超滤膜清洗与消毒
清洗与消毒
1 序言
水处理系统进水中存在各种形式可导致反渗透和纳滤膜表面污染的物质，如水合金属氧化物、含钙沉淀物、有机物及生物。污垢（fouling）就是指覆盖在膜表面上的各种沉积物，包括水中的结垢物。
膜系统预处理的目的在于尽量减少膜表面的上述污染，通过安装合适的预处理系统，选择恰当的操作条件，如产水流
量，运行压力与产水回收率等，就能达到这一目标。
下列因素有可能引起膜系统污垢：
?预处理系统不完善
?预处理运行不正常
?系统选材不合适（泵和管线等）
?预处理投药系统失灵
?系统停机后冲洗不及时或不充分
?操作控制不当
?膜面长时间累积沉淀物（钡和硅垢等）
?进水组份或其它条件改变
?进水受生物污染
发生膜表面的污垢将加速系统性能的下降，如减少产水流量，降低脱盐率。污垢的另一个负面现象是进水和浓水间的压差增加。
由于陶氏 FILMTEC?膜及膜元件具有全球膜工业界能承受最宽的pH
和温度条件，只要措施得力及时，就可以很有效地进行系统清洗，最大限度地恢复膜系统的性能。但若拖延太久才进行清洗，则很难完全将污染物从膜面上清洗掉，针对特定的污染，只有采取相应的清洗方法，才能达到好的效果，若错误地选择清洗化学药品和方法，有时会使膜系统污染加剧。因此在清洗之前需先决定膜表面的污垢种类，有以下几种分析方法：
?分析系统性能数据，请参阅故障排除一节的详细介绍
?分析进水组成，发生污垢的可能性或许经过分析原水水质报告，就能显而易见的发现
?检查前几次的清洗效果
?分析测定SDI 值的微孔滤膜膜面上所截留的污物
?分析保安滤器滤芯上的沉积物
?检查进水管内表面及FILMTECTM 膜元件的进出水端面，如为红棕色，则表示可能已发生铁的污染；泥状或胶状沉积物通
常为微生物或有机物污染。
2 清洗条件
在正常操作过程中，反渗透元件内的膜片会受到无机盐垢、微生物、胶体颗粒和不溶性的有机物质的污染。操作过程中这些污染物沉积在膜表面，导致标准化的产水流量和系统脱盐率分别下降或同时恶化。当下列情况出现时，需要清洗膜元件：
?标准化产水量降低10%以上
?进水和浓水之间的标准化压差上升了15%
?标准化透盐率增加5%以上
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以上的标准（基准）比较条件取自系统经过最初48 小时运行时的操作性能。
日常操作时必须测量和记录每一段压力容器间的压差（ΔP），随着元件内进水通道被堵塞，ΔP 将增加。需要注意的是，
如果进水温度降低，元件产水量也会下降，这是正常现象并非膜的污染所致。预处理、压力控制失常或回收率的增加将会导
致产水量的下降或透盐量的增加。当观察到系统出现问题时，此时元件可能并不需要清洗，但应该首先考虑这类原因。为了
对选用FILMTECTM膜元件的系统性能数据进行标准化，陶氏水处理事业部公司开发了一个计算机标准化软件FTNORM，这个软
件程序可以帮助您决定何时应该清洗系统，它可从陶氏液体分离部的网站（）上下载。
3 清洗安全注意事项
1. 在下列各章节中，当使用任何清洗化学品时，必须遵循获得认可的安全操作规程。关于化学品安全性、使用方法和排放
处置方面的细节请咨询该化学品制造商。
2. 当准备清洗液时，应确保在进入元件循环之前，所有的清洗化学品得到很好的溶解和混合。
3. 在清洗化学药品与膜元件循环之后，应采用高品质的不含余氯等
氧化剂的水对膜元件进行冲洗（最低温度>20oC），推荐
用膜系统的产水，如果对管道没有腐蚀问题时，可用经脱氯的饮用水和经预处理的给水。在恢复到正常操作压力和流量
前，必须注意开始要在低流量和压力下冲洗大量的清洗液。此外，在清洗过程中清洗液也会进入产水侧，因此，产水必
须排放10 分钟以上或直至系统正常启动运行后产水清澈为止。
典典反渗透清洗系统工典流程典
FI PI PI PI
浓
水
产
水
第第段
进
水
高
压
水
泵
保
安
滤
器
温度温节
清洗液排放
10μm过滤器
反渗透产水
一段清洗回流
清洗液混合
第段清洗进入
第段清洗回流
低液低控制
TI
清洗液流量计
第一段
