反渗透运行硫结垢黑色危机问题分析及对策

反渗透运行硫结垢黑色危机问题分析及对策

反渗透系统中的“硫结垢”主要并非指单质的硫磺（S?）结垢，而是指在特定条件下，水中的含硫物质（主要是硫化氢 H?S）被氧化或反应后，生成的胶体硫（S?） 和硫化亚铁（FeS） 等不溶性物质在膜表面沉积形成的垢体。这种垢体通常呈黑色或深褐色，质地粘稠，难以通过常规清洗去除，对RO膜的通量和脱盐率造成严重危害。

第一部分：硫从哪里来？如何变成垢？

1. 硫的来源：

水源本身：地下水、某些地表水或废水本身可能含有硫化氢（H?S），其带有典型的“臭鸡蛋”气味。硫酸盐还原菌（SRB）活动：这是更常见且隐蔽的来源。在系统前端、预处理不足或存在死水区的地方（如保安过滤器滤壳、管道低点），厌氧的SRB可以利用水中的硫酸根（SO???）作为营养源，将其还原为H?S。SO??? 有机碳源（SRB催化） →H?S

2. 成垢机理：
硫结垢的形成是一个复杂的化学和电化学过程，核心是氧化和共沉淀。

机理一：氧化生成胶体硫（S?）

进水中含有的H?S是还原性的。当水进入RO系统前，通常会投加氧化性杀菌剂（如次氯酸钠）。如果投加点距离RO膜过近或混合不均，部分H?S会被不完全氧化成非常细小的、亲水性的胶体硫颗粒。

 

H?S NaClO→S?（胶体）↓ NaCl H?O

这些胶体硫颗粒带负电，粒径极小（0.1-0.3微米），远超RO膜孔径，极易在膜表面沉积形成致密污堵。常规的多介质过滤器无法有效去除这类胶体。

机理二：与铁离子反应生成硫化亚铁（FeS）

系统管路、罐体或泵的腐蚀会产生二价铁离子（Fe??）。Fe??与H?S会发生瞬间反应，生成极其不溶的黑色FeS沉淀。

Fe?? H?S→FeS↓ 2H?

FeS垢非常稳定，质地如黑泥般粘稠，与胶体硫、有机物等混合后，清洗难度极大。

机理三：微生物垢的复合体

SRB本身及其产生的胞外聚合物（EPS）会形成一个粘性的生物膜层。这个膜层会吸附并包裹胶体硫、FeS以及其他颗粒物，形成一种极其顽固的复合污堵，加剧膜性能的衰减。

第二部分：系统对策—预防为主，处理为辅

解决硫结垢问题必须采用系统性的工程思路，从源头到末端进行全面控制。

对策一：源头控制与预处理强化

1. H?S的预先去除：

（1）曝气/脱气塔：对于水源中物理溶解的H?S，采用曝气（鼓风）或真空脱气是最高效、经济的方法。通过强制吹脱，可以将大部分H?S以气体形式排出系统。后续需配套设置足够容量的废气处理设施。

（2）化学氧化：在预处理前端（如混凝前）投加足量的氧化剂（如氯），并设置足够的反应时间，将H?S完全氧化为硫酸根（SO???）。关键是要确保氧化完全，并在此后通过活性炭过滤或投加还原剂（如亚硫酸氢钠）彻底去除余氯，避免氧化剂进入RO膜。

H?S 4Cl? 4H?O → H?SO? 8HCl

高级氧化：对于复杂水质，可考虑采用臭氧、过氧化氢等高级氧化技术。

2. 杜绝SRB的滋生：

（1）保持预处理系统清洁：定期对多介质过滤器、活性炭过滤器进行反洗和杀菌处理，避免形成厌氧环境。

（2）消除死水区：优化管道和罐体设计，保证水流顺畅，定期排空保安过滤器滤壳。

（3）非氧化性杀菌剂冲击式投加：定期（如每周一次）投加专用非氧化性杀菌剂，对系统进行冲击式杀菌，有效控制SRB等微生物的活性。

3. 严格控制铁含量：

选用耐腐蚀材料（如SS316L、UPVC、FRP），确保预处理单元（如多介质过滤器）对铁的有效去除率。

对策二：运行工艺优化

1. ORP（氧化还原电位）监控：

在RO进水管路上安装ORP仪表，ORP值是衡量水体氧化还原性质的直接指标。

将RO进水ORP稳定地控制在100mV以内，这明确表明水体处于还原状态，从而从根上避免了胶体硫的生成。

精确控制还原剂（亚硫酸氢钠）的投加量，以ORP读数作为反馈信号进行自动调节。

2. 还原剂的精准投加：

如果前端使用了氧化剂，还原剂的投加点必须足够靠前，保证与水流充分混合并有至少30秒的反应时间。定期校准ORP探头，确保读数准确。

对策三：清洗恢复

一旦发生硫垢污堵，常规的酸洗或碱洗效果甚微，必须采用专用清洗配方。

1. 清洗剂选择：

高pH碱性清洗剂 表面活性剂/分散剂：用于剥离有机污物和生物粘膜，分散胶体颗粒。

专用硫清洗剂（核心）：市场上已有商品化的专用硫垢清洗剂，其核心成分通常是强效的还原剂（如二硫苏糖醇DTT等）或络合剂，能够将FeS和S?分解、溶解。

典型步骤：

 

先用低pH清洗（如柠檬酸）去除无机垢（如碳酸钙），为后续药液接触创造条件。

再用专用硫清洗剂进行循环浸泡。浸泡是关键，通常需要长达8-24小时，并辅以间歇性循环，让药剂充分反应。

最后用高pH清洗剂进行最终清洗，将分解后的产物彻底洗出。

2. 清洗注意事项：

一旦发现一段压差异常升高，应立即诊断并清洗，污堵时间越长，清洗越困难。

适当提高清洗液温度（如30-40°C，不超过膜厂商要求）可大幅提高清洗效率。

严重结垢时，建议委托专业的膜清洗服务机构进行诊断和清洗，他们拥有更专业的药剂和经验。