1、第九章 RO/NF系統故障診斷和排除9.1 系統故障概述產水量和脫鹽率是反滲透、納濾系統的基本性能參數，如果這兩項指標達不到系統原設計要求，產水量小或者脫鹽率低，就需要找到問題發生的原因。由于進水TDS和溫度的波動以及系統機械性能等原因，即使完全沒有污染傾向的系統，基本性能指標也會在小范圍波動。下面是我們判別系統運行出現故障的參考標準值。1 參考指標反滲透、納濾系統的主要性能參數變化達到以下指標范圍時，要及時進行故障分析，并進行相應的處理。 在正常給水壓力下，產水量較正常值下降1015%； 為維持正常的產水量，經溫度校正后的給水壓力增加1015%； 產水水質降低1015%（產水電導率增加101

2、5%；） 給水壓力增加1015%； 系統各段之間壓力降明顯增加。2 設計提示遠離故障最好的辦法是從開始就消滅發生故障的可能，在進行系統設計時盡量考慮做到： 設計系統時要依據完整的水質分析。對于地表水源要考慮到季節變化的影響，對于普通市政水源要考慮到原水變化的影響，要確認拿到的報告是最新的有效數據。 測定RO進水的SDI值，確定膠體污染的可能性。 保證預處理的效果。 存在污染的可能時，一定要選擇較為保守的系統通量。水質潔凈的地下水的設計通量可以高一些，地表水的設計通量一定不要超過設計導則規定的數值。降低單位面積的膜通量可以減少污染物在膜面上的沉積。 選擇較為保守的系統回收率。回收率較低時濃水的污

3、染物濃度也相應較低。 膜元件的錯流速率要盡量大。較高的錯流速率能增加鹽分和污染物向進水水流的擴散，降低膜面的濃度。 選擇適當的膜元件類型。對于比較復雜地表水和廢水來說，低污染LFC膜比CPA膜更為適用。3 故障原因基本類型系統發生產水量減少和水質下降問題的原因比較復雜，可以簡單歸納出幾種類型：1）進水TDS增加、水溫波動、運行參數調整等原因造成的性能變化不屬于故障范圍。2）系統硬件故障：O型圈密封泄漏、膜氧化、機械故障等；需要更換或修理故障元器件。如果是膜氧化，要找到氧化的原因，消除氧化劑來源，更換膜元件。3）膜污染：膜污染是處理系統故障的核心工作，需要確定污染物類型、污染程度和污染分布，在此

4、基礎上進行清洗恢復。4）系統設計失誤，系統設計問題可能與前面的幾項都有關。對于有設計失誤的系統，在恢復系統元器件性能之后，一定要對系統進行改造，糾正原有錯誤設計或運行參數。9.2 運行參數對系統性能的影響在系統發生問題時，首先要做的是確認問題的性質，消除溫度、進水TDS、產水量和回收率的影響，獲得標準化性能參數。依據上述標準判斷系統是否處于故障狀態，是不是發生了膜污染。系統操作參數的變化對與系統的性能有影響。比如， TDS每增加100ppm，由于滲透壓增加了，進水壓力要增加0.07bar，產水電導也會相應上升。進水溫度增加6.6，進水壓力降低15%。提高回收率會提高濃水濃度和產水電導（回收率為

5、50%、75%和90%時，濃水的濃度分別為進水的2倍、4倍和10倍）。在回收率相同時，降低產水量會提高產水電導，原因是用來稀釋透過鹽分的水量少了。要通過數據的標準化來確定系統是否有問題。可以借助海德能的系統數據標準化軟件ROdata.xls，來求得標準化的產水量、脫鹽率和進水濃水壓力降。通過標準化消除了溫度、進水TDS、回收率和進水壓力的影響。將系統目前的標準化性能參數與與運行第一日的標準化數據進行對比，就可以確定系統性能的變化情況。以下將列舉的是運行參數對膜的性能有正常影響，這些影響可能會導致產水流量和水質的下降。1 產水量下降下列運行參數的變化將降低系統中膜的實際產水量： 進水泵壓力不變時

6、進水溫度下降； 用節流閥降低RO進水壓力； 進水泵壓力不變時增加產水背壓； 進水TDS（或電導率）增加，這會增加產水通過膜時所必須克服的滲透壓； 系統回收率增加，這會增加系統的平均進水/濃水的TDS，從而增加滲透壓； 膜表面發生污染； 進水流道網格的污染導致進水濃水壓力降（P）增加，從而降低了元件末端的NDP（凈驅動壓力）。2 產水品質下降下列運行參數變化會導致實際產水水質劣化，即產水的TDS和電導率增加： 進水溫度上升時通過調節運行參數保持系統產水量不變； 系統產水量下降，這會降低膜通量，導致原來稀釋透過膜的鹽分所需的純水量減少； 進水TDS（或電導率）增加，脫鹽率不變，但產水鹽度隨之增加；

