以反滲透技術(shù)為核心的苦咸水淡化設(shè)備現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)村苦咸水、高氟水處理領(lǐng)域，并取得良好效果。但是因?yàn)樵谠O(shè)備的設(shè)計(jì)、加工以及運(yùn)行維護(hù)中存在對(duì)細(xì)節(jié)的忽略，造成這些設(shè)備在使用一段時(shí)間后往往會(huì)出現(xiàn)各種故障，包括產(chǎn)水水量降低、水質(zhì)惡化、設(shè)備無法運(yùn)行等。經(jīng)過分析，產(chǎn)生這些故障的原因各不相同，但是都與設(shè)備的設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)的細(xì)節(jié)有關(guān)。

本文結(jié)合對(duì)反滲透水處理設(shè)備的現(xiàn)場運(yùn)行、維護(hù)、調(diào)研等過程中遇到的各種技術(shù)故障，討論了故障的成因并給出了解決方法，進(jìn)而分析了產(chǎn)生故障的原因，為設(shè)計(jì)、使用這類設(shè)備提供了參考。從這些故障分析可以看出，設(shè)計(jì)加工反滲透設(shè)備并不是簡單的元件的堆砌，而運(yùn)行反滲透設(shè)備也不可能是簡單的啟閉操作，只有嚴(yán)格地對(duì)待設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的細(xì)節(jié)才能保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。而如果要在中國農(nóng)村推廣該類設(shè)備，既需要更系統(tǒng)更全面的設(shè)計(jì)，同時(shí)也面臨著成本提高與設(shè)備折舊費(fèi)用之間的矛盾。

一、前言

以卷式反滲透膜為核心的水處理設(shè)備因其具有運(yùn)行成本低、淡化處理效果好等特點(diǎn)被廣泛使用于海水淡化、苦咸水淡化領(lǐng)域。近年來隨著國家對(duì)農(nóng)村飲水安全的投入加大，反滲透式苦咸水淡化設(shè)備被廣泛用于農(nóng)村地區(qū)，以解決當(dāng)?shù)馗叻?、苦咸水的問題，并取得了良好效果。

但是在農(nóng)村推廣這些水處理設(shè)備時(shí)也遇到技術(shù)與管理上的若干問題，使得很多設(shè)備在安裝初期運(yùn)行良好，但是使用一段時(shí)間之后會(huì)出現(xiàn)各種故障，以至于設(shè)備無法正常運(yùn)行。這些故障包括設(shè)備啟動(dòng)故障、產(chǎn)水水質(zhì)變差、產(chǎn)水水量不足等；嚴(yán)重的造成設(shè)備破損，無法繼續(xù)運(yùn)行。造成這些現(xiàn)象既有技術(shù)上的問題，也有管理上的問題。

本文將結(jié)合曾經(jīng)完成的水利部948項(xiàng)目、以及農(nóng)村飲水安全相關(guān)調(diào)研中遇到的技術(shù)問題進(jìn)行探討，總結(jié)問題所在，并對(duì)設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)與管理模式提出方案。

二、研究背景

本文中涉及的現(xiàn)場事例來源于項(xiàng)目組承擔(dān)的水利部948項(xiàng)目“含氟苦咸水飲用安全技術(shù)”，以及相關(guān)的反滲透除氟降鹽設(shè)備的現(xiàn)場調(diào)研。設(shè)備運(yùn)行地點(diǎn)為天津市靜?？h及大港區(qū)，設(shè)備處理的原水為地下水，原水含鹽量從1.5g/L到12g/L不等，氟化物含量從1.5mg/L到3.3mg/L不等。設(shè)備包括引進(jìn)的國外設(shè)備，也包括國產(chǎn)的反滲透設(shè)備。這些反滲透設(shè)備都采用了相同的流程，即入水經(jīng)過砂濾罐F-1過濾之后，流經(jīng)保安過濾器CF進(jìn)入高壓泵HP，被增壓后進(jìn)入反滲透器件RO，鹽、水分離之后產(chǎn)水被收集罐裝。流程見圖1。

