最全的反渗透化学清洗方案

在反渗透处理之前，要对供给水进行预先处理，以尽可能地避免对膜表面的污染。最佳的操作条件（产水流速、压力、回收率和 pH 值）对于减少膜表面的污垢起到非常重要的作用。   一旦预处理过的给水中具有较高的 SDI15 （即使在允许的范围内）值，随着运行时间的增加，反渗透膜表面会有悬浮物、胶体和盐垢等沉淀产生的污垢。污垢将会导致膜元件的性能下降，具体表现为较低的产水流量和 / 或较高的溶质透过率和 / 或供给水和浓水之间的压差增大等。

    膜元件在实际运行中流量会时间的增长而降低，重复（定期的）清洗可以最大程度的恢复系统的性能。

但是在大多数情况下，污垢的去除将会带来暂时的缓解，正如图中“锯齿”模式所阐述的。

          为了使清洗工作取得最好的效果，膜元件必须在产生大量污垢前进行清洗。如
      果清洗工作延误太晚，那么将非常困难或者不可能从膜表面上彻底清除污垢并重新
      恢复膜性能至初始的状态。

          当进水和浓水之间的标准化压差上升了 15 ％，或标准化的产水量降低了 10% ，
      或标准化的盐透率增加了 5% 时，应该对膜系统进行清洗。

         在清洗之前确定膜表面污垢的类型是非常重要的。进行污垢类型确定的最好法
     是对 SDI 测试膜片上所收集的残留物进行化学分析，以确定污染物的主要类型，以便
     进行针对性的化学清洗。

         在不能采用化学分析的情况下，可以根据 SDI 的测定情况，测试膜片上残留物的
     颜色、密度，然后对污垢进行分类。比如，呈褐色的残留物引导我们判断是否为铁
     污垢；白色残留物则可能是硅、砂质粘土、钙垢等；晶状体外形是无机胶体、钙垢
     的一个特征；生物污垢或者有机污垢，除了从气味上分析判断外，通常还可以看出
     这类污染物呈现粘稠状。

        确定了膜表面的污染物，那么就必须选择正确的清洗程序。如果认为污垢为金属
    氢氧化物，比如：含铁的氢氧化物、或者钙垢，那么可以采用柠檬酸清洗；如果确定
    主要污垢为有机物或者微生物，那么建议使用碱性清洗方法。

        上面只是简要介绍了几种清洗程序。遵守所建议的清洗方法，通常都会得到较好
    的效果，如整个膜系统的压差应该减小到初始值，产水流量和脱盐率可以得到恢复。
    如果清洗之后系统的性能没有得到足够地改善，那么建议采用另外的推荐方法，这样
    可能会得到比较理想的结果。污垢容易附在膜表面或者保留在进水流道中。在许多案
    例中，清除膜污染需要采用几种连续的清洗方法。适宜地交替使用清洗剂的清洗方法
    比单独使用任何一种药剂进行清洗更加有效。

    采用低压、高流量的冲洗方法来去除膜表面最普通的灰尘。在显著的性能衰减之前使用该方法，对于消除轻度的有机物污染也是非常有效的。最好在反渗透系统停机后冲洗几个小时，以便于从膜表面分离污垢层。

    一般的冲洗操作条件如下：

        冲洗用水：   预处理过的给水  

        压力：   低压  (0.1-0.2MPa)

        流速：   尽可能高的流速，每支容器的压差最大为 0.2MPa 。  

        每支容器的最大给水流速：  8 英寸元件： 200 l/min

                  4 英寸元件： 50 l/min

        温度：  <35 ℃  

        冲洗时间：  0.5-1.0 小时  

        分别冲洗每支容器：   不要再循环使用冲洗的水  

     清洗所用化学物质与污染物相互作用，通过溶解或分离，从而从膜表面清除掉污染物。该方法通常在冲洗之后采用。定期进行化学清洗以及在系统出现重大故障之前进行预防性的维护是非常好的做法。在化学清洗之后，使用预处理过的原水或产水（最好采用）将污染物彻底地冲洗出 RO 系统。

