反渗透系统故障诊断课件.ppt

1、反渗透系统故障诊断反渗透系统故障诊断(Troubleshooting for RO System)北京海德能科技有限公司北京海德能科技有限公司2反渗透系统性能下降的依据反渗透系统性能下降的依据(Evidence of Performance Decline for RO System)u 标准化压差上升15%Normalized DP(Differential Pressure)increased 15%u 标准化产水量降低10 Normalized permeate flow decreased 10%u 标准化透盐率增加5 Normalized salt passage increased

2、 5%3反渗透系统性能标准化的重要性反渗透系统性能标准化的重要性(The Importance of Normalization)标准化之前脱盐率变化显著标准化之后脱盐率变化平稳膜系统真实性能反映的需要膜系统真实性能反映的需要(Demand of actual performance for RO system)4影响反渗透性能的因素影响反渗透性能的因素(Factor Affecting RO Performance)u 温度(temperature)u 压力(pressure)u 回收率(recovery)u 进水含盐量(feed water concentration)u pH值u 污染(

3、fouling)u 结垢(scaling)u 膜劣化(degradation of membrane)u 5操作条件对反渗透性能的影响操作条件对反渗透性能的影响(Performance VS.Operating Conditions)6脱盐率（Salt Rejection）水通量(Permeate Flux)压降(DP)给水压力(Feed Pressure)分离层电荷强弱(The strength of PA layer charge)产水流道是否堵塞(The permeate channel spacer is unblocked or not)给水流道是否堵塞(The feed chann

4、el spacer is unblocked or not)膜性能变化与故障宏观表现之间的关系膜性能变化与故障宏观表现之间的关系(Relationship Between Membrane Performance and Trouble)给水、产水流道是否堵塞(Feed and permeate channel spacer are unblocked or not)7反渗透系统故障症状及原因反渗透系统故障症状及原因(Symptoms,Causes for RO System Troubleshooting)透盐率Salt Rejection Passage增加Increase正常Normal

5、下降Decrease物理损伤Physical injure氧化Oxidation胶体污染Colloidal fouling结垢Scaling温度升高Temperature up产水管泄漏Permeate tube leak“O”型圈泄漏“”ring leak连接泄漏Coupling leak背压Back pressure微生物污染Biological fouling微粒污染Particulate fouling有机物污染Organics fouling温度下降Temperature down8反渗透系统故障症状及原因反渗透系统故障症状及原因(Symptoms,Causes for RO Sys

6、tem Troubleshooting)产水通量Permeate Flux下降Decrease正常Normal增加Increase结垢Scaling温度下降Temperature down生物污染Biological fouling氧化物污染Oxide fouling胶体污染Colloidal fouling微粒污染Particulate fouling有机物污染Organics fouling氧化Oxidation温度升高Temperature up产水管破损Permeate tube breakage连接泄漏Coupling breakage物理损伤Physical damage9压降Di

7、fferential Pressure降低Decrease正常Normal增加Increase结垢Scaling生物污染Biological fouling氧化物污染Oxide fouling胶体污染Colloidal fouling微粒污染Particulate fouling少量有机物污染Little organics fouling严重氧化Serious oxidation大量有机物污染Plentiful organics fouling反渗透系统故障症状及原因反渗透系统故障症状及原因(Symptoms,Causes for RO System Troubleshooting)流速下降F

8、low rate decline10给水压力Feed Pressure下降Decrease正常Normal增加Increase结垢Scaling温度降低Temperature down生物污染Biological fouling氧化物污染Oxide fouling胶体污染Colloidal fouling微粒污染Particulate fouling氧化Oxidation温度升高Temperature up产水管泄漏Permeate tube breakage连接泄漏Coupling breakage膜破裂Membrane break大量有机物污染Plentiful organics foul

9、ing高压泵故障High pressure Pump trouble反渗透系统故障症状及原因反渗透系统故障症状及原因(Symptoms,Causes for RO System Troubleshooting)11反渗透系统故障组成反渗透系统故障组成(Composition of RO System Trouble)注：信息来自Khedr博士在“脱盐与水回用”期刊中的文章，vol10/3(2000)8-17 12微生物污染微生物污染(Organics Fouling)u 产生原因(Causes)：进料水含有大量微生物未得到良好的杀菌消毒处理；絮凝剂过量投加;过量的SBS投加促进硫磺氧化菌滋生；

