水处理反渗透膜和纳滤系统的化学清洗

化学清洗的标准

发生以下情况时，物理冲洗已经不能使反渗透膜的性能恢复，这时就需要进行化学清洗。

① 标准化条件下的产水量下降10 – 15 %；

② 进水和浓水之间的系统压差升高到初始值的1.5倍；

③ 产水水质下降10-15%。

化学清洗的频率

当膜元件发生了轻度污染时，就应及时清洗膜元件。重度污染会因化学药剂不易深入渗透至污染层，且污染物也不易被冲出膜外等因素而影响清洗效果。如果膜元件的性能降低至正常值的30-50%，很难清洗恢复到膜系统初始性能。

膜的清洗周期根据现场实际污染情况而定。正常的清洗周期是每3-12个月一次。如果在1个月内清洗一次以上，需要改善预处理例如追加投资或重新设计膜系统；如果清洗周期在1-3个月一次，应侧重于调整和优化现有系统的运行参数。即使系统长期没有发生污染，为了能够更好的保证系统正常运行，一般可考虑每6个月进行1次化学清洗。

当预处理工艺中采用了无机絮凝剂，经常会有反应不完全的无机盐没有形成可过滤掉的絮凝体。用户应确保没有过量的絮凝剂进入到膜系统中。过量的絮凝剂能通过SDI测试装置测定出来，例如SDI膜片上的铁为3μg/片，任何时候不应超过5μg/片。

除了采用浊度和SDI测定之外，颗粒计数器也可以精确衡量RO/NF进水是否合格。粒径大于2μm的颗粒物应<100个/ml。

清洗药剂的选择

污染物的种类以及发生污染时系统运行的变化列在下表中。

常规清洗液介绍

溶液1 : 2.0%（W）柠檬酸（C6H8O7）的低pH清洗液。对于去除无机盐垢（如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢等），金属氧化物或氢氧化物（铁、锰、铜、镍、锌等），及无机胶体十分有效。市售柠檬酸为粉末固体。

溶液2 : 2.0（W）%STPP（三聚磷酸钠Na5P3O10）和0.8%（W）的Na-EDTA混合的高pH（pH值为10）洗液。它专用于去除硫酸钙垢和轻微至中等程度的天然有机污染物。STPP具有无机螯合剂和洗涤剂的功用。Na-EDTA是一个具有螯合性的有机螯合清洗剂，可有效去除二价和三价阳离子和金属离子。市售STPP和Na-EDTA均为粉末固体。

溶液3 : 2.0（W）%STPP（三聚磷酸钠Na5P3O10）和0.25%（W）的Na-DDBS[十二烷基苯磺酸钠，C6H5（CH2）12-SO3Na]混合的pH值为10的溶液。该清洗液用于去除重度的天然有机物（NOM）污染。STPP具有无机螯合剂和洗涤剂的功用，Na-DDBS则为阴离子洗涤剂。

溶液4:0.5%（W）盐酸低pH清洗液（pH为2.5），主要用于去除无机物垢（如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢等），金属氧化物/氢氧化物（铁、锰、铜、镍、铝等），及无机胶体。这种清洗液比溶液1要强烈，盐酸是强酸溶液，配制时需遵守相关注意事项。

溶液5:1.0%（W）连二亚硫酸钠（Na2S2O4）低pH清洗液（pH=4-6）。它用于去除金属氧化物和氢氧化物，且可一定程度地去除硫酸钙、硫酸钡和硫酸锶垢。连二亚硫酸钠是强还原剂，本溶液有强烈气味需合适通风环境。连二亚硫酸钠为粉末固体。

溶液6: 0.1%氢氧化钠和0.03%（W）SDS（十二烷基硫酸钠）高pH混合液（pH为11.5）。它用于去除天然有机污染物、无机/有机胶体混合污染物和微生物（菌素、藻类、霉菌、真菌）污染。SDS是会产生一些泡沫的阴离子表面活性剂型的洗涤剂。 请注意采用此清洗液时不能超过表 2中的最高pH值与温度极限 。

溶液7 : 0.1%（W）氢氧化钠高pH清洗液（pH为11.5）。用于去除聚合硅垢，这是一种较为强烈的碱性洗液。 请注意采用此清洗液时不能超过表 2中的最高pH值与温度极限。

配制药剂时请遵守相关药液的注意事项，
做好必要的防护措施。

（表1：污染物质和推荐的清洗溶液）

药品清洗时pH值的范围受到清洗液水温的限制。表2给出了在不同温度下清洗不同膜元件时的pH值的限定范围。超出这一范围可能会造成膜元件不可恢复的损坏。

（表2：清洗液 pH 值和清洗水温的关系）

在清洗过程中，污染物会消耗清洗药品，pH值会因此发生变化，药品的清洗能力会降低。因此要随时监

测pH值的变化，及时调节pH值。一般测定pH值偏离于设定pH值0.5以上时，需要添加药品。

在线化学清洗

化学清洗设备

在线清洗是膜元件保留在压力容器中进行，如图3所示。清洗设备一般包含清洗水箱过滤器、循环泵、压力表、温度计、压力表、阀门、取样点以及管线。清洗水箱的容积要保证满足连接软管、管路和反渗透压力容器内置换用水水量的要求。

