双级联动反渗透系统故障分析

为了提高反渗透系统的产水水质，在工程应用中往往采用双级反渗透系统，后续工艺根据需要采用EDI、混床工艺或直接使用。本文针对某电厂双级反渗透运行中的故障进行了现场调查，并对故障产生原因进行了分析。

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故障概述

现场采用地下水为水源，工艺为超滤 +双级反渗透+EDI，双级反渗透直接通过管路连接，一级8：6排列，二级6：3排列，均为6芯。启动系统后约3个月左右，现场一级反渗透系统脱盐率大幅度降低。

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系统检测与分析

2.1 系统运行数据采集与分析

根据系统采集数据看，该系统一级膜组回收率接近 80%，但系统压差较小，脱盐率较差（仅73%左右）。初步怀疑系统由于回收率过高导致结垢问题（见表1）。

表 1 一级系统原始运行数据

2.2 膜壳电导率检测

从膜壳电导率看，一段整体较低且平均，二段约是一段电导率的 14~30倍，表明二段存在影响系统整体脱盐率的故障（见表2）。

表 2 膜组单支膜壳电导率检测数据

2.3 二段进行探针检测

探针结果发现膜壳在浓水侧的产水电导率约是进水侧产水电导率的 2.3~3.6倍，在靠近浓水侧均出现先降低后升高的现象，且二段单支膜壳电导率波动较大，波动较大不符合结垢现象导致的脱盐率降低现象，因此暂时无法判断是否存在结垢问题或者由于机械泄漏导致电导率升高（见图1）。

图 1 探针结果

2.4 根据数据进行现场模拟计算

根据现场获取的水质和运行数据，采用计算软件进行了模拟，发现模拟结果存在以下问题（报警信息参考图 2）：

①二段浓水量不足的报警，这表明膜表面浓水量无法满足系统需要的最低流速，易造成膜污染或结垢；

②浓水LSI较高，系统结垢报警。正常情况下通过阻垢剂可控制系统结垢，但系统由于回收率过高时，原有阻垢剂加药量可能无法阻止结垢问题的发生。

图 2 模拟计算报警信息

2.5 拆膜壳检测

现场拆膜壳进行检测，开启膜壳后发现二段膜元件存在较为严重的结垢问题（见图 3 ）：

图 3 拆膜壳检测结果

①浓水侧端盖存在较多白色垢体，经过盐酸处理，出现较多泡沫，之后溶解（初步判断为碳酸盐结垢）；

②二段浓水侧最后两支膜元件存在明显结垢现象，前四支膜元件结垢现象不能通过眼睛观察到。

但由于二段膜壳产水电导率波动较大，不符合反渗透系统结垢后二段膜壳电导率相对均匀升高的现象，尽管发现有结垢问题，仍不能排除存在其它故障。为了安全起见，后期从现场取走一支二段膜元件进行了膜元件解剖分析。

2.6 膜元件分析结果

①膜元件超重：膜元件重量17.04 kg，超重较多；

②膜元件脱盐率非常低：产水电导率接近原水；

③膜元件解剖：

膜表面观察无明显污染物，但手触摸存在颗粒物，滴酸产生气泡，表明存在碳酸盐结垢；膜表面存在鼓泡现象，表明二段存在背压现象；膜片染色试验发现膜片存在明显渗漏，表明膜元件膜片损伤（见图 4）；SEM观察发现大量片状结垢，主要成分为碳酸盐，同时存在磷酸盐（见图5）。

图 4 染色试验结果

图 5 膜表面污染物分析结果

通过膜元件分析，表明二段膜元件存在严重的结垢问题导致系统脱盐率降低，同时二段存在背压现象，这使得二段膜壳产水电导率分布不均衡。因此，系统同时存在背压和结垢两种故障导致整体脱盐率降低。

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系统故障处理过程

3.1 化学清洗

于现场检测时无法判断是否存在背压，仅发现严重结垢问题，因此现场对结垢严重的二段膜元件进行了彻底在线清洗。清洗过程中及时检测 pH值的变动，及时补充药剂直至pH不再增长为止。清洗前后数据如下：

3.1.1 二段清洗前后膜壳电导率变化

表 3 清洗前后膜壳电导率变化

3.1.2 系统清洗前后运行数据对比

通过清洗前后对比发现：清洗后系统脱盐率进一步降低，表明碳酸盐结垢问题处理之后，系统仍存在明显的故障导致脱盐率降低，这说明二段可能存在机械泄漏或背压问题，这一点在后来的膜元件检测中得到了验证（见表 4）。

表 4 清洗前后运行数据变化

3.2 回收率调节

根据现场数据模拟结果发现系统回收率过高，现场对回收率进行了调节，从 80%左右降低到75%左右，调节前后运行数据对比如下：

3.2.1 系统运行数据对比

表 5 回收率调节前后运行数据变化

3.2.2 二段膜壳电导率数据对比

表 6 回收率调节前后二段膜壳电导率变化

通过回收率调节，二段膜壳电导率平均值降低了 49.2 us/cm。

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故障原因分析

4.1 结垢原因分析

①系统结垢的主要原因是系统回收率过高，一般6芯两段系统的典型回收率是75%，回收率过高易造成二段结垢问题，该系统结垢主要是由于过高的回收率导致；

②通过现场调查了解到导致结垢的另一个特殊原因：现场安装二段膜元件时膜元件安装方向错误，即膜元件盐水密封圈放置在了膜元件前端，由于盐水密封圈为楔形结构，导致部分原水（N1）未经过膜元件过滤，直接经过膜元件外壁与膜壳的缝隙成为浓水的一部分，使得膜系统在产水量（P）相同情况下，实际的浓水量（N2）数值上低于表观浓水量（N1+N2），实际膜系统的回收率（R=P/（P+N2））高于表观回收率（R表=P/（N1+N2）），导致严重的结垢问题。

③膜表面污染物中含有较多的磷元素，不能排除阻垢剂问题导致结垢。

4.2 背压原因分析

现场检测没有发现明显的可能导致背压现象的故障，但初步怀疑背压的产生与两级反渗透之间直接管路连接有关，在系统停机时，两级反渗透同时停机，导致一级产水管出现瞬时背压问题。但现场仪表无法显示背压的产生。一般来讲，在运行中常见的背压故障发生情况如下：

①分段化学清洗时产水侧回流阀未开启导致未清洗的膜元件背压受损；

②产水侧压力较高，意外停机导致背压；

③产水管路出口过高，且膜组产水管路未设置单向阀或单向阀失效；

④膜组产水管路阀门内漏，且产水管路单向阀失效，导致未运行膜组反向进水导致背压。由

于内漏产生的背压很难在运行过程中被发现。

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故障处理的建议

5.1 系统故障建议

①系统回收率需要控制，不可盲目提高回收率；

②于两级联动系统，建议考虑在一级系统和二级系统之间增设缓冲水箱，防止由于故障停机或系统自控问题导致的背压问题；

③安装膜元件时必须按照正确的安装方法进行；

5.2 其它问题建议

①考虑在一级反渗透进水加酸控制pH值，降低碳酸盐结垢趋势；

②对于新项目，现场运行最好考虑进行水质全分析，以防建设期水质检测与运行期水质不符，导致系统污堵或结垢。