10、不适宜的阻垢剂投加。u 对性能的影响(Effects)：产水量下降、透盐率增加、压差增大进而导致望远镜现象、产品水可能受到微生物污染。u 产生位置(Location)：最初首段最易污染，进而全段受微生物污染。产水管上的生物薄膜产水管上的生物薄膜膜表面上的藻类生物污染膜表面上的藻类生物污染膜表面上的硫磺氧化菌污染膜表面上的硫磺氧化菌污染压力容器里的生物污染压力容器里的生物污染13有机物污染有机物污染(Biological Fouling)u 产生原因(Causes)：进料水含有大量有机物及油脂未得到合理处理；进水含有阳离子性聚电介质。显著标志为进水TOC及SDI过高。u 对性能的影响(Effec

11、ts)：水通量损失甚至不可逆衰减、透盐率增加、压差增大。u 产生位置(Location)：最初首段最易污染，进而全段受有机物污染。端板上的有机物及胶体端板上的有机物及胶体浓水格网上的胶体污染浓水格网上的胶体污染膜表面上的油脂污染膜表面上的油脂污染14铁污染铁污染(Iron Fouling)u 产生原因(Causes)：进料水含有二价铁受到氧气攻击；含铁絮凝剂过量转为胶体；管路腐蚀产物的沉淀；高碱度的地下水源形成FeCO3等。u 对性能的影响(Effects)：水通量降低、透盐率增加、压差增大。u 产生位置(Location)：最初首段最易污染，进而全段受铁污染。膜元件端面受到铁污染膜元件端面受

12、到铁污染解解剖剖后后膜膜表表面面上上的的严严重重铁铁污污染染15结垢结垢(Scaling)u 产生原因(Causes)：进料水难溶盐浓度超过溶度积没有投加阻垢剂；阻垢剂投加不适当；过高的回收率；不适宜的操作参数（如：过高pH值控制硅垢发生CaCO3沉淀）。u 对性能的影响(Effects)：水通量降低、透盐率增加、压差增大。u 产生位置(Location)：一般最末端膜元件最容易产生结垢。压压力力容容器器部部件件内内部部形形成成致致密密垢垢层层膜表面上的致密垢层膜表面上的致密垢层16膜劣化膜劣化(Degradation of Membrane)u 形式(category)：氧化（oxidati

13、on)、压密（compaction)、膜材料降解（degradation)。u 产生原因(Causes)：进料水含有氧化性物质（如余氯等）没有得到良好的处理导致膜被氧化；水锤及超限高压运行导致膜压密；超限酸碱清洗导致膜材料降解等。u 对性能的影响(Effects)：氧化及膜材料降解导致透盐率增加、水通量增大、压差不变或减小；水锤导致透盐率减小、透盐率减小、压差增大。u 产生位置(Location)：首端膜元件最容易发生氧化、膜材料降解、水锤破坏。17膜元件物理损伤膜元件物理损伤(Physical Damage)u 形式(category)：背压(back pressure)、望远镜现象(tel

14、escoping)、格网冲出(spacer pushing out)、ATD脱落(ATD pushing off)、玻璃纤维层破坏(damaged fiberglass shell)等。u 产生原因(Causes)：背压超限、压差过大等。u 对性能的影响(Effects)：不能正常使用膜元件。u 产生位置(Location)：背压一般末端元件最易发生；压差过大造成的其它物理损伤任何一段俱可发生。膜背压破坏造成膜背压破坏造成PA层鼓泡层鼓泡玻璃纤维层破坏玻璃纤维层破坏望远镜现象：中心管突出望远镜现象：中心管突出望远镜现象：端面内凹望远镜现象：端面内凹18 Membrane CompanyEngi

15、neeringCompanySurface AnalysisPerformace TestCleaningAutopsyMembrane SampleTSCenterRejectionFluxPressureDPOperating Data NormalizationNote DateFeed PressureConcentrateFluxFeed ConductivityFeed Temp.ConcentratePressurePermeateFluxPermeateConductivityPermeatePressureServiceWatch(望望):ColorSmell(闻闻):Sme

16、llAsk(问问):ProcessTouch(切切):FeelElementWorkerOperatingEngineerPretreatmentTest EngineerDesignEngineerChecking ApparatusTestingChecking ProcessCIPDIPDiagnosingExperienceMeasuresEngineeringCompany&User反渗透故障诊断逻辑思维反渗透故障诊断逻辑思维(Diagnosis Logic Thinking)19u 获取真实运行记录。To get actual operating data.u 现场检测水质是否波动

17、。To check water quality changed or not.u 对仪器仪表进行校核。To check apparatus and instrument.u 对运行数据进行标准化。To normalize operating data.u“望闻问切”检查膜系统。Watch:Color;Smell:Odor;Ask:Process;Touch:Feel.运行记录犹运行记录犹如病历卡：如病历卡：非常重要！非常重要！标准化：获取真标准化：获取真实的运行性能。实的运行性能。故障诊断的首步故障诊断的首步(The First Step for Troubleshooting)20定位泄漏点