( 图 1: 化学清洗装置示意图 )

化学清洗系统规格和注意事项

清洗系统用水体积

计算反渗透膜元件、保安过滤器以及管路的体积，估算所需清洗液的体积，保证清洗液量。反渗透膜元件清洗时所需清洗液的体积的计算法表示在表7中，表中数字不包括保安过滤器、管路、和初始20%排放所需清洗液体积。

清洗用水的水质

清洗用水是用于溶解化学试剂，因此要求使用反渗透的产水。如果没有反渗透的产水，所使用的水必须没有硬度、游离氯和铁。

清洗前的注意事项和准备工作

① 使用药品前，仔细阅读从药品公司处得到的药品安全表格(MSDS)和药品所明；

② 操作时，穿戴安全眼镜、防护手套和工作服；

③ 使用前校正pH计；

④ 估算所用清洗液体积；

⑤ 保证清洗液进入系统前，所有的清洗药品完全溶解和混合；

⑥ 清洗液的温度和pH值范围符合规定值。

清洗方法

一般的化学清洗步骤如下所示。具体的事项根据现场的工作条件及清洗的要求确定。

① 冲洗膜元件。用反渗透产水或离子交换水进行几分钟冲洗。

② 配置药品。保证药品完全溶解。

_{③ 循环。用低流量置换膜元件中的水，排放一部分清洗液后，进行循环。循环流量以表8的范围为准。污染严重时，如果选择大流量循环，则有可能会产生压差过高的问题，从而损坏膜元件（单支膜元件最大压降0.07 MPa）。此时，采用以下方法进行操作比较可靠：}

_{- 循环运行开始 5 分钟，按设定流量 1/3 的量进行循环；}

_{- 循环 5 – 10 分钟间，按设定流量 2/3 的循环流量循环；}

_{- 10分钟后按流量要求循环。}

_{循环的时间要根据具体情况决定。一般以1小时为准。这期间要随时检测pH值是否变化。压力应该尽量保持较低的水平，尽可能的没有产水出现。同时监测压差是否有变化。}

离线清洗

（图为：单支膜元件的离线清洗系统示意图）

离线清洗是指从大系统中取出一支膜元件，用特定的清洗装置进行化学清洗。离线清洗主要有三个优点：

- 对系统中出现问题的膜元件进行有针对性的检测；

- 对大系统进行清洗前，检验单支膜元件的清洗效果试验；

- 用于小系统清洗，单支膜的清洗方式可以增加清洗的效果。

系统消毒

反渗透和纳滤膜元件可采用以下方法进行消毒或长期保存：

① 甲醛 ：浓度为 0.1–1.0% 的甲醛溶液适用于系统消毒或长期保存使用，至少应在膜元件使用 24 小时后才可与甲醛接触。

② 戊二醛 ：浓度为 0.1–1.0% 的戊二醛溶液适用于系统消毒或长期保存使用，至少应在膜元件使用 24 小时后才可与戊二醛接触。

注意：对新膜元件使用甲醛或戊二醛可能会导致水通量下降 10-20% ，因此应至少在膜元件使用 24 小时以后才允许与上述杀菌剂接触。无论如何，第一次与甲醛或戊二醛接触可能会造成水通量永久性降低，接下来的上述杀菌剂会导致水通量的暂时降低，需要充分将残余杀菌剂冲洗干净至系统恢复到原有的水通量为止。

③ 异噻唑啉 ：异噻唑啉由品牌为 Kathon 的水处理药品制造商提供，市售溶液含有 1.5% 的活性成分。在消毒和长期保存使用时建议浓度为 15-25ppm 。

④ DBNPA （二溴次氮基丙酰胺） ： DBNPA 是有效的杀菌剂。冲击性加入时， DBNPA 投加的活性浓度为 10-30ppm ，采用清洗系统循环膜系统 30 分钟至 2 小时。当持续加入时，应加入 0.5-1ppm DBNPA 溶液。 DBNPA 只适用于消毒；因为会引起膜元件降解且降低脱盐率， DBNPA 不适用于膜元件的长期保存。

⑤ 亚硫酸氢钠 ：亚硫酸氢钠能抑制微生物生长。控制微生物生长时，每天加入 500ppm 的亚硫酸氢钠溶液 30-60 分钟。长期保存时采用 1% 的亚硫酸氢钠溶液。

⑥ 过氧化氢 ：过氧化氢或含过氧乙酸的过氧化氢溶液可用来消毒。在采用过氧化氢杀菌时，必须确保配制溶液的水中没有过渡金属（铁、锰等），以免催化氧化而损坏膜元件。过氧化氢的浓度不应超过 0.2% ，且温度不应超过 25℃ 。过氧化氢不能作为膜长期停运的保护液。

当消毒的系统是制造饮用或食品行业用水的系统，需选择符合该行业生产标准规定的杀菌剂。