三、現(xiàn)場實(shí)例及分析

1、現(xiàn)場實(shí)例1：設(shè)備啟動(dòng)故障及保安過濾芯堵塞過快

(1) 背景

天津市靜?？h某水廠，使用設(shè)備為進(jìn)口苦咸水淡化設(shè)備，每小時(shí)產(chǎn)水1噸，每天運(yùn)行3-4小時(shí)。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)處理保護(hù)完善，按照水質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)；自動(dòng)化程度高。該設(shè)備在安裝前，經(jīng)取樣檢測了原水中的鐵錳離子、COD、氨氮等指標(biāo)，其中鐵錳離子未檢出。該地區(qū)供水為深井水通過變頻泵直接供給，除深井泵和主管路為鐵質(zhì)，其他管路都是PVC材質(zhì)，井泵每天供水16小時(shí)。設(shè)備運(yùn)行約1個(gè)月之后，為了保障該設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在設(shè)備的供水管路中接入了儲(chǔ)水罐和增壓泵P1（見圖1），增壓泵P1的作用是使得設(shè)備的入水帶有一定壓力，以保證高壓泵的啟動(dòng)。儲(chǔ)水罐為鐵質(zhì)外殼，玻璃鋼內(nèi)襯；增壓泵為普通鐵質(zhì)材料。原水水質(zhì)為TDS達(dá)到1.5g/L，氟化物含量1.5mg/L，產(chǎn)水水質(zhì)為TDS<50mg/L，氟化物<0.1mg/L。

(2) 故障現(xiàn)象

設(shè)備運(yùn)行初期產(chǎn)水正常，保安過濾芯CF連續(xù)使用3個(gè)月之后兩側(cè)的壓降不超過0.3bar；拆卸下來的PP棉噴熔保安過濾芯保持白色，內(nèi)部含有灰色雜質(zhì)。通過目測，入水一側(cè)的雜質(zhì)明顯多于出水一側(cè)，雜質(zhì)呈不均勻分布。但是設(shè)備在運(yùn)行7個(gè)多月后出現(xiàn)故障，表現(xiàn)為設(shè)備啟動(dòng)之后大約1-2天新更換的保安過濾芯就發(fā)生堵塞，濾芯呈現(xiàn)棕黃色，且污堵分布均勻，看不出進(jìn)水、出水端污堵物的空間分布。同時(shí)伴隨產(chǎn)水水質(zhì)變差，電導(dǎo)率升高。如圖2所示。嚴(yán)重的時(shí)候設(shè)備則無法啟動(dòng)。

(3) 相應(yīng)檢查

對(duì)故障發(fā)生后的設(shè)備進(jìn)行了水質(zhì)化驗(yàn)。取樣分析了設(shè)備入水水質(zhì)，同時(shí)現(xiàn)場測試了前置砂濾罐F-1出水的濁度?，F(xiàn)場啟動(dòng)設(shè)備，對(duì)各監(jiān)測儀表、指示燈的變化進(jìn)行記錄分析。拆出反滲透膜進(jìn)行目測。

(4) 測試結(jié)果及分析

經(jīng)現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)設(shè)備無法啟動(dòng)是因?yàn)槿胨苈飞系膲毫ΡＷo(hù)開關(guān)以及高壓泵前的壓力保護(hù)開關(guān)的過水通道被鐵銹堵死，無法感應(yīng)壓力，也就無法輸出信號(hào)給PLC控制程序，導(dǎo)致設(shè)備無法啟動(dòng)。經(jīng)測試沙濾罐出水的濁度不高于1.0NTU，滿足進(jìn)入保安過濾器的要求，保安過濾器不存在被固體雜質(zhì)堵塞的可能性。同時(shí)水質(zhì)分析顯示此時(shí)水體中的鐵離子含量高達(dá)0.5ppm，而拆下的反滲透膜內(nèi)肉眼可見大片黃褐色斑塊，膜兩端有黃褐色物質(zhì)堆積。

從堵塞的保安過濾器上割取大小相同的切片放入稀鹽酸溶液，5分鐘后可以看到鹽酸溶液中的保安過濾芯切片恢復(fù)了白色。如圖3所示。拆卸壓力保護(hù)開關(guān)，發(fā)現(xiàn)壓力保護(hù)開關(guān)的入水管路已經(jīng)被黃褐色物質(zhì)堵塞。清洗該管路后壓力保護(hù)開關(guān)可以正常地反映過水水壓。