18、寻找分布规律定位泄漏点寻找分布规律(Pressure Vessel Profile)寻找每支压力容器产水水质分布规律寻找每支压力容器产水水质分布规律 The“pressure Vessel Profile”is a measurement of the permeate concentration from each individual vessel.u 确定系统中哪一支压力容器具有高透盐率。Identifies which vessels in an array have high salt passage.u 对照启动时此压力容器产水水质情况。A pressure vessel prof

19、ile should be taken at startup,as a baseline record.Pressure Vessel Profile Example:24:12 array at 75%recovery 第一段第一段 第二段第二段4130353328368637424035374096384036784342403441336368676465701086368651015821膜元件采样原则膜元件采样原则(Rule for Choosing Elements)u 压力容器进水端首支膜元件 考察膜元件氧化、污染等。u 压力容器末端膜元件 考察膜元件结垢等。u 其它性能明显下降

20、及外观遭受破坏的膜元件u 不能肯定故障所在时，首端及末端膜元件都采样分析u 进行污染物清洗试验时，选取相连或并联膜元件进行对比观察 22膜元件检测方法膜元件检测方法(Method for Elements Test)u 探针测试 Pressure vessel probing testu 真空度下降测试 Vacuum decay testu 膜元件及膜片标准测试 Performance test under standard test condition for elements and couponsu 离子分离性能测试 Rejection test for ionic chargeu 膜元

21、件解体分析 Autopsy analysis for elements u 染色测试 Dying testu 吡啶显色实验 Color charge test for PA dip in pyridine solution u 污染物分析及化学清洗试验 Fouling analysis and cleaning experiment 23现代分析方法在膜技术中的应用现代分析方法在膜技术中的应用(Application of Modern Analytic Techniques in Membrane Technology)u 光学显微镜法 light microscope techniqueu

22、 扫描电子显微镜法 SEM/TEM techniqueu 能量色散X射线法 EDX techniqueu 红外光谱法 FT-IR techniqueu ICP分析 ICP technique24定位泄漏点探针测试定位泄漏点探针测试(Probing)使用软管插入压力容器进行探针技术测定产水电导率可以定位压力容器内膜元件的泄漏点。A flexible tube is inserted through the permeate port of a vessel to measure the permeate concentration at known intervals through the v

23、essel.u 对高透盐率的压力容器进行探针实验。Performed on vessels identified by the pressure vessel profile.u 定位膜元件或“O”型圈等为高透盐率源。Locates the elements or o-rings which are the source of high salt passage.u 所需工具：1/4英寸软管、手持式电导率仪、盛水容器、中心管堵头等。Tools:1/4 plastic tube,handy EC meter,container etc.25压力容器探针测试压力容器探针测试(Pressure Ve

24、ssel Probing)32cm84.615.284.684.684.684.684.684.615.215.215.215.215.232cmSampling pointsHandy EC Meter88Permeate Maine Line电导率(conductivity)End cap/adaptor problemInterconnector problemNormal26压力容器探针测试例子压力容器探针测试例子(Probing Sample)0 05 50 00 01 10 00 00 01 15 50 00 02 20 00 00 02 25 50 00 03 30 00 00

25、03 35 50 00 04 40 00 00 00 01 10 00 02 20 00 03 30 00 04 40 00 05 50 00 06 60 00 07 70 00 08 80 00 09 90 00 01 10 00 00 0中中 心心 管管 内内 位位 置置 m mm m 电电导导率率 S S/c cm m 进进 水水 侧侧浓浓 水水 侧侧电导率出现跃变电导率出现跃变u 当然，我们也可以对单支膜元件进行探针测试确定膜元件哪个部位出现泄漏，在很多情况下这也是非常重要及有效的方法。比如受背压破坏的膜元件产水端的透盐率一般高于进水端的透盐率。Absolutely,we also c

26、an use probing to testify 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.n 膜元件泄漏点l 正常膜元件27真空度下降测试真空度下降测试(Vacuum Decay Test)用于判断膜元件发生高透盐率，可用于单元件及压力容器的检查。用真空度下降速率判断膜元件机械完整性及是否发生泄漏。未受泄漏的膜元件可以维持一定

