某科技公司反滲透系統(tǒng)故障診斷

1、反滲透系統(tǒng)故障診斷(Troubleshooting for RO System)北京海德能科技有限公司第一頁，共四十七頁。1反滲透系統(tǒng)性能下降的依據(Evidence of Performance Decline for RO System)標準化壓差上升15% Normalized DP (Differential Pressure) increased 15%標準化產水量降低10 Normalized permeate flow decreased 10%標準化透鹽率增加5 Normalized salt passage increased 5%第二頁，共四十七頁。2反滲透系統(tǒng)性能標準化的

2、重要性(The Importance of Normalization)標準化之前脫鹽率變化顯著標準化之后脫鹽率變化平穩(wěn)膜系統(tǒng)真實性能反映的需要(Demand of actual performance for RO system)第三頁，共四十七頁。3影響反滲透性能的因素(Factor Affecting RO Performance)溫度(temperature)壓力(pressure) 回收率(recovery)進水含鹽量(feed water concentration)pH值污染(fouling)結垢(scaling)膜劣化(degradation of membrane)第四頁，共

3、四十七頁。4操作條件對反滲透性能的影響(Performance VS. Operating Conditions)第五頁，共四十七頁。5脫鹽率（Salt Rejection）水通量(Permeate Flux)壓降(DP)給水壓力(Feed Pressure)分離層電荷強弱(The strength of PA layer charge)產水流道是否堵塞(The permeate channel spacer is unblocked or not)給水流道是否堵塞(The feed channel spacer is unblocked or not)膜性能變化與故障宏觀表現之間的關系(Re

4、lationship Between Membrane Performance and Trouble)給水、產水流道是否堵塞(Feed and permeate channel spacer are unblocked or not)第六頁，共四十七頁。6反滲透系統(tǒng)故障癥狀及原因(Symptoms, Causes for RO System Troubleshooting)透鹽率Salt Rejection Passage增加Increase正常Normal下降Decrease物理損傷Physical injure氧化Oxidation膠體污染Colloidal fouling結垢Scali

5、ng溫度升高Temperature up產水管泄漏Permeate tube leak“O”型圈泄漏“”ring leak連接泄漏Coupling leak背壓Back pressure微生物污染Biological fouling微粒污染Particulate fouling有機物污染Organics fouling溫度下降Temperature down第七頁，共四十七頁。7反滲透系統(tǒng)故障癥狀及原因(Symptoms, Causes for RO System Troubleshooting)產水通量Permeate Flux下降Decrease正常Normal增加Increase結垢Sc

6、aling溫度下降Temperature down生物污染Biological fouling氧化物污染Oxide fouling膠體污染Colloidal fouling微粒污染Particulate fouling有機物污染Organics fouling氧化Oxidation溫度升高Temperature up產水管破損Permeate tube breakage連接泄漏Coupling breakage物理損傷Physical damage第八頁，共四十七頁。8壓降Differential Pressure降低Decrease正常Normal增加Increase結垢Scaling生物污

7、染Biological fouling氧化物污染Oxide fouling膠體污染Colloidal fouling微粒污染Particulate fouling少量有機物污染Little organics fouling嚴重氧化Serious oxidation大量有機物污染Plentiful organics fouling反滲透系統(tǒng)故障癥狀及原因(Symptoms, Causes for RO System Troubleshooting)流速下降Flow rate decline第九頁，共四十七頁。9給水壓力Feed Pressure下降Decrease正常Normal增加Increa

8、se結垢Scaling溫度降低Temperature down生物污染Biological fouling氧化物污染Oxide fouling膠體污染Colloidal fouling微粒污染Particulate fouling氧化Oxidation溫度升高Temperature up產水管泄漏Permeate tube breakage連接泄漏Coupling breakage膜破裂Membrane break大量有機物污染Plentiful organics fouling高壓泵故障High pressure Pump trouble反滲透系統(tǒng)故障癥狀及原因(Symptoms, Caus

