反渗透运行步序对膜系统的影响
[摘 要] 如今反渗透脱盐技术已成为水处理系统的主要工艺，膜系统的稳定运行对整个水处理系统尤为关键。本案例为某钢铁厂反渗透系统新膜元件在短短2个月的运行时间内，脱盐率出现了急速衰减的现象，经检查为膜系统运行步序及运行方式的问题。
[关键词] 反渗透；运行步序；脱盐率
1 项目概况
本案例为某钢铁厂水处理系统，设计水源为坑道水（地下水），经水厂混凝沉降处理后进入本单元。
一级反渗透系统设计出力：2×80m3/h，回收率75%，采用12:6（6芯）的两段式（左右）排列，每套反渗透系统安装膜元件108支，膜元件采用DOW的BW30FR-400。
工艺流程：
原水→原水箱→原水泵→多介质过滤器→自清洗过滤器→超滤装置→超滤水箱→UF产水泵→保安过滤器→一级高压泵→一级反渗透装置→一级水箱→二级高压泵→二级反渗透装置→二级水箱→EDI给水泵→EDI装置→除盐水箱
一级反渗透浓水→浓水RO升压泵→保安过滤器→浓水高压泵→浓水RO→一级水箱
2 问题的出现
自2021年1月初开始调试时，一级反渗透系统的运行压力、压差及产水流量数据均比较稳定，系统的脱盐率除在前15天左右时间还相对稳定外，随后***出现了急速衰减的情况（其中#2反渗透系统尤为严重）。
图1、图2分别为#1、2反渗透系统脱盐率变化的趋势图：
图1：#1反渗透系统脱盐率变化曲线图
图2：#2反渗透脱盐率变化曲线图
对#1、#2一级反渗透系统从新系统调试运行后2个月内的运行数据进行记录整理，了解到该两组系统脱盐率的变化情况：自1月19日调试后两组反渗透系统的脱盐率已开始出现了明显下降趋势，且下降有一定的阶段性。其中以#2反渗透系统尤为严重，其脱盐率由99.3%下降到93.2%，也***是说短短2个月的运行中，该组系统脱盐率已经下降了6.1%，且脱盐率衰减速度越来越快。
3 系统检查诊断及分析
3.1
反渗透产水水质的检查
针对#1、#2反渗透系统脱盐率急速衰减的问题，对系统运行流程及加***式进行全面的检查：该系统水源经水厂处理后，通过多介质过滤器+超滤过滤后进入一级反渗透系统，与一级反渗透进水管路设计投加还原剂亚硫酸氢钠，通过ORP数据监测结果自动调整还原剂加药泵频率，因来水余氯基本不存在，故还原剂加药泵基本处于停运状态。同时根据#1、#2反渗透系统运行压力、压差及产水流量处于较为稳定的运行状态来判断，其不符合膜系统因余氯氧化导致的脱盐率衰减，故可排除膜系统被氧化而出现化学性损伤的情况。
对2组反渗透系统单管产水电导率进行检测（原水电导率为1600~1800μs/cm），具体数据详见表1和表2：
从以上两个表中数据来看：检测2组反渗透系统膜壳两侧单管产水电导率（单支容器布置在装置***上部的不能取到水样，这是产水有负压所致），一段产水的电导率普遍高于二段的产水电导率，而一般正常情况应该是二段的产水电导率高于一段产水电导率两倍左右，说明一段膜元件有较严重的伤害，且主要是机械伤害所致（#2反渗透伤害尤为严重）。
3.2
反渗透运行步序的检查及分析
针对#1、#2反渗透系统脱盐率急速衰减的问题，对系统运行流程及加***式进行全面的检查。
经检查：反渗透装置在启动时，当低压冲洗完成后，先停运低压冲洗泵、关闭冲洗电动阀和浓水排放电动阀，再打开高压泵出口电动慢开门，然后启动（工频）高压泵。反渗透停运行时，先停运高压泵，然后进行低压冲洗，再停运冲洗水泵和关闭冲洗电动阀和浓水排放电动阀。
该启停步序中存在几方面的问题：
a、高压泵出口电动慢开门未发挥应有的作用，自动启动时电动慢开门完全打开后，再工频启动高压泵
b、系统停机时，高压泵也是瞬时停止运行后再关闭电动慢开门。
该系统在自动启停过程中，均存在系统运行压力瞬时急速上升和下降，对系统进水侧及出水侧膜元件均会有一定压力冲击，对膜元件造成机械性损伤，影响反渗透系统的脱盐率。
3.3
反渗透产水水质的检查
由于该水处理系统本阶段用水量偏小，且系统设计一级反渗透产水箱及二级反渗透产水箱均为50m3的不锈钢水箱，水箱容积也偏小，而系统运行时采用的是2组反渗透系统同开同停的自动运行方式，导致反渗透系统处于过于频繁启停的状态，详见图3：
图3：反渗透系统开停机状态与时间的曲线图
从反渗透系统的历史运行曲线来看：一级反渗透系统处于开机运行十分钟左右后即停机，停机约二十分钟后又开机运行的反复状态，而如此反复、频繁的系统启停，加重了反渗透膜元件遭受高压冲击的程度，膜元件脱盐率受影响也越严重。
4 解决措施
4.1
反渗透运行方式的调整
针对车间供水量偏小以及一级产水箱容积小的情况，对于反渗透的运行方式进行调整，采用一用一备的运行方式，同时将反渗透产水箱的高低液位设定拉宽，增加反渗透产水箱的缓冲余地，延长反渗透系统的开机运行时间，尽量减少反渗透系统的开停机次数。
4.2
反渗透运行步序的调整
对反渗透系统的启停步序做适当的调整，因整体调整难度大，对于现阶段的自动运行步序只进行了微调。具体如下：
反渗透装置在启动时，当低压冲洗完成后，先停运低压冲洗泵、关闭冲洗电动阀，再打开高压泵出口电动慢开门，然后启动（工频）高压泵，再关闭浓水排放电动阀，反渗透投入运行。反渗透停运行时，先打开浓水电动排放阀，再停运高压泵，然后打开冲洗电动阀、启动低压冲洗水标进行低压冲洗，再停运冲洗水泵和关闭冲洗电动阀和浓水排放电动阀。
5 处理结果
经过反渗透的运行步序调整后，#2反渗透系统的脱盐率逐步稳定，同时随着反渗透系统运行时间的延长，膜系统脱盐率还呈现出缓慢上升的趋势（详见图4），说明一级反渗透系统前期脱盐率衰减问题主要为反渗透系统的运行步序及运行方式导致。通过相对应的调整后，系统脱盐率趋于稳定，但因膜元件已经受到机械性损伤，属于不可逆的损伤，膜系统脱盐率已无法恢复到新膜状态。
图4：#2反渗透系统调整后脱盐率变化趋势图
6 结语
（1）反渗透合理的运行步序设置对于膜系统的安全稳定运行尤为重要，高压泵应配备变频器或泵出口安装电动慢开门，均可实现膜系统启停时进水压力呈缓升及缓降的状态，该过程中系统的升压或降压速率应低于每秒0.07MPa，避免在系统启停过程中对膜元件产生一定的机械冲击。
（2）对于有缺陷的运行步序，反渗透频繁的启停操作，不可避免的对膜元件会有更多、更大的压力冲击问题，降低反渗透膜元件的使用寿命，因此应根据不同的系统制定不同的运行方式，延长反渗透系统的运行时间，尽量减少系统的启停次数。