   表 1.1 清洗注意事项

       化学清洗   如表 1.2 所列  

       清洗药剂配置用水   软化水或者产品水，无重金属、余氯或者其它氧化剂  

       清洗药剂量   每支 8 英寸元件： 40-80 升（取决于污垢程度）

       每支 4 英寸元件： 10-20 升（取决于污垢程度）  

       清洗操作压力   较低的压力   （ 0.1-0.3MPa ），通常不超过 0.4Mpa

       清洗流速   每支 8 英寸的压力容器： 6-9m3/hr

       每支 4 英寸压力容器： 1.8-2.3m3/hr

       清洗液温度   尽可能高，但是最高温度为 45 ℃，通常选择为 30-35 ℃，如果清洗溶
    液的温度超过 45 ℃，应安装冷却设备  

       清洗类型   每支压力容器分别交替进行再循环和浸泡  

       循环周期   建议每 0.5-1 小时（重复 2 – 3 次）  

       浸泡时间  2-24 小时（取决于污垢的程度）  

       清洗方法   最好进行分段清洗  

       清洗时间   最少 1-2 小时，取决于污染程度与应用的清洗方法  

   表 1.2 反渗透膜化学清洗剂的选择

       污染物   首选化学清洗剂   清洗条件   备选化学清洗液  

       无机盐垢（如钙垢）  0.2%HCl 溶液  pH 值： 1-2

       温度 <38 ℃  (1) 2.0% 柠檬酸

      （最好浸泡过夜）

                (2) 1.0%Na2S2O4

                (3) 0.5% 磷酸  

       金属氧化物（如铁、铝等）  1.0%Na2S2O4 溶液   温度 <35 ℃  (1) 0.5% 磷酸

                 (2) 2.0% 柠檬酸  

       不溶于酸的垢（ CaF2 、  BaSO4 、 SrSO4 、 CaSO4 ）  0.1%NaOH 溶液 +

                1.0%Na4EDTA 溶液  pH 值： 11-12

       温度 <30 ℃  SHMP 浓度 1%

       无机胶体（如淤泥）  0.1%NaOH 溶液 +

                 0.025%Na-SDS pH 值： 11-12

       温度 <30 ℃    

       硅垢  0.1%NaOH 溶液 +

                0.025%Na-SDS pH 值： 11-12 ；

       温度 <30 ℃；  0.1%NaOH 溶液 +

                 1.0%Na4EDTA 溶液  

       微生物  0.1%NaOH 溶液 +

                0.025%Na-SDS pH 值： 11-12

       温度 <30 ℃  0.1%NaOH 溶液 +

                1.0%Na4EDTA 溶液  

       有机物  0.1%NaOH 溶液 +

                0.025%Na-SDS

       通常作为第一步清洗  pH 值： 11-12 ；

       温度 <30 ℃；  0.2%HCl 溶液

        通常作为碱洗后的第二步清洗  

      注释 ：上述百分数均为其有效成分的质量百分比； SHMP 指六聚偏磷酸钠盐； Na-SDS
          指十二烷基磺酸钠； Na4EDTA 指乙二胺四乙酸四钠。

    说明 ：

         （ 1 ）      对于细菌污染物采用消毒和清洗剂清洗是最有效的。首先进
      行消毒，然后进行清洗剂去污处理。

         （ 2 ）      对于多种污染物同时并存的情况，通常需要多种清洗方结 
      合才能达到良好的效果。清洗顺序一般是先进行除铁清洗，然后进行酸
      性清洗，再进行碱性清洗。

         （ 3 ）      如果清洗后的脱盐率不理想，可以再使用酸性药剂对膜表面
      进行冲刷，最后用预处理后的水（最好是 RO 产品水）将清洗液彻底冲洗
      干净。

          在采用柠檬酸溶液进行清洗之前，先用软化水或者 RO 产品水对膜元件进行冲洗
      是非常必要的。

          （ 1 ）   用水充满清洗水箱

               用无氧化剂的软化水或者 RO 产品水充满清洗水箱。清洗水量由反渗透的
           膜元件尺寸和污垢的程度来决定（请参考表 1.1 ）。

        （ 2 ）    溶解柠檬酸

               向清洗水箱中添加柠檬酸（白色粉末），对溶液进行连续的搅动，使柠
           酸迅速和充分溶解，使柠檬酸溶液浓度达到 2% （质量百分比）。在添加药品
           之前，将大块的药品敲碎，以避免对搅拌器和水泵造成损坏。