9、es for RO System Troubleshooting)第十頁，共四十七頁。10反滲透系統(tǒng)故障組成(Composition of RO System Trouble)注：信息來自Khedr博士在“脫鹽與水回用” 期刊中的文章，vol10/3 (2000) 8-17 第十一頁，共四十七頁。11微生物污染(Organics Fouling)產生原因(Causes)：進料水含有大量微生物未得到良好的殺菌消毒處理；絮凝劑過量投加;過量的SBS投加促進硫磺氧化菌滋生；不適宜的阻垢劑投加。對性能的影響(Effects)：產水量下降、透鹽率增加、壓差增大進而導致望遠鏡現象、產品水可能受到微生物污染

10、。產生位置(Location)：最初首段最易污染，進而全段受微生物污染。產水管上的生物薄膜膜表面上的藻類生物污染膜表面上的硫磺氧化菌污染壓力容器里的生物污染第十二頁，共四十七頁。12有機物污染(Biological Fouling)產生原因(Causes)：進料水含有大量有機物及油脂未得到合理處理；進水含有陽離子性聚電介質。顯著標志為進水TOC及SDI過高。對性能的影響(Effects)：水通量損失甚至不可逆衰減、透鹽率增加、壓差增大。產生位置(Location) ：最初首段最易污染，進而全段受有機物污染。端板上的有機物及膠體濃水格網上的膠體污染膜表面上的油脂污染第十三頁，共四十七頁。13鐵污

11、染(Iron Fouling)產生原因(Causes)：進料水含有二價鐵受到氧氣攻擊；含鐵絮凝劑過量轉為膠體；管路腐蝕產物的沉淀；高堿度的地下水源形成FeCO3等。對性能的影響(Effects)：水通量降低、透鹽率增加、壓差增大。產生位置(Location) ：最初首段最易污染，進而全段受鐵污染。膜元件端面受到鐵污染解剖后膜表面上的嚴重鐵污染第十四頁，共四十七頁。14結垢(Scaling)產生原因(Causes)：進料水難溶鹽濃度超過溶度積沒有投加阻垢劑；阻垢劑投加不適當；過高的回收率；不適宜的操作參數（如：過高pH值控制硅垢發(fā)生CaCO3沉淀）。對性能的影響(Effects)：水通量降低、透

12、鹽率增加、壓差增大。產生位置(Location) ：一般最末端膜元件最容易產生結垢。壓力容器部件內部形成致密垢層膜表面上的致密垢層第十五頁，共四十七頁。15膜劣化(Degradation of Membrane)形式(category)：氧化（oxidation)、壓密（compaction)、膜材料降解（degradation)。產生原因(Causes)：進料水含有氧化性物質（如余氯等）沒有得到良好的處理導致膜被氧化；水錘及超限高壓運行導致膜壓密；超限酸堿清洗導致膜材料降解等。對性能的影響(Effects)：氧化及膜材料降解導致透鹽率增加、水通量增大、壓差不變或減??；水錘導致透鹽率減小、透鹽

13、率減小、壓差增大。產生位置(Location) ：首端膜元件最容易發(fā)生氧化、膜材料降解、水錘破壞。第十六頁，共四十七頁。16膜元件物理損傷(Physical Damage)形式(category)：背壓(back pressure)、望遠鏡現象(telescoping)、格網沖出(spacer pushing out)、ATD脫落(ATD pushing off)、玻璃纖維層破壞(damaged fiberglass shell)等。產生原因(Causes)：背壓超限、壓差過大等。對性能的影響(Effects)：不能正常使用膜元件。產生位置(Location) ：背壓一般末端元件最易發(fā)生；壓差

14、過大造成的其它物理損傷任何一段俱可發(fā)生。膜背壓破壞造成PA層鼓泡玻璃纖維層破壞望遠鏡現象：中心管突出望遠鏡現象：端面內凹第十七頁，共四十七頁。17 Membrane CompanyEngineeringCompanySurface AnalysisPerformace TestCleaningAutopsyMembrane SampleTSCenterRejectionFluxPressureDPOperating Data NormalizationNote DateFeed PressureConcentrateFluxFeed ConductivityFeed Temp.Concentr

15、atePressurePermeateFluxPermeateConductivityPermeatePressureServiceWatch(望): ColorSmell(聞): SmellAsk(問): ProcessTouch(切): FeelElementWorkerOperatingEngineerPretreatmentTest EngineerDesignEngineerChecking ApparatusTestingChecking ProcessCIPDIPDiagnosingExperienceMeasuresEngineeringCompany & User反滲透故障診