通過上述現(xiàn)象可以判斷，造成設(shè)備無法正常啟動(dòng)以及保安過濾器堵塞的原因是原水中鐵離子增加。這些鐵離子在原水中為還原態(tài)的亞鐵離子，可以溶于水中。這些水經(jīng)過保安過濾器吸附或積存在壓力開關(guān)的管路中，在設(shè)備停機(jī)后被空氣中的氧氣氧化，變成了難溶于水的三價(jià)鐵不溶物，造成了保安過濾芯和管路的堵塞，影響了設(shè)備的正常運(yùn)行。

通過對(duì)設(shè)備入水管路排查，發(fā)現(xiàn)引起鐵離子增多的原因是增壓泵的使用。引入增壓泵是為了保證設(shè)備入水有足夠的壓力，以滿足砂濾的壓力需要，并保證高壓泵有足夠的啟動(dòng)壓力。但是原水含鹽量高達(dá)1.5g/L，不適當(dāng)?shù)倪x用增壓泵使得增壓泵迅速腐蝕，引起大量鐵離子進(jìn)入管路。而該設(shè)備根據(jù)原水進(jìn)行的設(shè)計(jì)，并沒有安裝處理鐵離子的裝置，造成了突然引入的鐵離子影響了設(shè)備的安全運(yùn)行。停止使用增壓泵，并清洗了壓力保護(hù)開關(guān)的過水管路后，設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。

對(duì)此給出的建議是，在使用反滲透設(shè)備的時(shí)候，一定要考慮到入水管路中可能存在的銹蝕問題。這些問題可能在設(shè)備運(yùn)行初期不會(huì)顯現(xiàn)，但是隨著設(shè)備的運(yùn)行使用，銹蝕將嚴(yán)重影響到設(shè)備的運(yùn)行。如果采用加藥手段對(duì)鐵離子進(jìn)行去除，則加藥點(diǎn)要選擇在最靠近入水口的地方。因?yàn)樾枰Ｗo(hù)的不僅僅是反滲透膜和保安過濾芯，還包括各監(jiān)控儀表。

2、現(xiàn)場實(shí)例2：設(shè)備產(chǎn)水水質(zhì)變差

(1) 背景

出現(xiàn)該問題的設(shè)備分別為天津靜?？h和大港區(qū)的兩套水處理設(shè)備。該設(shè)備為進(jìn)口設(shè)備，產(chǎn)水量為每小時(shí)1-2噸。在設(shè)備調(diào)試階段以及重新安裝反滲透膜之后出現(xiàn)產(chǎn)水水質(zhì)突然間變差的現(xiàn)象。兩套設(shè)備使用的都是BEL公司的壓力膜殼，長度為5米，內(nèi)裝5支陶氏BWLE-4040的反滲透膜。設(shè)備處理原水水質(zhì)分別為1.5g/L和12g/L。運(yùn)行壓力分別為17bar和22bar。

(2) 故障現(xiàn)象

該故障表現(xiàn)為突發(fā)性的產(chǎn)水電導(dǎo)率升高。設(shè)備在上次停機(jī)之前運(yùn)行正常，再次啟動(dòng)后一切壓力都很正常，但是產(chǎn)水的電導(dǎo)率升高，產(chǎn)水的TDS可以高達(dá)原水TDS的10%以上，同時(shí)伴隨輕微的產(chǎn)水流量增加。

(3) 相應(yīng)檢查

檢查了進(jìn)水的水質(zhì)、各運(yùn)行儀表的讀數(shù)，包括膜殼進(jìn)出口壓力、各管路流量。拆開壓力膜殼檢查了反滲透膜以及壓力膜殼的密封狀況。

(4) 測試結(jié)果及分析

經(jīng)檢查，入水水質(zhì)沒有明顯變化，反滲透膜沒有破損，從現(xiàn)象判斷為密封元件損壞。經(jīng)拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)壓力膜殼入水端有一個(gè)O型橡膠密封圈破損。如圖4所示。更換后重新啟動(dòng)設(shè)備，會(huì)再次破損。通過在膜殼蓋和反滲透膜之間增加PVC墊片，解決了O型圈破損的問題，后期的運(yùn)行再未出現(xiàn)O型圈破損。