           例如 : 配制 1,000 升溶液，需要用掉 20kg 的柠檬酸药品。

        （ 3 ）   使用氨水 (NH3) 或者氢氧化钠 (NaOH) 将溶液的 pH 值调整到指定的数值

               在搅拌的过程中，溶液的 pH 值用氢氧化氨来调节。必要的时候，使用排
           气系统吹散释放出来的氨气气体，将氨气气体的释放降低到最小。

               将溶液的 pH 值调节到 3.5 ，所需要的氢氧化氨 (NH4OH) 的量，可以通过加
           柠檬酸的量近似成比例地计算出，公式如下：

               氢氧化氨（ NH4OH ）的量  (100%) = 0.1 ×柠檬酸的量 (100%) ，单位为 kg

               例如，如果计算得到的柠檬酸为 20.4kg ，那么所需要的氢氧化氨的量 (30%
                          质量比 ) 是 6.8 kg ＝ (0.1 × 20.4)/0.3 。

           将清洗溶液进行低压循环，压力大约 0.1MPa 。要排放最初 10-15% 的清洗液，
       因为这部分溶液具有较高浓度的污染物，不应重复使用。

       在允许范围之内，水温越高越好，有助于获得更好的清洗效果。

     注释：

          清洗液温度不要超过 35 ℃。对于清洗来说，长时间的溶液循环是可取的，但是
      循环时间会受到水温升高的的限制。

          将膜元件浸泡在清洗溶液中，这对于溶解金属污垢是非常有效的做法。建议反
     复浸泡，并且交替进行溶液的循环。如果清洗溶液中含铁柠檬酸盐足量，那么溶液
     的颜色将变为黄绿色。如果溶液的颜色范围趋向于深黄色或者红褐色，说明所有的
     柠檬酸都已经与金属离子相结合。这种情况下，清洗溶液应该进行排放，重新配置
     清洗溶液，继续并完成清洗工作。

        排放所有清洗溶液，将清洗水箱完全排空，使用预处理产水或者 RO 产品水，从压
    力容器和管道中彻底清除和冲洗掉所有残留的清洗溶液。

       外表：                 白色晶体状粉末，没有块状物

                pH 值：               1.7 （ 100g/l 水溶液， 20 ℃）

       密度：                1.665g/cm3 （ 18 ℃）

       主要成分：            (HOOCCH2)2C(OH)COOH

       安全性防范：           有刺激性，较低的潜在危险性

        在使用十二烷基磺酸钠（ Na-SDS ）溶液进行冲洗之前，先用软化水或者 RO 产品水
    对膜元件进行冲洗是非常必要的。

        配制 0.025% （质量百分比浓度）十二烷基磺酸钠和 0.1% （质量百分比浓度）
     NaOH 溶液，控制溶液温度小于 30 ℃，其 pH 控制范围在 pH12 以内。此种方法最好作为
     系统的第一步化学清洗。

        将清洗溶液进行低压循环，压力大约 0.1MPa 。要排放最初 10-15% 的清洗溶液，因
    为这部分溶液具有较高浓度的污染物，不应重复使用。

    在允许范围之内，水温越高越好，有助于获得更好的清洗效果。

   注释 :

        清洗液温度不要超过 35 ℃。对于清洗来说，长时间的溶液循环是可取的，但是循
    环时间会受到水温升高的的限制。

        将元件浸泡在清洗溶液中，这对于溶解金属污垢是非常有效的做法。建议反复浸
    泡，并且交替进行溶液的循环。

        排放所有清洗溶液，将清洗水箱完全排空。使用预处理产品水或者 RO 产品水，从
    压力容器和管道中彻底清除和冲洗掉所有残留的清洗溶液。

         在清洗程序开始之前，先用软化水或者 RO 产品水对膜元件进行冲洗是非常必要
     的。

    （ 1 ）清洗水箱注水

             用无氧化剂的软化水或者 RO 产品水充满清洗水箱。清洗水量由反渗透系统
         的膜元件尺寸和污垢的程度来决定（请参考表 1.1 ）。

     （ 2 ）溶解 SHMP

            向水中添加 SHMP （白色粉末），小批量逐步添加，以达到 1.0% 浓度（质量
        百分比）溶液。   使用搅拌器连续地搅拌溶液，使化学药品均匀混合。

            例如：配制 1,000 升清洗溶液，需要 10kgSHMP 。

     （ 3 ）添加盐酸

           缓慢的将盐酸（ HCl ）添加到 SHMP 溶液中，直到溶液的 pH 值达到 2 。

           盐酸（ HCl ）是一种腐蚀性的无机酸，在处理盐酸时要注意安全规则。

     （ 4 ）校核 pH 值

           溶液的 pH 值应该接近，但是要大于 2 。   如果在清洗期间溶液的 pH 值升高超过
       3.5 ，则要添加盐酸（ HCl ）直到 pH 值恰好大于 2 。如果 pH 值降低到小于 2 ，使 NaOH
                进行调节。 NaOH 是一种腐蚀性无机碱，在使用时要注意安全规则。