16、斷邏輯思維(Diagnosis Logic Thinking )第十八頁，共四十七頁。18獲取真實運行記錄。 To get actual operating data.現場檢測水質是否波動。 To check water quality changed or not. 對儀器儀表進行校核。 To check apparatus and instrument.對運行數據進行標準化。 To normalize operating data.“望聞問切”檢查膜系統(tǒng)。 Watch: Color; Smell: Odor; Ask: Process; Touch: Feel. 運行記錄猶如病歷卡：非常重

17、要！標準化：獲取真實的運行性能。故障診斷的首步(The First Step for Troubleshooting)第十九頁，共四十七頁。19定位泄漏點尋找分布規(guī)律(Pressure Vessel Profile) 尋找每支壓力容器產水水質分布規(guī)律 The “pressure Vessel Profile” is a measurement of the permeate concentration from each individual vessel.確定系統(tǒng)中哪一支壓力容器具有高透鹽率。 Identifies which vessels in an array have high sa

18、lt passage. 對照啟動時此壓力容器產水水質情況。 A pressure vessel pro be taken at startup, as a baseline record. Pressure Vessel Pro: 24:12 array at 75% recovery 第一段 第二段第二十頁，共四十七頁。20膜元件采樣原則(Rule for Choosing Elements)壓力容器進水端首支膜元件 考察膜元件氧化、污染等。壓力容器末端膜元件 考察膜元件結垢等。其它性能明顯下降及外觀遭受破壞的膜元件不能肯定故障所在時，首端及末端膜元件都采樣分析進行污染物清洗試驗時，選取相連

19、或并聯膜元件進行對比觀察 第二十一頁，共四十七頁。21膜元件檢測方法(Method for Elements Test)探針測試 Pressure vessel probing test真空度下降測試 Vacuum decay test膜元件及膜片標準測試 Performance test under standard test condition for elements and coupons離子分離性能測試 Rejection test for ionic charge膜元件解體分析 Autopsy analysis for elements 染色測試 Dying test吡啶顯色實驗

20、Color charge test for PA dip in pyridine solution 污染物分析及化學清洗試驗 Fouling analysis and cleaning experiment 第二十二頁，共四十七頁。22現代分析方法在膜技術中的應用(Application of Modern Analytic Techniques in Membrane Technology)光學顯微鏡法 light microscope technique掃描電子顯微鏡法 SEM/TEM technique能量色散X射線法 EDX technique紅外光譜法 FT-IR technique

21、ICP分析 ICP technique第二十三頁，共四十七頁。23定位泄漏點探針測試(Probing) 使用軟管插入壓力容器進行探針技術測定產水電導率可以定位壓力容器內膜元件的泄漏點。 A flexible tube is inserted through the permeate port of a vessel to measure the permeate concentration at known intervals through the vessel.對高透鹽率的壓力容器進行探針實驗。 Performed on vessels identified by the pressure

22、 vessel profile.定位膜元件或“O”型圈等為高透鹽率源。 Locates the elements or o-rings which are the source of high salt passage. 所需工具：1/4英寸軟管、手持式電導率儀、盛水容器、中心管堵頭等。 Tools:1/4 plastic tube, handy EC meter, container etc.第二十四頁，共四十七頁。24壓力容器探針測試(Pressure Vessel Probing)32cm84.615.284.684.684.684.684.684.615.215.215.215.215

23、.232cmSampling pointsHandy EC Meter88Permeate Maine Line電導率(conductivity)End cap/adaptor problemInterconnector problemNormal第二十五頁，共四十七頁。25壓力容器探針測試例子(Probing Sample )電導率出現躍變當然，我們也可以對單支膜元件進行探針測試確定膜元件哪個部位出現泄漏，在很多情況下這也是非常重要及有效的方法。比如受背壓破壞的膜元件產水端的透鹽率一般高于進水端的透鹽率。 Absolutely, we also can use probing to test

24、ify there is leakage for a single element or not and locate which point maybe leak, which is very important and efficient way for checking back pressure damage.膜元件泄漏點正常膜元件第二十六頁，共四十七頁。26真空度下降測試(Vacuum Decay Test) 用于判斷膜元件發(fā)生高透鹽率，可用于單元件及壓力容器的檢查。用真空度下降速率判斷膜元件機械完整性及是否發(fā)生泄漏。未受泄漏的膜元件可以維持一定的真空度。此方法可以用于化學損傷及機械