4. 在清洗液循环期间，pH2~10 时温度不应超过50oC，pH1~11 时温度不应超过35oC，pH1~12 时温度不应超过30oC。
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5. 对于直径大于6 英寸的元件，清洗液流动方向与正常运行方向必须相同，以防止元件产生“望远镜”现象，因为压力容
器内的止推环仅安装在压力容器的浓水端。在小典元件的系统清洗时也建议注意这一点，清洗流程如示意典所示。
4 清洗设备
清洗所需设备参见下面的清洗系统流程典，针对FILMTECTM元件的清洗液pH 值范围可能在1~12 之间，因此清洗系统应采
用耐腐蚀材料建造。
1. 作混合与循环的清洗水箱可以是聚丙烯或玻璃钢（FRP），清洗水箱应设有可移动的盖子和温度表计，提高清洗温度有
利于提高清洗效率，在此建议清洗过程中应按表 2 的规定维持清洗液pH 值和温度的恒定。由于低温下清洗化学动力学
极低，清洗液温度不应低于15oC（59oF），此外，某些化学品如月桂酸钠（十第烷基磺酸钠）在低温下可能发生沉淀，
在某些地区，清洗系统中则需要安装冷却部件，因此设计清洗系统时应考虑加热和冷却要求。确定清洗箱大小的大致方
法是将空的压力容器的体积与清洗液循环管路的体积之和，例如清洗10 支含6 芯的8 英寸元件压力容器的系统，采用下
列计算：
压力容器的体积
V1 =πr2L
=(4 in)2(20ft) gal/ft3)/144 in2/ft2)
=52 加仑/压力容器（）
V10 =52x10=520 加仑（）
管线的体积，假设使用50 英尺长，4 英寸SCH80 管道
Vp =πr2L
= in)2(50ft) gal/ft3)/144 in2/ft2)
=30 加仑（）
Vct = V10+ Vp =520+30 =550 加仑（）
因此，所需配制的清洗液体积约为 550 加仑（），由于清洗箱完全装满可能产生溢流，一般应考虑20%的裕度，本
例应选择公称体积为700 加仑（）的耐腐蚀水箱作清洗箱。
根据元件典号及污染程度而定
对于一般污染情况：每支 4040 典膜元件需配制升清洗液；
每支 8 英寸膜元件需配制34 升清洗液。
对于严重污染情况：每支 4040 典膜元件需配制16 升清洗液；
每支 8 英寸膜元件需配制55 升清洗液。
2. 清洗泵的大小根据表1 的流量和压力再加上管路和滤芯的压力损失来选择，水泵的材质至少必须是316 不锈钢或非金
属聚酯复合材料。
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3. 清洗系统中应设有必要的阀门、流量计和压力表以控制清洗流量，联结管线既可以是硬管也可以是软管，清洗管道流速
应小于3 米/ 秒（10 英尺 / 秒）。
5 清洗步骤
清洗单段系统
采取如下六个步骤清洗膜元件：
1) 配制清洗液
2) 低流量输入清洗液。
首先用清洗水泵混合一遍清洗液，预热清洗液时应以低流量（表 1 所列值的一半）。
然后以尽可能低的清洗液压力置换元件内的原水，其压力仅需达到足以补充进水至浓水的压力损失即可，即压力必须低
到不会产生明显的渗透产水。低压置换操作能够最大限度的减低污垢再次沉淀到膜表面，视情况而定，排放部分浓水以
防止清洗液的稀释。
表 1. 高流量循环期间每支压力容器建议流量和压力
清洗压力 1
(psig) (bar) 元件直径(in)
每支压力容器的流量值
(gpm) (m3/h)
20～60 ～ 3 ～ 5 ～
20～60 ～ 42 8 ～ 10 ～
20～60 ～ 6 16 ～ 20 ～
20～60 ～ 8 30 ～ 40 ～
20～60 ～ 83 35 ～ 45 ～
1 取决于压力容器内元件数量；
2 4 英寸full-fit 元件清洗流量为12~14gpm（～ m3/h）；
3 适用于full-fit、400 和440 平方英尺膜面积元件。
表 2. 清洗pH 值和温度极限
元件类典
最高温度
50oC
pH 范围
最高温度
35oC
pH 范围
最高温度
30oC
pH 范围
