CN1696067A - 反渗透膜组件离线反清洗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反渗透膜组件离线反清洗系统，包括清洗水箱、膜容器和水泵。所述的清洗水箱为正洗水箱和反洗水箱，所述的水泵为正洗水泵和反洗水泵，正洗水泵的进水端通过管道与正洗水箱连接，正洗水泵的出水端通过正洗阀、管道与所述的膜容器的浓水侧连接；反洗水泵的进水端通过管道与反洗水箱连接，反洗水泵的出水端通过反洗阀、管道与所述的膜容器的淡水侧连接。在清洗的过程中，能使清水从反渗透膜组件的淡水侧流向浓水侧，从而使膜表面的污垢更容易被清除；在保证反渗透不承受背压的前提下，使淡水在渗透压的作用下透过反渗透膜，进入添加了盐分的浓水侧清洗液，从而使反渗透膜受到正洗，可有效提高清洗效果。

Description

反渗透膜组件离线反清洗系统

技术领域

本发明涉及一种水处理系统，具体是一种反渗透膜的离线反冲清洗系统。适用于反渗透膜组件的离线清洗。

背景技术

反渗透法脱盐系统在水处理工业中得到了广泛的应用，其原理是：在外加压力作用下使水溶液中的某些组分选择性透过一种用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的膜(反渗透膜)，从而达到淡化、净化或浓缩分离的目的。

目前，工业化的反渗透膜主要是不对称膜。即反渗透膜由一层很薄的致密表面(活性层)和一个至于其下的多孔支撑层构成。活性层作为对传质过程具有真正有选择性，基本上决定了膜的分离性能。相反，支撑层只是起着活性层的载体作用，基本不影响膜的分离性能。从制作工艺上讲，活性层是将均质的尽可能薄的聚合物膜涂到支撑体上。

由于反渗透膜元件的上述结构，在反渗透的运行过程中，反渗透膜基本不能承受背压(支撑层向活性层的压力)，只能受到从活性层向支撑层的压力，否则活性层将出现剥离，从而造成反渗透膜组件报废。

反渗透膜的污染方式可以分为以下两种：

a.由于结晶作用(结垢)而形成的膜堵塞

由于膜的选择性作用，在膜上总会发生体系中组分的浓缩(浓差极化作用)。对于悬浮态污染物来说，这种浓缩作用会直接导致形成覆盖层(污垢)。对于溶解的组分来说，只有在超过溶解度极限后才形成覆盖层(污垢)。污垢常常是在膜装置的最初几个单元形成，而污垢则是在最后几个单元中形成。

b.由于污物(污垢)引起的膜堵塞

进料中带入的悬浮态物质，或以胶体状溶解的物质，或由于微生物的滋生都会导致在膜上形成覆盖层，这在实际工程中是经常遇到的问题，给膜过程的可靠运转造成了很大的困难，这种覆盖层，对分离组分构成了相当大的附加阻力。通常，通量会下降到一个稳定的终值。以上两种污染方式对反渗透膜造成的污染，具体可以分为以下6类：悬浮固体和粒子，胶体，成垢盐，金属氧化物，生物污染物，和有机污染物。

反渗透膜的清洗类型。对于以上反渗透膜的污染，对系统的运行将起到消极影响。污染发展到一定的程度，需要对反渗透膜进行清洗，清洗方式可以分为以下三类。

a.物理清洗

通常使用透过液进入反渗透膜组件的料液侧，将反渗透膜表面上的污染物冲下来。

b.化学清洗

使用适宜的化学药剂，在一定的温度、流速下，使膜表面的污染物溶解或剥离，从而使反渗透膜的性能达到恢复。

c.物理-化学清洗

将物理和化学方法结合，提高清洗的效果。如在物理清洗时，在清洗液中加入表面活性剂。

反渗透膜的清洗的方式，对于反渗透膜，通常有两种清洗方式，分别为：

a.在线清洗

b.离线清洗

对反渗透系统进行清洗是对反渗透系统进行维护的重要内容，因此，清洗系统是反渗透系统的重要组成部分。清洗系统通常由以下部分组成：清洗水箱、清洗水泵、保安过滤器、加热器以及附属管道阀门。在进行清洗时，根据实际情况，在清洗水箱中配好一定种类和浓度的清洗液，由加热器加热到一定温度，使用清洗水泵将清洗液打入反渗透膜组，使反渗透膜得到清洗。由于在清洗过程中，膜组中反渗透膜的位置不变，与正常工作时相同，在线清洗存在以下缺陷：

