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反渗透膜的背压损坏分析及相关安全性研究

北极星环保网来源:工业水处理 杨程,等2017/6/1 8:58:16我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:反渗透 反渗透技术 海水淡化

以某电厂纯水车间背压损坏的BW30-400膜元件为例,进行单根膜元件测试分析。在进水NaCl为2000mg/L、进水压力为1.55MPa、回收率为15%的条件下进行测定,结果如表1所示。

表1:2支背压损坏的BW30-400元件标准测试数据

反渗透技术

由表1可知,F5755963和F5755965两支元件的标准产水量偏大,脱盐率急剧下降,显示膜片的脱盐层受到了破坏。针对这2只元件分别进行单元件探针实验,结果如图3所示。

反渗透技术

图3背压损坏2支元件的单只膜探针数据

图3中1号位置为元件进水端,17号位置为元件浓水端。对于正常的膜元件,由于膜元件自身的浓缩效应,从进水端到浓水端的产水电导率应有轻微上升。然而对于这2只背压损坏的元件,则可发现其产水电导率自进水端到浓水端急剧上升,说明背压损坏主要集中于元件的浓水一侧,而进水端未发现明显损坏。

对背压损坏的膜元件分别做解剖分析,并在染色之后再解剖分析。结果表明,膜元件解体后,反渗透膜面仍然保持干净无污垢的状态,说明元件并未经历严重的污堵或结垢。元件浓水端反渗透复合膜沿胶水线一侧发生气泡状剥离,这是背压在反渗透膜上最为典型的表现。

这些气泡虽然在目视条件下保持连续的膜表面,但其脱盐层已经由于强烈的拉伸而失去脱盐功能,这在膜元件的染色实验中得到进一步验证。染料大分子透过反渗透元件进入产水,导致产水显示出淡红色,并在元件解体之后可见背压处被染料渗入,说明这里的膜片存在物理性损伤。

值得指出的是,反渗透膜的背压损坏不同于膜的污堵或结垢等故障。后者可通过合理的化学清洗得到一定程度的减轻,膜元件仍有性能恢复的可能;而背压损坏是对膜片本身的物理性损害,一旦发生则无法通过其他手段进行挽救,只有更换所有损坏的膜元件才能使系统恢复。

2反渗透系统背压损坏的成因分析

2.1系统开机时的停泵背压

反渗透系统开机前未开启产水阀门,直接启动高压泵,这样操作会导致产水流量计显示为零,大多数人遇到这种情况的第一反应是直接关闭高压泵电源。这种操作是错误的,直接关闭高压泵电源会导致进水压力迅速归零,而此时产水管路内的荷压很高,无论爆破膜是否发生爆破,都会直接导致膜元件的背压。遇到这种情况的正确做法是先打开产水阀就地排放,卸掉产水管路内的压力再关闭高压泵。

2.2系统产水止回阀失效导致背压

在多套反渗透系统共用1个产水母管向产水箱供水的情况下,个别系统停机、其他系统正常运行有时也会发生背压,这种情况往往是停机系统的产水止回阀失效造成的(例如停机后阀芯卡在法兰垫片上没有落下)。

因为无法预知止回阀何时失效,这种情况发生时一般都比较隐蔽。一个典型例子是,某次探针测试时打开1个压力容器端盖的堵头,虽然该套系统的进水阀门已经完全关闭,但从拆开的端盖堵头处一直往外喷水,后查明是该套系统的产水止回阀失效,其他系统的产水通过产水母管倒流回该停机系统的产水管路。此时的产水侧压力虽然不足以使爆破膜发生爆裂,但足够造成膜元件的背压。

2.3单泵推双级系统的停机背压

顾名思义,双级反渗透系统只有1个高压泵,设置在一级系统进水处,一级系统产水管直接作为二级系统进水管,管路中间无水箱和二级高压泵。此种系统的步序设计需要仔细斟酌,一级产水管处(即二级进水管)荷压一般在0.4~0.8MPa,若没有卸压而直接关闭高压泵电源则会直接造成一级系统膜元件的背压。为保护膜元件,这种设计一般需在一级产水管处增加1个三通,额外接1个产水排放阀,停机时首先打开产水排放阀,再关闭高压泵的电源。

2.4产水水箱位置过高导致背压

产水箱位置太高造成产水管到产水箱的液位差太高,因而反渗透系统需要在运行时维持较高的产水背压驱使产水进入产水水箱。如果同时发生产水止回阀失效或装反的现象,在系统停机时也容易造成膜元件的背压。

2.5化学清洗时的背压损坏

由于设计系统时未设置产水清洗回流管路,在系统化学清洗时运行人员没有打开产水阀,造成产水侧荷压,化学清洗结束后直接关闭清洗泵也会造成背压。

2.6伪造爆破膜导致背压

部分水处理设备的运行部门为节约资金或防止爆破膜频繁爆裂影响生产,直接用胶垫或金属薄片加工成爆破膜也可能导致背压。例如某电厂水处理车间直接用金属片替代爆破膜,结果发现金属片已经受压变形,但由于金属材料无法破裂并及时释放产水压力,爆破膜应有的保护作用未能发挥,该产水背压最终导致了反渗透系统的背压损坏。

延伸阅读:

微滤反渗透深度处理高盐度农药废水

浅析膜式法海水反渗透系统安装工艺及应用

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