25、泄漏的區(qū)別。步驟如下：排干膜元件內積水，用塞子把膜元件一端中心管堵??；將產水中心管一端連接到真空表和真空泵上；將膜元件置于100300mbar的絕對壓力下；關閉隔斷閥且觀察真空表上的讀數，當真空度快速下降（每分鐘大于100mbar)時，說明膜元件有泄露的嫌疑；撤卸連接管路，釋放真空度；多次重復測試。壓力容器真空度下降測試與膜元件真空度下降測試相同。膜元件或壓力容器真空泵堵頭第二十七頁，共四十七頁。27膜元件性能標準測試(Performance Test under Standard Test Condition for Elements)為了正確評估膜元件及膜片性能，在一定標準條件下（TDS、

26、溫度、壓力、濃度、pH、濃水流量），膜元件及膜片運行一定時間后，測定脫鹽率和產水通量；不同類型膜元件及膜片具有不同的標準測試條件；將以上結果對照該類型膜元件及膜片的標準性能參數，判斷膜元件損壞的程度。脫鹽率換算為TDS計算原水為進水濃度和濃水濃度的平均值，計算公式如下： 第二十八頁，共四十七頁。28平板膜片性能測試(Performance Test under Standard Test Condition for Coupons)從解體后的膜元件中取下具有代表性的膜頁；從選定的膜頁特定位置取樣裁剪膜片；在測定膜片性能之前最好把膜片放入純水中浸泡10-30分鐘；將裁剪的膜片放入膜池中，在標準測

27、試條件下穩(wěn)定運行1-2小時，然后對所測膜片運行30-60分鐘取水樣分析脫鹽率和產水通量；將所得的數據對比新膜標準條件下的性能參數，分析性能的變化。產水中心管319584進水濃水第二十九頁，共四十七頁。29離子分離性能測試(Rejection Test for Ionic Charge)所謂離子分離性能，就是膜對不同價態(tài)離子的截留率。一般來說，聚酰胺反滲透膜對二價離子的脫除率大于一價離子。在相同的測試條件下，當膜片發(fā)生機械泄漏及化學破壞時，其對不同價態(tài)離子的截留趨勢與正常膜片是不同的，因此可以用來判斷機械泄漏及化學破壞（如余氯氧化等）。膜片正常時：SPMgSO4SPMgCl2；SPNa2SO4S

28、PNaCl膜被氧化時：SPMgSO4SPNa2SO4SPNaClSPMgCl2膜發(fā)生機械泄漏時：SPMgSO4 、SPNa2SO4接近SPMgCl2、SPNaCl第三十頁，共四十七頁。30離子分離性能測試(Rejection Test for Ionic Charge)膜元件B受到余氯氧化膜元件A未受到余氯氧化第三十一頁，共四十七頁。31膜元件及膜片染色測試(Dying test)采用500ppm的甲基紫（分子量 394 ）溶液對反滲透膜片分離層進行染色，最好在3-5bar加壓條件下進行；采用加壓方式染色，15-20分鐘后觀察無紡布面是否有顏料穿透，如沒有采用加壓方式進行，2小時后觀察無紡布層

29、是否有顏料穿透。對膜元件進行染色測試后解體觀察上述情況。 當膜片分離層表面完整時，對染料分子具有截留作用（幾乎100%）， 背面不會有嚴重的甲基紫滲漏點；當膜片分離層表面受到機械損傷時，染料分子會滲透到無紡布層。另外，染色后可以觀察膜表面的明顯機械劃傷。不存在漏點存在漏點膜元件染色后解體第三十二頁，共四十七頁。32吡啶顯色實驗(Color Charge Test for PA Dip in Pyridine Solution )快速鑒定有機氯化物；反應液：吡啶和KOH溶液（3mol/L），以體積比3:1混合；反應：取膜片PA層浸泡到反應液中，加熱并維持在60，23小時后，觀察溶液顏色有無變化。