a.串联数量过多

对于规模反渗透装置，通常采用6～7支反渗透膜串联使用一只压力容器的方式。在清洗过冲中，如果前面的反渗透膜通道受到堵塞，后面反渗透膜就不能得到有效清洗。

b.对不同位置的膜没有针对性

对于相同一个压力容器内的反渗透膜，由于所处的位置不同，所受的污染也不同。前面的膜组件由于最先同原料水接触，原料水中的悬浮物容易在膜表面沉积。对于后面的膜组件，由于原料水已经被原料水浓缩到一定的程度，难溶盐容易在膜表面沉积。因此，不同位置的膜组件受到污染的类型不同，应采用不同的清洗方法。但在线清洗不能区别对待一个压力容器内不同的反渗透膜。

c.流量不均衡

由于不同的压力容器的污染程度不同，在清洗过程中的水力特性也不同。在线清洗的过程中，不同压力容器的清洗液流量存在显著差异。污染严重的压力容器流量小，污染轻微的容器流量大，从而使部分膜组件不能得到有效清洗。

因此，对于在线清洗不能解决的情况，需要使用离线清洗。离线清洗指利用专门的清洗装置进行清洗的方式。离线清洗装置由下列设备组成：清洗水箱、清洗水泵、保安过滤器、加热器、清洗压力容器以及附属管道阀门。在进行清洗时，先将需要清洗的反渗透膜安装到清洗压力容器内，再进行清洗。

对于微滤、超滤膜，反冲是膜清洗的一种重要方式，可以取得很好的冲洗效果。

在膜正常运行的情况下，料液在压力的驱动下，透过膜，从而得到透过液。膜运行的过程，同时也是膜受到污染的过程。料液中的污染物(或结晶)在膜表面附着。对于微滤、超滤膜，可以利用反冲对膜进行清洗。即在外压得作用下，使用膜的透过液从同膜正常工作相反的方向通过膜，使膜得到清洗。

膜的反冲同膜的正冲，对膜的清洗机理的区别如下：

a.在膜进行正冲时，清洗液在膜进料侧的表面流动，流动方向同膜的表面平行。

b.在膜进行反冲时，清洗液从膜的产水侧进入进料侧，流动方向同膜的表面垂直。

由于在对膜进行反冲时，清洗液的流动方向同膜表面垂直，与正冲相比，同膜表面结合紧密的污染物容易从膜表面剥离，从而使膜得到清洗。因此，对于微滤、超滤膜，反冲是一种常用的清洗方式。

虽然反冲可以使膜达到有效的清洗，但常规的反冲方式不能应用到反渗透膜。反渗透是不对称结构，不能承受常规反冲过程对膜形成的背压。目前的反渗透膜组，由于不能实现反渗透膜的反冲洗，在清洗过程中，部分同膜表面接合紧密的污染物不能同膜表面剥离，从而造成清洗效果不佳。反渗透膜经过若干次清洗后，水通量将明显下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能应用到反渗透膜组件的离线反清洗系统。为解决上述所要解决的技术问题，本发明的反渗透膜组件离线反清洗系统，包括清洗水箱、反渗透膜组件和水泵。所述的清洗水箱为正洗水箱和反洗水箱，所述的水泵为正洗水泵和反洗水泵，正洗水泵的进水端通过管道与正洗水箱连接，正洗水泵的出水端通过正洗阀、管道与所述的反渗透膜组件的浓水侧连接；反洗水泵的进水端通过管道与反洗水箱连接，反洗水泵的出水端通过反洗阀、管道与所述的反渗透膜组件的淡水侧连接。