27、的真空度。此方法可以用于化学损伤及机械泄漏的区别。步骤如下：u 排干膜元件内积水，用塞子把膜元件一端中心管堵住；u 将产水中心管一端连接到真空表和真空泵上；u 将膜元件置于100300mbar的绝对压力下；u 关闭隔断阀且观察真空表上的读数，当真空度快速下降（每分钟大于100mbar)时，说明膜元件有泄露的嫌疑；u 撤卸连接管路，释放真空度；u 多次重复测试。压力容器真空度下降测试与膜元件真空度下降测试相同。膜元件或压力容器膜元件或压力容器真空泵真空泵堵头堵头28膜元件性能标准测试膜元件性能标准测试(Performance Test under Standard Test Condition

28、for Elements)u 为了正确评估膜元件及膜片性能，在一定标准条件下（TDS、温度、压力、浓度、pH、浓水流量），膜元件及膜片运行一定时间后，测定脱盐率和产水通量；u 不同类型膜元件及膜片具有不同的标准测试条件；u 将以上结果对照该类型膜元件及膜片的标准性能参数，判断膜元件损坏的程度。u 脱盐率换算为TDS计算u 原水为进水浓度和浓水浓度的平均值，计算公式如下：PFBC1100%2CC脱盐率29平板膜片性能测试平板膜片性能测试(Performance Test under Standard Test Condition for Coupons)u 从解体后的膜元件中取下具有代表性的膜页

29、；u 从选定的膜页特定位置取样裁剪膜片；u 在测定膜片性能之前最好把膜片放入纯水中浸泡10-30分钟；u 将裁剪的膜片放入膜池中，在标准测试条件下稳定运行1-2小时，然后对所测膜片运行30-60分钟取水样分析脱盐率和产水通量；u 将所得的数据对比新膜标准条件下的性能参数，分析性能的变化。产水中心管产水中心管319584进水浓水30离子分离性能测试离子分离性能测试(Rejection Test for Ionic Charge)(Rejection Test for Ionic Charge)所谓离子分离性能，就是膜对不同价态离子的截留率。一般来说，聚酰胺反渗透膜对二价离子的脱除率大于一价离子。

30、在相同的测试条件下，当膜片发生机械泄漏及化学破坏时，其对不同价态离子的截留趋势与正常膜片是不同的，因此可以用来判断机械泄漏及化学破坏（如余氯氧化等）。膜片正常时：膜片正常时：SPMgSO4SPMgCl2；SPNa2SO4SPNaCl膜被氧化时：膜被氧化时：SPMgSO4SPNa2SO4SPNaClSPMgCl2膜发生机械泄漏时：膜发生机械泄漏时：SPMgSO4、SPNa2SO4接近接近SPMgCl2、SPNaCl31离子分离性能测试离子分离性能测试(Rejection Test for Ionic Charge)(Rejection Test for Ionic Charge)膜元件B受到余氯

31、氧化膜元件A未受到余氯氧化32膜元件及膜片染色测试膜元件及膜片染色测试(Dying test)u 采用500ppm的甲基紫（分子量 394）溶液对反渗透膜片分离层进行染色，最好在3-5bar加压条件下进行；u 采用加压方式染色，15-20分钟后观察无纺布面是否有颜料穿透，如没有采用加压方式进行，2小时后观察无纺布层是否有颜料穿透。对膜元件进行染色测试后解体观察上述情况。当膜片分离层表面完整时，对染料分子具有截留作用（几乎100%），背面不会有严重的甲基紫渗漏点；当膜片分离层表面受到机械损伤时，染料分子会渗透到无纺布层。u 另外，染色后可以观察膜表面的明显机械划伤。不存在漏点存在漏点膜元件染色后

32、解体33吡啶显色实验(Color Charge Test for PA Dip in Pyridine Solution)u 快速鉴定有机氯化物；u 反应液：吡啶和KOH溶液（3mol/L），以体积比3:1混合；u 反应：取膜片PA层浸泡到反应液中，加热并维持在60，23小时后，观察溶液颜色有无变化。如果溶液变为粉红色，说明膜受到余氯等攻击。膜未受到余氯等氧化破坏膜受到余氯等氧化破坏34污染物分析(Fouling Analysis)收集膜片上典型的污染物并称重105-110恒温烘箱两小时烘干600 马弗炉焚烧1小时样品处理ICP分析污染物成分污染物总量水分含量灰分含量(无机物含量）处理为液态3

33、5污染物化学清洗试验(Fouling Cleaning Experiment)选择典型污染的膜元件膜元件解体裁剪代表性膜片放入化学药剂中常温浸泡8-10小时和纯水浸泡的膜片一起进行平膜性能测试注意观察污染物溶解及药剂颜色的变化选择有典型污染物的膜片确定有效清洗药剂，确定有效清洗药剂，指导系统清洗工作。指导系统清洗工作。往往是首端膜元件36扫描电子显微镜法(SEM/TEM Technique)uSEM可以观察膜表面的微观结构，TEM可以观察膜截面微观结构，从而判断 膜的破损情况；u通过SEM可以推测污染物的大小和种类，判断膜表面污染程度；u其缺点是样品狭小，多个样品分析才可以得到正确判断。RO膜