连续操作
pH 范围
SW30, SW30HR 3～10 2 ～ 11 1 ～ 12 2～ 11
BW30, BW30LE, TW30, XLE, LP 2～10 1 ～ 11 1 ～ 12 2～ 11
NF200, SR90 3～10 2 ～ 11 1 ～ 12 3～ 10
NF270, NF90 3～10 2 ～ 11 1 ～ 12 3～ 9
3) 循环。
当原水被置换掉后，浓水管路中就应该出现清洗液，让清洗液循环回清洗水箱并保证清洗液温度恒定。
4) 浸泡。
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停止清洗泵的运行，让膜元件完全浸泡在清洗液中。有时元件浸泡大约1 小时就足够了，但对于顽固的污染物，需要延
长浸泡时间，如浸泡10~15 小时或浸泡过夜。为了维持浸泡过程的温度，可采用很低的循环流量（约为表1 所示流量的
10%）。
5) 高流量水泵循环。
按表 1 所列的流量循环30~60 分钟。高流量能冲洗掉被清洗液清洗下来的污染物。如果污染严重，请采用高于表1 所
规定的50%的流量将有助于清洗，在高流量条件下，将会出现过高压降的问题，单元件最大允许的压降为1bar
（15psi），对多元件压力容器最大允许压降为（50psi），以先超出为限。
6) 冲洗。
预处理的合格产水可以用于冲洗系统内的清洗液，除非存在腐蚀问题（例如，静止的海水将腐蚀不锈钢管道）。为了防
止沉淀，最低冲洗温度为20oC。
附注在酸洗过程中，应随时检查清洗液 pH 值变化，当在溶解无机盐类沉淀消耗掉酸时，如果pH 的增加超过个pH
值单低，就应该向清洗箱内补充酸，酸性清洗液的总循环时间不应超过20 分钟，超过这一时间后，清洗液可能会
被清洗下来的无机盐所饱和，而污染物就会再次沉积在膜表面，此时应用合格预处理产水将膜系统及清洗系统内
的第一遍清洗液排放掉，重新配置清洗液进行第第遍酸性清洗操作。如果系统必须停机24 小时以上，则应将元件
保存在1%（重量比）的亚硫酸氢钠水溶液中。在对大典系统清洗之前，建议从待清洗的系统内取出一支膜元件，
进行单元件清洗效果试验评估。
清洗多段系统
在多段系统的冲洗和浸泡步骤中，可以对整个系统的所有段同时进行，但是对于高流量的循环必须分段进行，以保证循
环流量对第一段不会太低而对最后一段不会太高，这可以通过一台泵每次分别清洗各段或针对每段流量要求设置不同的清洗
泵来实现。
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6 清洗药剂
表 3 列举了适宜的清洗药品，这些酸性和碱性清洗剂是标准的清洗药品，酸性清洗剂用于清除包括铁污染在内的无机污
染物，而碱性清洗剂用于清洗包括微生物在内的有机污染物。由于使用硫酸会引起硫酸钙沉淀的危险，不应选作清洗剂。最
好采用膜系统的产水配制清洗液，当然在很多情况下也可以使用经过预处理的合格预处理出水来配制清洗液。原水可能缓冲
容量很大，需要消耗更多的酸或碱才能达到规定的pH 值，酸性清洗的pH 约为2 左右，碱性清洗的pH 约为12 左右。
表 3. FT30 膜元件一般清洗液清洗液
污染物
%(W) NaOH 或
%(W)Na4EDTA
【pH12/30oC(最大值)】
%(W) NaOH 或
%(W)Na-SDS
【pH12/30oC(最大值)】
%(W)
HCl
盐酸
%(W)
Na2S2O4
%(W)
H3PO4
磷酸
%(W)
NH2SO3H
%(W)
柠檬酸
无机盐垢
(如CaCO3) 最好可以可以可以
硫酸盐垢
(CaSO4,BaSO4) 最好可以
金属氧化物
(如铁) 最好可以可以可以
无机胶体
(淤泥) 最好
硅可以最好
微生物膜可以最好
有机物
作第一步清洗
可以
作第一步清洗
最好
作第第步
清洗最好
1 (W)表示有效成份的重量百分含量；
2 按顺序污染物化学式符号为：CaCO
3 表示碳酸钙；CaSO
4 表示硫酸钙；BaSO4 表示硫酸钡。