所述正洗水泵与所述反渗透膜组件的浓水侧之间设置有正洗调节阀。

所述反洗水泵与所述反渗透膜组件的淡水侧之间设置有正洗调节阀。

所述反渗透膜组件的浓水侧与淡水侧之间设置有单向阀。

所述反渗透膜组件为多个。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(一)在清洗的过程中，能使清水从反渗透膜组件的淡水侧流向浓水侧，从而使膜表面的污垢更容易被清除；(二)在保证反渗透不承受背压的前提下，使淡水在渗透压的作用下透过反渗透膜，进入添加了盐分的浓水侧清洗液，从而使反渗透膜受到正洗，可有效提高清洗效果；(三)反渗透系统进行反冲洗的实现，可以大大降低反渗透进水水质要求，简化预处理过程，降低运行成本，对环境也起到一定的保护作用。

附图说明

图1是本发明反渗透膜组件离线反清洗系统的示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作详细说明。

本发明提供了一种反渗透膜组件离线反清洗系统。该系统由正洗系统、反洗系统、膜容器及连接管路和阀门组成。该系统用于反渗透膜组件的离线清洗。为提高离线清洗的效果，本系统系用渗透原理，在保证反渗透不承受背压的前提下，使淡水在渗透压的作用下透过反渗透膜，进入添加了盐分的浓水侧清洗液，从而使反渗透膜受到反洗，可有效提高清洗效果。反洗原理如下：

根据反渗透的溶解扩散分离机理，高压侧浓溶液中各组分先溶于膜中，再以分子扩散方式通过厚度为δ的膜，最后在低压侧进入稀溶液。

在高压侧溶液-膜界面的溶液相及膜相的水和盐的浓度分别为c_w、c_s和c_wm′、c_sm′，在低压侧溶液-膜界面的溶液相及膜相的水和盐的浓度分别为c_wm″、c_sm″，同时设溶液和膜面之间水和盐能迅速建立平衡关系并遵循分配定律：

$\frac{c_{\mathrm{wm}}^{\′}}{c_w^{\′}}=\frac{c_{\mathrm{wm}}^{\′\′}}{c_w^{\′\′}}=K_w$

$\frac{c_{\mathrm{sm}}^{\′}}{c_w^{\′}}=\frac{c_{\mathrm{sm}}^{\′\′}}{c_s^{\′\′}}=K_s$

式中，K_w和K_s分别为水和溶质在膜于溶液间的分配系数。则任意组分(水或盐)的通量J_i主要取决于化学位梯度。

$J_i=-\frac{D_i{c}_i}{\mathrm{RT}}\×\frac{d{\mathrm{\μ}}_i}{\mathrm{dy}}=-\frac{D_i{c}_i}{\mathrm{RT}}[{\left(\frac{\∂{\mathrm{\μ}}_i}{\∂c_i}\right)}_{p,T}\frac{{\mathrm{dc}}_i}{\mathrm{dy}}+\stackrel{\‾}{V_i}\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{dy}}]---\left(1\right)$

式中J_i——组分i的通量，mol/(cm².s)；

D_i——组分i在膜内扩散系数cm²/s；

C_i——组分i的浓度，mol/l；

dμ_i/y——化学位梯度；

dc_i/y——浓度梯度；

dp/y——压力梯度。

由(1)式可见，水和盐的推动力有两部分组成，浓度梯度和压力梯度。

对于水的传递，可进一步推导出：

J_w＝-A(Δp-Δπ)    (2)

J_w——水的通量，mol/(cm².s)；

Δp——膜两侧的压力差，MPa；

Δπ——膜两侧溶液的渗透压差，MPa；

A——膜的水渗透性常数，mol/(cm².s.MPa)；

由(2)式可见，水的通量由膜两侧的压力差和膜两侧溶液的渗透压差决定，在膜两侧的压力差大于膜两侧溶液的渗透压差时，水从高浓度向低浓度方向流动，发生反渗透；而在膜两侧的压力差小于膜两侧溶液的渗透压差时，水从低浓度向高浓度方向流动，发生渗透现象。

本系统在进行反冲洗时，产品水侧的压力略低于反渗透膜浓水侧的压力，满足膜元件背压小于0.03MPa的要求。根据公式(2)，Δp为零，则水通量为J_w＝A(Δπ)，即在膜两侧溶液的渗透压差的推动下，产水侧的低浓度水透过反渗透膜进入到浓水侧。