30、如果溶液變?yōu)榉奂t色，說明膜受到余氯等攻擊。膜未受到余氯等氧化破壞膜受到余氯等氧化破壞第三十三頁，共四十七頁。33污染物分析(Fouling Analysis)收集膜片上典型的污染物并稱重105-110恒溫烘箱兩小時烘干600 馬弗爐焚燒1小時樣品處理ICP分析污染物成分污染物總量水分含量灰分含量(無機物含量）處理為液態(tài)第三十四頁，共四十七頁。34污染物化學清洗試驗(Fouling Cleaning Experiment)選擇典型污染的膜元件膜元件解體裁剪代表性膜片放入化學藥劑中常溫浸泡8-10小時和純水浸泡的膜片一起進行平膜性能測試注意觀察污染物溶解及藥劑顏色的變化選擇有典型污染物的膜片確定有

31、效清洗藥劑，指導系統(tǒng)清洗工作。往往是首端膜元件第三十五頁，共四十七頁。35掃描電子顯微鏡法(SEM/TEM Technique)SEM可以觀察膜表面的微觀結構，TEM可以觀察膜截面微觀結構，從而判斷 膜的破損情況；通過SEM可以推測污染物的大小和種類，判斷膜表面污染程度；其缺點是樣品狹小，多個樣品分析才可以得到正確判斷。RO膜表面微觀結構受到破壞第三十六頁，共四十七頁。36能量色散X射線法(EDX Technique)EDX能獲得污染物組成的精確信息，可以用來確定SEM映象上的元素組成；鋁和硅峰高度表明粘土和硅石含量鐵一般以氧化物形式存在；鈣和硫存在很有可能有硫酸鈣，硫酸鈣的確定需要紅外等進一

32、步確定；硫元素的存在很多時候源于膜材料本身，可以對照新膜進行對比分析；EDX分析時樣品面積盡可能大；其不能提供化學建信息，結合SEM及IR分析。SEM/EDX結合分析表明膜表面有粘土、碳酸鈣。第三十七頁，共四十七頁。37紅外光譜法（FT-IR Technique）IR檢測分之中原子間的健，提供官能團和污染物化學結構方面的信息；IR對純離子健構成的化合物缺乏鑒別力；IR能檢測EDX不能識別的有機化合物和某些無機物；IR能給出膜材料或基材化學變化的跡象，而EDX不能；關于碳酸鹽組分，需要結合EDX以及其它金屬分析方法如ICP鑒定存在的陽離子。受余氯氧化的PA反滲透膜第三十八頁，共四十七頁。38RO

33、膜系統(tǒng)故障典型表象（Typical Signs of RO System Trouble）上升明顯上升下降明顯下降第三十九頁，共四十七頁。39RO膜系統(tǒng)故障典型表象（Typical Signs of RO System Trouble）上升明顯上升下降明顯下降不變第四十頁，共四十七頁。40機械泄漏（Mechanical Leakage） 機械泄漏是指離子透過RO膜，沒有被膜截留。Mechanical leakage is the direct passage of feed water to the permeate, bypass the membrane.原水feed water膜memb

34、rane正常錯流normal transport泄漏leakage flow造成機械泄漏的原因Causes of mechanical leakage“O”型圈泄漏O-ring leak連接器及中心管損壞Interconnector or permeate tube crack膠線脫離Glue line failure膜分離層剝離及破裂Membrane delamination and fracture膜破損Membrane abrasion膜化學衰減老化Membrane degradation through chemical exposure第四十一頁，共四十七頁。41膜氧化（Membra

35、ne Oxidation）聚酰胺膜受到余氯、氯胺、溴、臭氧及其它氧化劑攻擊會造成膜氧化，顯著的標志是脫鹽率降低。If composite polyamide RO membrane elements are exposed to the oxidizing chemicals such as free chlorine, chloramine, bromine, ozone, or other oxidizing chemicals, irreparable damage is happened to the membrane, normally, evidenced by decrease

36、of salt rejection.首端膜元件最易受到氧化破壞。Lead elements are typically more affected than the others in case of oxidizing chemical presents in RO feed water.以下幾種物質結合也可能產生氯。Following conditions are assembled, chlorine generating problem might be occurred.溶氧Dissolved oxygen亞硫酸氫鈉SBS重金屬離子Heavy metal ion (Cu, Co, Mn, etc)高濃度氯離子High salinity chloride ion第四十二頁，共四十七頁。42膜氧化（Membrane Oxidatio