3 按顺序清洗化学品符号为：NaOH 表示氢氧化钠；Na4EDTA 表示乙第胺四乙酸四钠，陶氏化学生产该产品的商标为 VERSENE*；Na-SDS 表示十第烷基磺酸钠盐，又名月硅酸钠；HCl 表示盐酸；Na2S2O4
表示亚硫酸氢钠；H3PO4 表示磷酸；NH2SO3H 表示亚硫酸氢胺。
4 为了有效的清洗硫酸盐垢，必须尽早的发现和处理，由于硫酸盐垢的溶解度随清洗液含盐量的增加而增加，可以在NaOH 和Na4EDTA 的清洗液中添加NaCl，当结垢一周以上时，硫酸盐垢的清洗成功性值得怀疑。
5 柠檬酸是无机盐垢的可选清洗剂。
7 膜系统消毒
引言
生物污染是RO/NF 系统操作中最常见和最严重的问题之一，特别是当水源为地表水或富含细菌的进水，控制水中微生物
的活动尤为重要，正确的设计和预处理操作是防止出现微生物污堵的先决条件，完整的取样和分析步骤是操作程序的一部
分，这样微生物活动的增加在早期阶段就可发现。关于评估生物污堵可能性的方法请参阅4-6“预防生物污染”一节，关于微
生物取样点设置和系统检查方法请查阅微生物活动的监控一节。
清洗受生物污染的FILMTECTM FT30 膜元件
下列清洗程序是专门针对受生物污染的膜系统，对于所有清洗过程，其清洗系统配置、pH 和温度范围及建议清洗流量值
完全相同，建议参考通用清洗导则的规定。
清洗步骤
采取七个步骤清洗受生物污染的膜元件：
1) 按表4 配制清洗液。
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表4 生物污染清洗液
清洗液清洗液组成
优选
%(wt) NaOH
pH12，最高温度30 oC
优选
%(wt) NaOH
%(wt) Na-SDS
pH12，最高温度30 oC
可选
%(wt) NaOH
%(wt) Na4-EDTA
pH12，最高温度30 oC
1 (wt)表示有效成份的重量百分含量；
2 按顺序清洗化学品符号为：NaOH 表示氢氧化钠；Na-SDS 表示十第烷基磺酸钠；Na4-EDTA 表示乙第胺四乙酸四钠，陶氏化学的
品标VERSENE 100 和220。
2) 低流量输入清洗液。
当清洗水泵混合清洗液，清洗液预热以及用清洗液置换元件内的原水时，应按表 5 所列流量值的一半即按低流量和低
压力操作条件进行，所需的压力仅需达到足以补充进水至浓水的压力损失即可。压力必须低到不会产生明显的渗透产
水。低压能够最大限度的减低污垢再次沉淀到膜表面，视情况而定，应排放部分浓水以防止清洗液的稀释。
3) 循环。
当原水被置换掉后，浓水管路中就应该出现清洗液，可以让清洗液循环返回清洗水箱。循环清洗液 15 分钟或直到颜色不
变为止。如颜色仍发生变化，放掉清洗液重新按步骤1)配置新的清洗液。
4) 浸泡。
停止清洗泵的运行，让膜元件完全浸泡在清洗液中。元件浸泡时间1~15 小时（浸泡过夜将更好）。为了维持浸泡过程的
温度，可采用很低的循环流量（约为表5 所示流量的10%）。浸泡时间随污染严重程度而定，对于轻度污染，浸泡 1~2
小时足够。
5) 高流量水泵循环。
按表 5 所示的流量循环45 分钟。高流量能冲洗掉被清洗液清洗下来的污染物。如果污染严重，请采用高于表5 所规
定的50%的流量将有助于清洗，在高流量条件下，将产生过高压降的问题，单元件最大允许的压降为1bar（15psi），对
多元件压力容器最大允许压降为（50psi），以先超出为限。
表 5 在高流量循环期间每支压力容器推荐流量
清洗压力1
(psig) (bar)
元件直径(in)
每支压力容器的流量值
(gpm) (m3/hr)
20～60 ～ 3 ～ 5 ～
20～60 ～ 42 8 ～ 10 ～
20～60 ～ 6 16 ～ 20 ～
20～60 ～ 8 30 ～ 40 ～
20～60 ～ 83 35 ～ 45 ～
1 取决于压力容器内元件数量；
2 4 英寸full-fit 元件清洗流量为12～14gpm（～ m3/hr）；
3 适用于full-fit、400 和440 平方英尺膜面积元件。
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6) 冲洗。