对于单级反渗透来说，由于渗透物的渗透压在多数情况下很小，可以忽略不计，所以实际上可以单独通过下式计算渗透压差

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\π}}_{H_{2}O}=\mathrm{\β}\·R\·T\·c_s$ β＝1+α·(v-1)

α——离解度；    v——离解反应的化学计量系数

对于稀盐溶液，还可以将渗透压计算公式改写为

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\π}}_{H_{2}O}=b\·w_s---\left(3\right)$

对于NaCl溶液来说，b＝0.08MPa/质量分率，w_s为质量分率。

由于反冲洗要求推动力最小为0.3MPa。

${\mathrm{\Δ\π}}_{H_{2}O}>0.3\→w_s>0.3/0.08=3.75$

本系统需要控制浓水侧清洗液的含盐量大于3.75‰。

如图1所示，本发明的反渗透膜进行离线反清洗系统由正洗系统、反洗系统、膜容器及连接管路和阀门组成。反渗透膜组包括一个或多个膜容器，图1中示出两个膜组件5和6，每个膜容器可以安装一个或多个膜元件，图1中示出了分别安装了两个膜元件情况，膜元件1、2、3和4。正洗系统包括正洗水箱9、正洗水泵7、正洗阀12、正洗调节阀13、正洗水箱回水阀11等。反洗系统系统包括反洗水箱10、反洗水泵8、反洗阀14、反洗调节阀15等。正洗系统与反洗系统通过单向阀16连接。单向阀16只允许流体从左向右流动。本实施例中，正洗阀12和反洗阀14均采用电动阀。

应用本发明对反渗透膜进行离线反清洗的具体流程如下：

在清洗膜组件之前，所有阀门应处在关闭状态。

(一)安装反渗透膜：在进行清洗之前，应将待清洗的反渗透膜组件1、2、3和4安装到膜容器5、6中。

(二)冲洗：反渗透膜组件安装完毕后，用经5μm过滤器过滤后的清水注满正洗水箱9。将正洗水泵调节阀13调节到适当的开启度，开启正洗水泵7，打开正洗电动阀12，打开清洗排放电动阀17。清水将流过反渗透膜组件，将膜表面同膜结合程度较弱的污染物冲走。待从清洗排放阀排放的液体不再混浊时，关闭正洗水泵。

(三)反向清洗：经过冲洗后，应对反渗透膜组件进行正向清洗。根据反渗透膜污染状况，在正洗水箱内配制清洗液。另外，向清洗液中加入NaCl或其他盐类，使清洗液中的总含盐量大于1％。另外，向反洗水箱中注入经5μm过滤器过滤后的清水。调节阀13到适当开启度，打开阀11、12，启动正洗水泵7。待水泵运转稳定后，打开反洗电动阀14，启动正洗泵8，缓慢打开反洗调节阀15，尽量加大阀15的开启度，但应保证单向阀16左边的压力大于右边的压力。

Claims (5)

1、一种反渗透膜组件离线反清洗系统，包括清洗水箱、反渗透膜组件和水泵，其特征是，所述的清洗水箱为正洗水箱和反洗水箱，所述的水泵为正洗水泵和反洗水泵，正洗水泵的进水端通过管道与正洗水箱连接，正洗水泵的出水端通过正洗阀、管道与所述的反渗透膜组件的浓水侧连接；反洗水泵的进水端通过管道与反洗水箱连接，反洗水泵的出水端通过反洗阀、管道与所述的反渗透膜组件的淡水侧连接。

2、根据权利要求1所述的一种反渗透膜组件离线反清洗系统，其特征是，所述正洗水泵与所述反渗透膜组件的浓水侧之间设置有正洗调节阀。

3、根据权利要求1所述的一种反渗透膜组件离线反清洗系统，其特征是，所述反洗水泵与所述反渗透膜组件的淡水侧之间设置有正洗调节阀。

4、根据权利要求1所述的一种反渗透膜组件离线反清洗系统，其特征是，所述反渗透膜组件的浓水侧与淡水侧之间设置有单向阀。

5、根据权利要求1所述的一种反渗透膜组件离线反清洗系统，其特征是，所述反渗透膜组件为多个。

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