34、表面微观结构受到破坏膜表面微观结构受到破坏37能量色散X射线法(EDX Technique)uEDX能获得污染物组成的精确信息，可以用来确定SEM映象上的元素组成；u铝和硅峰高度表明粘土和硅石含量铁一般以氧化物形式存在；u钙和硫存在很有可能有硫酸钙，硫酸钙的确定需要红外等进一步确定；u硫元素的存在很多时候源于膜材料本身，可以对照新膜进行对比分析；uEDX分析时样品面积尽可能大；其不能提供化学建信息，结合SEM及IR分析。SEM/EDX结合分析表明膜表面有粘土、碳酸钙。38红外光谱法（FT-IR Technique）uIR检测分之中原子间的健，提供官能团和污染物化学结构方面的信息；uIR对纯离子

35、健构成的化合物缺乏鉴别力；uIR能检测EDX不能识别的有机化合物和某些无机物；uIR能给出膜材料或基材化学变化的迹象，而EDX不能；u关于碳酸盐组分，需要结合EDX以及其它金属分析方法如ICP鉴定存在的阳离子。受余氯氧化的受余氯氧化的PA反渗透膜反渗透膜39RO膜系统故障典型表象（Typical Signs of RO System Trouble）上升明显上升下降明显下降40RO膜系统故障典型表象（Typical Signs of RO System Trouble）上升明显上升下降明显下降不变41机械泄漏（机械泄漏（Mechanical Leakage）机械泄漏是指离子透过RO膜，没有被膜

36、截留。Mechanical leakage is the direct passage of feed water to the permeate,bypass the membrane.原水feed water膜membrane正常错流normal transport泄漏leakage flow造成机械泄漏的原因Causes of mechanical leakageu“O”型圈泄漏O-ring leaku连接器及中心管损坏Interconnector or permeate tube cracku胶线脱离Glue line failureu膜分离层剥离及破裂Membrane delamin

37、ation and fractureu膜破损Membrane abrasionu膜化学衰减老化Membrane degradation through chemical exposure42膜氧化膜氧化（Membrane Oxidation）聚酰胺膜受到余氯、氯胺、溴、臭氧及其它氧化剂攻击会造成膜氧化，显著的标志是脱盐率降低。If composite polyamide RO membrane elements are exposed to the oxidizing chemicals such as free chlorine,chloramine,bromine,ozone,or oth

38、er oxidizing chemicals,irreparable damage is happened to the membrane,normally,evidenced by decrease of salt rejection.首端膜元件最易受到氧化破坏。Lead elements are typically more affected than the others in case of oxidizing chemical presents in RO feed water.以下几种物质结合也可能产生氯。Following conditions are assembled,chl

39、orine generating problem might be occurred.u溶氧Dissolved oxygenu亚硫酸氢钠SBSu重金属离子Heavy metal ion(Cu,Co,Mn,etc)u高浓度氯离子High salinity chloride ion43膜氧化膜氧化（Membrane Oxidation）存在重金属条件下，聚酰胺膜受到氯氧化的机理。即使原水不含氯，氯也可能产生。Chlorine generation mechanism under exiting of heavy metal.Even if RO feed water does not contai

40、n chlorine,chlorine will be generated.以下物质可以产生氯Following substances are required to generate chorine.1.溶氧Dissolved oxygen;2.重金属离子Heavy metal ion(Cu,Co,Mn,etc);3.亚硫酸氢钠SBS;4.高浓度氯离子High salinity chloride ion下述为氯产生的反应方程Following chemical reactions in the process of generating chlorine(e.x.with copper)：S

41、O32-+Cu2+SO3-+Cu+SO3-+O2 SO5-SO5-+SO32-SO52-+SO3-SO52-+Cl-ClO-+SO42-：C.H.Barrn and H.A.OHern,Chemical Eng.Sci.21(1996)397-404ClO-:chlorine,Cl244膜污染（膜污染（Membrane Fouling）典型污染物及其征兆典型污染物及其征兆 Type of Foulant and Usual Symptoms45形形色色的膜污染物（形形色色的膜污染物（All Kinds of Foulants）46忠告忠告（Advice）如果您想睡得安稳些，请注意您的预处理系统。如果您想睡得安稳些，请注意您的预处理系统。If you want to sleep like a baby,please take more care for your pretreatment for RO system.