7、 系統回收率增加，這會增加系統的進水/濃水TDS濃度； 膜面污染； O型圈密封損壞； 望遠鏡現象，進水濃水壓力降過大，膜元件外皮脫落； 膜面損壞（比如受到氯的影響）致使膜的透鹽率增加。9.3 發生故障的常見原因 系統故障可以劃分為兩個類型：產水量小，脫鹽率低。回答以下問題會有助于找到發生故障的原因。1 產水量下降時膜污染會造成產水量下降，檢查以下提問來尋找發生問題的原因。 是否正常關閉系統？在一些情況下，要在裝置關閉之前要用反滲透產水沖洗系統濃水，否則無機污染物會在膜面上沉積。 停機保護是否得當？在系統停機期間沒有采取適當的保護措施，會導致嚴重的微生物生長（特別是在溫暖的環境中）。 加酸或阻垢

8、劑是否達到了要求的pH值或飽和指數？ 進水和濃水之間的壓力降是否超過了15%？壓力降增加標志著進水流道受到了污染，膜面水流被限制。檢查各段的壓力降情況，確定發生問題的位置。 在海水系統中，關機時是否對系統進行了產水沖洗？快速沖走膜面的高濃度鹽分，可以防止離子從溶液中沉淀出來。 保安過濾器是否污染？2 脫鹽率低 低脫鹽率時，產水電導率高。可能的原因有膜污染、膜降解和O型圈損壞。確認產水電導增加是否超過了15%。 各段膜組件的產水電導率一樣嗎？逐段測試產水電導，盡可能對每個膜組件測試產水電導率。產水電導率明顯高的組件可能有O型圈或膜元件損壞。要對該組件進行探測和檢查。 膜元件是否與氯或其它強氧化劑

9、有接觸？任何氧化物質的接觸都會損壞膜元件。 儀器經過校準了嗎？確認所有的儀器都經過校準。 膜元件的外觀有變色或損壞嗎？觀察膜元件污染物及損壞物理情況。 進水的實際電導率和溫度與原設計指標有差別嗎？如果實際進水的TDS或溫度高于原設計指標，產水水質達不到設計值是正常的。要對進水、濃水和產水進行取樣分析，與海德能設計數件的結果標進行對比。 發生過產水壓力超過進水壓力的情況（產水背壓）嗎？如果產水要提升到較高位置，管道上又沒有安裝逆止閥，停機時產水壓力會超過進水，膜葉會膨脹破裂。 O型圈有問題嗎？O型圈會因老化而失去彈性或破裂，導致泄漏。周期性更換O型圈，或者定期探測膜組件。3 膜污染 如果以上問題

10、都解決了，而系統依然沒有恢復，還要考慮以下提問： 一旦排除了所有機械故障，就需要確定污染物并實施清洗。 分析清洗出來的污染物及清洗液的顏色和pH的變化。重新投運系統可以確認清洗效果。 如果不知道是什么污染物又缺乏現場經驗，可以委托專用清洗劑供應商對膜元件進行分析并提出清洗方案。 如果所有嘗試都沒有結果，就需要對膜元件進行解剖。打開膜元件進行膜面分析和污染物分析，以確定發生問題的原因和解決方案。 一些污染物影響系統的前端，一些污染物在后端更為嚴重。故障診斷一覽表（表-1）對于判斷污染物的性質非常有用。表-1 膜系統故障診斷一覽表污染種類可能污染位置壓降進水壓力脫鹽率下降金屬氧化物污染（Fe，Mn

11、，Cu，Ni，Zn）一段，最前端膜元件迅速增加迅速增加迅速增加膠體污染（有機和無機混合物）一段，最前端膜元件逐漸增加逐漸增加輕度增加礦物垢(Ca，Mg，Ba，Sr)末段，最末端膜元件適度增加輕度增加一般增加聚合硅沉積物末段，最末端膜元件一般增加增加一般增加生物污染任何位置，通常前端膜元件明顯增加明顯增加一般增加有機物污染（難溶NOM）所有段逐漸增加增加降低阻垢劑污染二段最嚴重一般增加增加一般增加氧化損壞(Cl2，Ozone，KMnO4)一段最嚴重一般增加降低增加水解損壞（超出pH范圍）所有段一般降低降低增加磨蝕損壞（碳粉等）一段最嚴重一般降低降低增加O型圈滲漏（內連接管或適配器）無規則（通常在