該現(xiàn)象在兩套進(jìn)口設(shè)備上都曾出現(xiàn)。二者的運(yùn)行壓力分別為17bar和22bar。對(duì)比另外一套國內(nèi)生產(chǎn)的設(shè)備，其運(yùn)行壓力為19bar，該國產(chǎn)設(shè)備使用的是國產(chǎn)的樂普的膜殼，內(nèi)裝2支4寸反滲透膜，并未添加墊片，但是沒有出現(xiàn)這種密封圈破損的現(xiàn)象。從這里可以推斷出運(yùn)行壓力不是影響O型圈脫落的唯一原因。隨著高壓泵的啟動(dòng)、停止，膜殼會(huì)相應(yīng)的拉伸、縮短，造成反滲透膜組件在膜殼內(nèi)的移動(dòng)、摩擦；而當(dāng)膜殼比較長的時(shí)候，很難保證膜的位移與膜殼的形變同步，此時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)滑動(dòng)會(huì)造成O型圈脫落、破損。所以在使用4寸膜，且膜殼較長的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)使用墊片以調(diào)整反滲透膜的位置，避免O型圈的脫落。

3、現(xiàn)場實(shí)例3：反滲透膜及管路的生物污染

(1) 背景

反滲透膜及管路遭受生物污染是設(shè)備運(yùn)行中非常常見的現(xiàn)象，很多設(shè)備因此無法產(chǎn)水，或者嚴(yán)重影響行產(chǎn)水水質(zhì)。本次涉及的設(shè)備為調(diào)研中所遇到的國產(chǎn)反滲透設(shè)備。這些設(shè)備使用時(shí)間大多為1-2年，所處理原水為深層地下水，TDS在0.7-1.5g/L之間。

(2) 故障現(xiàn)象

其表現(xiàn)為設(shè)備運(yùn)行1-2年之后，產(chǎn)水和濃縮液的流量計(jì)內(nèi)大量生長綠色藻類，產(chǎn)水有腥味，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)反滲透膜堵塞，產(chǎn)水量下降嚴(yán)重，甚至完全不產(chǎn)水。

(3) 相應(yīng)檢查

對(duì)已經(jīng)不能產(chǎn)水的反滲透膜進(jìn)行化學(xué)清洗，分別包括酸洗、堿洗。測量清洗后的產(chǎn)水量。

(4) 測試結(jié)果及分析

對(duì)不產(chǎn)水的反滲透膜進(jìn)行酸洗之后，產(chǎn)水通量基本沒有恢復(fù)，即便長時(shí)間浸泡也不能做到產(chǎn)水通量的恢復(fù)；而對(duì)該膜在進(jìn)行堿洗之后，排出大量黑綠色液體，經(jīng)過pH為11的堿液隔夜浸泡，再進(jìn)行沖洗，該反滲透膜的通量基本恢復(fù)，可以正常產(chǎn)水。該現(xiàn)象說明造成反滲透膜污堵的主要是生物物質(zhì)。為了延長膜的使用壽命，防止生物污染至關(guān)重要。

引進(jìn)的國外設(shè)備在運(yùn)行1年之后沒有出現(xiàn)類似現(xiàn)象，分析后有以下幾條原因：其一是一部分設(shè)備對(duì)原水進(jìn)行了了預(yù)氧化，起到了殺菌作用，殺滅了大部分生物，而用作還原劑的焦亞硫酸鈉也具有抑制微生物的作用，避免了微生物的生長；其二是設(shè)備管路中合理地使用了止回閥等裝置，避免了設(shè)備停機(jī)時(shí)把大量空氣抽入設(shè)備中，也就避免了空氣中的微生物進(jìn)入反滲透設(shè)備；其三是必要的維護(hù)和及時(shí)的化學(xué)清洗，在設(shè)備沒有出現(xiàn)產(chǎn)水量明顯變化時(shí)就定期清洗，有效的防止了微生物的生長。

四、討論與結(jié)果

通過對(duì)反滲透設(shè)備的現(xiàn)場調(diào)試、運(yùn)行以及調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大部分反滲透設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的故障都是來源于保護(hù)不當(dāng)和使用不當(dāng)。