       当将清洗溶液进行低压循环，压力大约 0.1MPa 。要排放最初 10-15% 的清洗溶液，
   因为这部分溶液具有较高浓度的污染物，不应重复使用。

   在允许范围之内，水温越高越好，有助于获得更好的清洗效果。

   注释：

        清洗液温度不要超过 35 ℃。对于清洗来说，较长时间的水流循环周期是可取的，
    但是循环周期会受到升高的水温的限制。

        将元件浸泡在清洗溶液中，改善整个处理过程的效果。对清洗溶液进行重复的浸
    泡和循环   （在 1 小时的清洗循环过程中，每 15 分钟浸泡 2 次）处理是一个好的方法。

        如果在循环过程中，溶液的 pH 值上升到超过 3.5 ，则要添加盐酸（ HCl ）直到溶液
    的 pH 值返回到 pH>2 的范围内。如果溶液的 pH 值迅速上升并超过了 3.5 ，则要排放清洗
    溶液，配制新的清洗溶液，并重复上述的清洗程序，已达到最佳的清洗效果。

       排放所有清洗溶液，将清洗水箱完全排空。使用预处理产品水或者 RO 产品水，从 压力容器和管道中彻底清除和冲洗掉所有残留的清洗溶液。

       外表：                   白色粉末，无气味

               pH 值：                  pH 值大约为 7(1% 水溶液 )

      溶解性：                 几乎没有限制

      浓度：                   大约 67%

      密度：                  0.95-1.05g/cm3(20 ℃ )

   注意：

       （ 1 ） 在使用 SHMP 过程中，应该佩戴正常的安全设施，比如手套和化学喷溅防
         护镜；。

       （ 2 ）    一旦眼睛接触到药品，立即用大量的清水清洗眼睛并就医；

       （ 3 ）    应该避免与皮肤长期接触，避免吸入粉尘；

       （ 4 ）    在使用之前熟悉供应商的 MSDS 。

     为了避免细菌的繁殖，建议将膜元件浸没在消毒溶液中进行消毒。消毒液可以采用质量百分比浓度为 0.2-0.3% 的甲醛溶液，由碳酸氢纳（ NaHCO3 ）溶液将 pH 值调节到 6-8 。

    上述方法是最为有效的消毒方法，并且在系统停机机的任何阶段都是可以使用的。

  注意： 由于甲醛具有一定的毒性，所以使用甲醛时，一定要注意甲醛使用的安全规
    定；

        膜元件在用甲醛溶液进行保存以前，必须在正常条件使用至少 24 小时，否则可能
    会导致产水流量大大降低。

        如果不能对系统应用甲醛进行消毒，建议使用下列替代溶液对 UTC 反渗透膜片进
    行消毒：

        东丽 RO 膜片   消毒溶液  

                   UTC-70 低压反渗透膜   溶液 A 或者 B

                   UTC-70U 超低压反渗透膜   溶液 A 或者 B

                   UTC-80 高压海水淡化膜   溶液 B

        可供选择的备选消毒溶液以及应用如下表所示。在系统停机状态下，膜元件可以
    浸没在这些消毒溶液中。

        消毒溶液   浓度（ ppm ）   处理的持续时间（ hr ） * （ 1 ）  

                  A ：过氧化氢（ H2O2 ） * （ 3 ）     2,000 –  10,000 1 * （ 2 ）  

                  B ：亚硫酸氢纳  5,000 –  10,000 没有限制  * （ 2 ）  

 说明 :

     （ 1 ）    与消毒溶液的接触时间不能超过持续时间，避免性能下降；

     （ 2 ）    使用 A 类消毒液在完成消毒以后，冲洗系统，并用符合要求的清洗用水充满
       系统，以便继续进行正常的操作；

     （ 3 ）    该应用中的过氧化氢必须用小于 0.2ppb 的去离子水配制；

     （ 4 ）    用来配制消毒溶液的水，必须没有游离氯或其它氧化剂；

     （ 5 ）    在用 H2O2 对膜元件进行消毒处理前，必须完全除去消毒液及膜表面的重金属
       离子，否则可能会引起膜的氧化性破坏；
       （ 6 ）    所有应用于膜元件的消毒溶液必须符合膜产品的清洗要求。