12、給水適配器處）一般降低一般降低增加膠圈滲漏（由于產水背壓造成）一段最嚴重一般降低一般降低增加膠圈滲漏（在清洗或沖洗時由關閉產水閥而造成）最末端元件增加（污染初期和壓差升高）增加（污染初期和壓差升高） 增加9. 探針法壓力容器內脫鹽率下降原因的診斷RO裝置的產水是由裝置內所有壓力容器產水匯集而成的。RO裝置脫鹽率下降有時是由于個別壓力容器脫鹽率下降引起的，故而應首先檢查各個壓力容器的出水電導，找出產水水質異常的壓力容器，然后對這些壓力容器進一步檢查確定原因。一支壓力容器內串聯有若干支膜元件，兩端的膜元件由適配器與壓力容器端板連接，中間各支膜元件由產水連接管連接，適配器與連接管均裝有橡膠O型圈密封

13、。故一支壓力容器出水水質異常的原因有以下幾種：1.膜元件損壞、滲漏；2.適配器損壞或O型圈泄漏；3.連接管損壞或O型圈泄漏；為確定上述原因，可用探針法進行探測，所謂探測是將一支塑料軟管插入位于壓力容器端板中心的產水管口，在不同插入長度處引出產水并測量電導率，以確定電導偏高的位置。以8英寸壓力容器為例，探測步驟如下：1.停止RO裝置的運行，2.拆除被測壓力容器端板上產水管口的堵頭，3.在原來堵頭的位置上安裝一個球閥，4.準備一根外徑812mm，有足夠長的塑料軟管，并在軟管沿長度方向上，每隔0.5m作一刻度標記，5.啟動RO裝置，低壓運行15分鐘后打開球閥，插入塑料軟管，一直插到壓力容器另一端的端

14、板處，6.一分鐘后測量軟管中流出的產水電導，7.將軟管拔出0.5m，等待一分鐘后再次測量產水電導并記錄軟管插入長度，8.重復步驟7直至測量完壓力容器全長，9.比較全長度方向上電導值，找出電導異常的位置。9.5 膜元件分析1 目測與稱重目測系統發生明顯污染時，在壓力容器中會形成可見的污染物累積。在確定系統已經發生污染，需要實施化學清洗時，最好先打開壓力容器端板，直接觀察污染物在壓力容器端板與膜元件之間的間隙內累積的情況。一般根據直接觀察即可基本確定污染物的類型，確定相應的清洗方案。前端污染觀察：預處理濾料泄漏（砂粒、活性炭顆粒）、膠體污染、有機物污染和生物污染在前端影響最嚴重，可以從前端膜元件入

15、口觀察到顆粒物及粘液狀污染。發生生物污染時會發現腥臭味粘液物質，灼燒刮取的生物粘泥（粘膜），會有蛋白質的焦臭氣味。末端污染觀察：無機鹽結構在系統末端濃水排放處最為嚴重，在末端膜元件端頭處可以摸到粗糙的粉狀物。稱重污染的膜元件進水流道附著了污染物，整體重量會加大。將取出的膜元件豎放置，瀝干水分后稱重，與海德能膜元件的參考重量進行對比。多余的重量即為附著污染物的重量。表-2 海德能膜元件濕態重量膜元件類型濕態重量（kg）80404040ESPA16.43.8CPA153.8LFC16.33.8SWC18.14.12 性能測試在膜元件解體前實施。但若確定已有附著污垢，為了正確的推斷污垢的成分和含量，

16、我們推薦在不進行性能檢測的狀態下實施分析。因此若是在有確保2支樣品的情況下，一支用于性能檢查，一支直接解體是最佳的方案。膜元件的性能檢查中必須檢測下列項目 真空保持檢查·水密檢測：膜元件·平膜的破損和破損位置的確定。 用標準測試液，對脫鹽率、產水量、壓差的測試：膜破損、膜性能劣化、污染、流路堵塞的確認和連接管是否不良的判斷。通過以上的性能檢測和出廠數據進行對比、確認性能變化狀況。在壓差的測定中使用壓差檢測計，測試中要測到1kPa的單位。新膜元件出廠時約在23kPa左右。3 解剖1） 拍攝膜元件的外觀照片（全體和兩端面的特寫）2） 取下兩端的端板，原水的流動方向需要清晰的注明

17、。3） 把外層的玻璃鋼纖維取走。4） 把膜組件打開，檢查每片膜葉，對膜葉的全體或者必要的部分進行拍照。為了讓看照片時就能明白膜葉上何處為原水側，何處為濃縮側，事先標注或作上記號。5） 有大量的污染物時，需要采集污染物。為了分析對膜表面，符合FT-IR的分析條件，膜片取樣尺寸大約40mmx20mm即可。4 染色想確定膜的性能劣化或者膜元件破損位置的時候可以進行染色測試。若要同時進行污染分析的話，最好用另外樣品進行分析。使用染料：直接湖蘭（directblue，分子量約1000）或者紫外（ ultraviolet，分子量約300）。濃度：適量，壓力：該膜元件的檢查壓力，加壓時間：約10分鐘。染色后

