跟踪系统余氯量，合理调整系统杀菌剂的投加量。

3）恢复装置原有设计，将目前使用的手动调节计量泵全部更换为可通过连锁控制自动调整加药量的电磁泵，确保阻垢剂、还原剂投加量正常。

4）加强本装置预处理系统的优化，定期检查多介质过滤器、超滤UF运行效果，出现偏差时及时调整，避免预处理系统运行不当导致后续产水水质下降。

5）改变以往杀菌剂单一投加调整的操作方式，在有效氯含量达标的情况下，通过冲击式投加非氧化杀菌剂BIO来抑制微生物滋生，避免通过单一调整杀菌剂投加量，导致整个系统各药剂投加量的平衡遭到破坏。

5 措施实施后效果

1）原水水质大幅好转，经装置预处理系统后，后续反渗透进水电导率变化明显，下降幅度约40%，反渗透运行环境转好，反渗透运行压差上升缓慢、产水量稳定、在线化学清洗周期性正常。

2）合理控制杀菌剂、阻垢剂、还原剂投加量后，系统杀菌效果明显，拆检保安过滤器发现，滤芯表面和过滤器筒体内壁带有土腥味的淡黄色黏状物基本消除；反渗透进水ORP趋于稳定，基本维持在210～250mV波动，药量投加趋于规律。

3）保安过滤器滤芯压差及更换情况。措施实施后滤芯压差上升缓慢，运行25d左右压差仍可保持在0.1MPa以内（图3）；保安过滤器滤芯平均更换周期大幅延长，由措施实施前12-14d左右的平均更换周期提升至措施实施后的25～27d，保安过滤器运行周期大幅延长（表2）。

图3 保安过滤器压差变化趋势

表2 实施措施后保安过滤器更换周期

4）系统维护费用方面。一年以330d计，粗略估算措施实施前滤芯消耗量为：（330/14）支，措施实施后滤芯消耗量为：（330/25）支，按市场价滤芯价格1 500元/支计，每年可以节省滤芯支出费用约20万元左右。

经过综合判断和分析，及时采取得当的应对措施，经过调整优化，反渗透保安过滤器压差上升幅度整体下降明显，更换周期大幅延长，滤芯消耗明显降低，系统运行趋于稳定。

6 巩固措施

从措施实施后取得的效果来看，已达到了降低反渗透保安过滤器滤芯更换频次、缩减滤芯支出费用的目标，但为了确保装置后续能长久稳定运行，还需做好以下巩固措施：

1）杀菌剂NaClO有效氯为10%，但极其不稳定，见光易分解，因此其实际有效氯含量会降低，故后续将考虑定期抽查NaClO有效氯含量，并根据分析结果计算加药量进行调整。避免有效氯降低后，加药量不足，导致系统杀菌力度不够。

2）目前现场使用的余氯分析试剂为自配的标准液，易出现变质情况，后续考虑定期对试剂进行更换，避免因过期或变质造成药剂失效，影响余氯分析结果。

3）保安过滤器滤芯虽整体更换周期明显延长，但还是存在不稳定情况，这主要是因为各操作人员存在的操作差异及相关指令执行不到位情况。后续将在重点关注加药量调整是否及时的同时，把控好保安过滤器滤芯更换时机，避免保安过滤器压差出现假性降低（如启动不同增压泵时，保安过滤器压差会存在0.04MPa以内的偏差），而出现提前更换情况造成的浪费。

4）由于阻垢剂、还原剂计量泵原始设计的连锁已被摘除，新更换的电磁泵安装后恢复连锁需进行调试，目前不具备调试条件，后续利用装置大修时加以解决。