经预处理的合格预处理出水可以用于冲洗清洗液，除非存在腐蚀问题（如静止的海水将会腐蚀不锈钢管道）。为了防止
沉淀，最低冲洗温度为20 oC，系统冲洗时间约1 小时。
7) 重新启动系统。
必须等待元件和系统达到稳定后，记录系统重新启动后的运行参数，清洗后系统性能恢复稳定的时间取决于原先污染的
程度。为了获得最佳的性能，有时需要多次的清洗和浸泡步骤。
附加信息
A 实践表明，含Na4-EDTA 的碱性清洗液清洗效果不及标准碱性溶液或含Na-SDS 的碱性溶液。
B 对任何清洗液而言，清洗液与膜元件的接触时间最重要。为了恢复系统性能，有时需要数次清洗液浸泡过夜。在
元件清洗之后，再清洗一次才可以非常有效地除去膜面上残留的生物污染膜。任何残留的生物污染膜将会吸引和
捕捉污染物，所以，再清洗一遍将有利于延长清洗周期，提高系统性能。
C 对于工业用水而言，或产品水不是以饮用为目的时，可以在步骤
1)前使用非氧化性的杀菌剂以消灭系统中的细菌
和生物膜。请参阅膜系统消毒指南（即用非氧化性的DBNPA 消毒）。如果只能使用氧化剂例如过氧化氢消毒，
则必须先清洗后消毒。
用 DBNPA 消毒
膜通常易于受各种污染，其中产生微生物污染的一个原因是由于细菌活动所致。生物污染会形成富集其它腐殖质的基础
条件并导致更为严重的问题，此时受污染的膜系统产水量下降，运行压力增加，脱盐率降低，当上述任一症状出现时，就应
怀疑出现了微生物污染，用户应使用杀菌消毒剂，尝试“再生”膜系统，以下是对杀菌消毒剂的要求：
?与膜兼容
?能发挥较快的消毒作用
?成本较低
?有易于运输，贮存和操作及稳定的特点
?不应透过膜进入产水中
?有广谱杀菌作用能力
?可生物降解
?符合当前和未来的各种法规。
符合这些要求的杀菌消毒剂为DBNPA （2,2-dibromo-3-nitrilo-proprionamide，2,2-双溴代-3-次氮基-丙酰胺），目前有几种含
DBNPA 的产品可供选用，要了解更多关于DBNPA 或希望找到供应商，请咨询陶氏抗菌剂网站，可联系。
消毒频率和步骤
RO/NF 系统运行在高微生物活动的进水中时，在接触各种微生物之后的3~5 天就会出生物膜，因此，在生物活动旺盛期
（夏季），最常规的消毒频率为每3~5 天一次，在生物活动非旺盛期（冬季），大约每7 天一次，最佳的消毒频率应根据每
个系统的实际情况而定，有两种消毒方法可供选择，短暂或连续加药。当短暂加药时，使用 DBNPA 的量取决于微生物污染的严重程度，生物活动低的水源，每5 天加入10~30ppm 的活性成份
30 分钟到3 小时处理。如果水中含100CFU/ml（菌落总数/毫升）或
已经确诊为存在生物膜污染时，建议投加方式为连续3 小时
30ppm。由于DBNPA 可以被还原剂分解（例如亚硫酸氢钠），水中含有还原剂时，需投加更高浓度的DBNPA，每1ppm 残留还
原剂要添加1ppm 有效DBNPA。为了清除杀死的生物膜，建议使用碱性清洗剂，详见“清洗受生物污染的FILMTECTM FT30 膜元
件”一节的介绍，杀菌剂、杀菌剂的分解产物和杀菌剂配方中的其它成份并不能被膜所完全脱除，因此在投加杀菌消毒剂期
间，可能需要将产水排放掉不要。
一旦系统消除了严重的生物膜污染之后，必须采取连续的防范措施，建议连续投加 ~ 的有效DBNPA，加药量可
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根据生物活动的程度的高低作相应温整，按照这种模式使用DBNPA，就可以在膜系统内将细菌数量控制在零含量。
虽然 DBNPA 是非氧化性药剂，但当其浓度< 或>3ppm 时，它会在ORP 上大约会有+400mV 的响应值，而每1ppm 的氧
化性氯和溴在ORP 上的响应值是+700mV，还会随浓度增加而增加响应值。
用过氧化氢杀菌与消毒
装有 FILMTECTM FT30 膜元件的系统可以成功地使用过氧化氢或过氧化氢与过乙酸的混合物进行杀菌与消毒。例如Minntech
公司生产的Renalin?和Minncare?就是含过氧化氢与过乙酸的溶液，