為了保證反滲透設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，完備的設(shè)計(jì)是第一位的。這要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)產(chǎn)品、工程的過程中要充分考慮到農(nóng)村苦咸水處理的復(fù)雜性，考慮到制水環(huán)節(jié)中的細(xì)節(jié)，包括水質(zhì)、產(chǎn)水規(guī)模、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、使用地點(diǎn)、使用者的專業(yè)背景等，而不是簡單的完成各部件的連接。對(duì)于原水水質(zhì)以及設(shè)備運(yùn)行過程中可能發(fā)生的水質(zhì)變化要做到充分了解，并配以保護(hù)措施。在設(shè)備設(shè)計(jì)方面，理論上可選擇的保護(hù)措施包括預(yù)處理加藥保護(hù)、預(yù)處理流程的優(yōu)化、監(jiān)控儀器的完善。但是針對(duì)農(nóng)村用戶，這里存在著使用者專業(yè)技術(shù)背景欠缺和設(shè)備成本的問題。通常農(nóng)村使用的反滲透設(shè)備是由村里來維護(hù)、運(yùn)行，大多數(shù)設(shè)備使用者缺乏專業(yè)背景，不能很好的完成設(shè)備的維護(hù)與管理。在這種情況下，自動(dòng)化程度高、操作維護(hù)簡單的設(shè)備會(huì)更方便農(nóng)民使用。

但是隨著設(shè)備自動(dòng)化程度的增加，設(shè)備的投資也隨之增加；而自動(dòng)化的設(shè)備又存在監(jiān)測控制元件過多，設(shè)備過于敏感，故障率偏高的特點(diǎn)。這些故障往往不是設(shè)備本身引起的，而是來自于監(jiān)控設(shè)備的故障，比如前文提到的壓力保護(hù)開關(guān)的堵塞。其結(jié)果是農(nóng)村使用者花費(fèi)較高的價(jià)錢買來了自動(dòng)化程度高的設(shè)備，反而不能保證設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行。所以在技術(shù)上，過于自動(dòng)化的設(shè)備并不適合目前的農(nóng)村市場，而在線清洗裝置卻是必要的，同時(shí)可以考慮模塊化的設(shè)計(jì)，便于設(shè)備的更換與維護(hù)。

從這里可以看出，在設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)際操作使用中間出現(xiàn)了一個(gè)平衡關(guān)系。既要保證設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)簡便、運(yùn)行安全可靠，又要保證設(shè)備成本不會(huì)過高。而平衡這個(gè)關(guān)系的關(guān)鍵則是成本，包括設(shè)備自身的成本、折舊年限與設(shè)備產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。通過平衡這些成本可以優(yōu)化出合理的設(shè)備選型。目前在這方面還欠缺必要的研究。

經(jīng)實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，一些設(shè)計(jì)很完備的設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行故障。這是由于運(yùn)行維護(hù)不善造成的。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，很多設(shè)備每周的運(yùn)行時(shí)間不超過5個(gè)小時(shí)，設(shè)備長時(shí)間處于停機(jī)狀態(tài)，這不僅增加了反滲透膜被生物膜和無機(jī)鹽堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，增加了管路銹蝕和生物污染的風(fēng)險(xiǎn)，縮短了設(shè)備的使用壽命；也造成了設(shè)備的閑置，影響到了設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益。所以為了解決農(nóng)村苦咸水淡化中出現(xiàn)的問題，既要解決設(shè)備設(shè)計(jì)問題，又要解決設(shè)備的運(yùn)行管理問題。如何有效地讓設(shè)備充分的運(yùn)轉(zhuǎn)起來是其中的關(guān)鍵。

苦咸水淡化設(shè)備的推廣不僅僅是安裝一套設(shè)備，調(diào)試之后可以產(chǎn)水就算完成了，這是一個(gè)系統(tǒng)的工程，包括規(guī)劃、選址、成本核算、設(shè)備選型、運(yùn)行監(jiān)測以及后期運(yùn)行管理等。在這些管理、服務(wù)領(lǐng)域還有大量的研究需要完成。
 

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”