18、，解剖膜元件，就可以確定膜的破損、膜元件密封的泄漏等缺陷位置。5 紅外光譜 FT-IR根據FT-IR的分析，可以得到以下數據信息。1）由于化學變化而造成的膜的性能劣化情況根據和新膜圖譜的對比，如果有官能團的特征峰減少的話，可以判斷膜有化學變化，但是在有許多污染物附著在膜表面時無法判定。2）膜上污染物的鑒別根據和新膜相比較的差譜分析方法，測定污染物的吸收曲線可以推測出其主成分。與標準物質的吸收光譜作比較得出污染物的組分。若污染物可以采集，直接用FT-IR測試，也可以判斷污染物的成分。3）可以就污染物成分判斷是懸浮物、膠體物質(金屬氧化物、微生物污染或絮凝劑等）或結垢物質（碳酸鈣、硅、硫酸鋇等)。

19、4）膜面緊密吸附物質 吸附層一般很薄，而FT-IR的分析深度是100，因此對于很薄的吸附層顯得辦法不多。可以用大量的超純水抽取，然后減壓蒸餾濃縮后可以用FT-IR測試。關于吸附物質的判定請專門咨詢該類專家。5）僅用FT-IR無法單獨判別。必須結合XMA等其它測試結果對污染物進行判斷。6 掃描電鏡SEM及X射線XMA通過SEM，XMA的分析，可以得到以下信息。1）用SEM可以觀察膜及污染物的外觀、判斷膜的破損狀況并推測污染物。污染物的大概類型，比如是結晶性或非結晶性，是否細菌性沉淀渣等。還可以觀察膜表面附著部分的污染程度。但要知道的是SEM只能對非常窄小的部分進行觀察，因此需要多個的樣品通過觀察

20、才可以做出判斷。2）用XMA可以對膜上附著污垢的無機元素進行推斷。（碳以上的原子量的元素）為了調查附著頻度，要對SEM的視野整體內的頻譜和點對污染物的頻譜進行分析。對特定的元素也可以測定其附著位置。附著的元素和用FT-IR所得的化合物吸收對應組合，可以推斷污染物。例如通過XMA，看出有Si，Fe的附著，SEM發現澡類物質，用 FT-IR發現有Si，Fe和微生物的吸收光譜，參考標準的頻譜，可以判定有Si，Fe和澡類污染的存在。參看圖-1和圖-2。圖106 FT-IR 差譜分析示意圖圖-1 污染膜片紅外分析FT-IR圖例圖-2 SEM&X射線分析結果示意圖9.6 系統故障處理一般步驟1）數

21、據分析、現場調查數據分析和現場調查工作是進行診斷、排除系統故障的基礎，要對系統運行實際數據進行全面分析，跟蹤系統性能指標變化的細微過程，掌握現場運行過程中所有相關事件的具體情況。 開始變化的時間點及相關事件，查閱系統運行日志或記錄。 進水水質或水源的變化：TDS、溫度、SDI、余氯、個別離子濃度、pH。 系統運行參數的調整及結果。 系統性能變化時相關的特殊事件，比如開關機、關機保護措施（關機系統快沖、停機保護、高壓泵前中間水箱停留時間等）、更換保安過濾器濾芯、產水用水量變化及操作人員變化等。 系統加藥的變化：阻垢劑、分散劑、還原劑、加酸、預處理系統加藥，包括藥劑供應商的變化。 變化的方式，比如

22、緩慢的平穩變化，較快的但均勻的變化，加速的變化和突變。2）數據標準化 確認系統性能參數下降的實際值，排除水質及運行參數變化對系統性能的影響。3）運用海德能RO設計軟件進行模擬計算核查系統設計的合理性，檢查系統預置參數可能存在的問題。膜元件選型、膜元件排列方式、泵配置、系統運行參數、結垢傾向、濃差極化、預測產水水質等。4）壓力容器探測發現問題膜元件，繪制系統脫鹽率分布圖，了解系統脫鹽率下降的規律性，為污染性質判斷提供依據。5）O型圈檢察更換損壞O型圈。6）膜元件污染觀察分析 首末端膜元件端頭目測觀察，膜元件稱重，污染物化學分析和儀器分析，確定污染物的物理化學特性。7）污染原因分析 查明系統污染的原因，盡量從源頭控制膜污染。8）清洗方案根據污染物及污染狀況分析，制定化學清洗方案。9）清洗試驗對于大系統或污染嚴重的膜系統