一种半透膜膜元件清洗装置技术领域
本发明涉及膜法水处理技术领域，具体涉及一种半透膜膜元件的清洗装
置。
背景技术
反渗透膜法和纳滤膜法水处理技术在电力、水力、药业、食品等水处理
领域被越来越广泛地采用，但由于进水水质复杂和预处理不充分，反渗透(RO)
膜膜元件或纳滤(NF)膜膜元件可能被进水中的无机物、有机物、微生物、
颗粒状物和胶体等杂质污染。这些物质沉积在膜表面，将会引起RO膜和NF
膜的性能下降，如低的产水流量、高的溶质透过率、原水和浓水之间的压差
增大。为恢复RO膜或NF膜的性能，需定期进行膜的清洗。随着运行时间不
断增加，RO膜或NF膜可能在使用过程中发生严重污染和堵塞，膜元件很难
通过常规在线化学清洗获得性能恢复。
为了恢复RO膜或NF膜的性能，可以采用膜元件的离线清洗，如专利文
献1中提出，清洗液通过清洗泵进、出水阀，保安进水阀，保安出水阀，RO
进水阀进入压力容器，在浓水阀，产水阀，浓水回流阀、产水回流阀开启状
态下，控制清洗流量和压力，对RO膜元件进行循环清洗。如果RO膜元件
严重污染或污堵时，污染物在膜片表面黏附性强，采用该方法很难获得较好
的清洗效果。
当RO膜或NF膜严重污染时，为了使膜表面的污染物从膜表面能够更有
效地分离，可以采用膜元件的逆向清洗，如专利文献2中提出，清洗液经过
清洗水泵，经由产水阀门从产水端进入反渗透膜系统，用于对膜系统进行逆
方向加压冲洗，使得黏附牢固的污染物从膜表面剥离。该清洗方法从产水端
进水，采用清洗水泵单独进水，进水压力难于控制，因此现有逆向清洗方法
对RO膜元件的清洗损坏率高；当采用膜表面逆方向加压冲洗后，从膜表面
剥离的污染物不能及时从膜表面脱落离开，再次正向加压运行时，被剥离的
污染物会重新压紧至膜表面，清洗效果欠佳。
专利文献1：CN201310250776.4
专利文献2：CN201310030825.3。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半透膜膜元件清洗装置。使用该装置，对于
严重污染的半透膜膜元件进行逆向清洗，通过控制逆向清洗条件，降低膜元
件在清洗过程中的损坏率，同时提高清洗效果。
为了解决上述问题，本发明将下面的任一构成作为特征。
(1)一种半透膜膜元件清洗装置，包含清洗水箱T1、膜元件静置箱T2、
清洗液加药系统和清洗液回流系统，所述膜元件静置箱T2中含有清洗液。
(2)根据上述(1)所述的半透膜膜元件清洗装置，清洗水箱T1通过清
洗液加药系统与膜元件的产水管相连接。
(3)根据上述(1)所述的半透膜膜元件清洗装置，膜元件静置箱T2
内清洗液高度是膜元件静置箱T2高度的30％-90％。
(4)根据上述(3)所述的半透膜膜元件清洗装置，膜元件静置箱T2
内清洗液高度是膜元件静置箱T2高度的50％-80％。
(5)根据上述(1)所述的半透膜膜元件清洗装置，清洗液加药系统主
要包含清洗水箱阀门V7、清洗水泵P1、控压阀VP和压力传感器Pr1。
(6)根据上述(5)所述的半透膜膜元件清洗装置，控压阀VP的压力范
围在0.02-0.06Mpa。
此外，在本发明中，所述半透膜膜元件为反渗透(RO)膜膜元件或纳滤
(NF)膜膜元件。
根据本发明，对于严重污染的反渗透(RO)膜膜元件或纳滤(NF)膜膜
元件，使用该装置，在逆向清洗时，调节清洗水箱T1和膜元件静置箱T2中
清洗液的浓度与膜元件静置箱T2中液位，降低了膜元件在逆向清洗时的渗透
压，保证清洗液更容易透过膜元件。并且通过控制逆向清洗压力，降低膜元
件在清洗过程中的损坏率；清洗液从膜元件产水管进入，逆向清洗可以将严
重污染结垢物质疏松化，获得更好的清洗效果；清洗装置中膜元件直接连接
清洗管路，无膜壳，结构简单、便于拆装。
附图说明
图1是表示本发明的清洗装置的一个实施方式的流程图。
图2是表示本发明的清洗装置的另一个实施方式的流程图。
符号说明
T1：清洗水箱；
T2：膜元件静置箱；
V1-V6：调节阀门；
V7：清洗水箱阀门；
V8：清洗水箱回流阀门；
V9：膜元件静置箱回流阀门；
VP：控压阀；
F1-F6：流量计；
P1：清洗水泵；
P2：循环水泵；
Pr1：压力传感器；
EL：反渗透膜膜元件或纳滤膜膜元件；
HL：高液位传感器；
LL：低液位传感器；
D：纳米微孔曝气器；
S：反渗透膜膜元件或纳滤膜膜元件支架；
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式对本发明进行更详细的说明。需要说明
的是，本发明并不限定于以下的实施方式。
使用本发明的图1所示的半透膜膜元件清洗装置，包含清洗水箱T1、膜
元件静置箱T2、清洗液加药系统和清洗液回流系统，其中，所述膜元件静置
箱T2中含有清洗液。所述膜元件静置箱T2为膜元件竖直放置的箱体，在清
洗时，膜元件浸泡在清洗液中。清洗水箱T1和膜元件静置箱T2采用相同的
清洗液，本发明对清洗液没有特别限定，根据膜元件的污染程度及类型，参
考膜元件用户手册进行选择。本发明的膜元件静置箱T2中清洗液浓度高于清
洗水箱T1中清洗液浓度，当清洗水箱T1中清洗液进入膜元件后，膜片两侧
的清洗液存在浓度差，降低了清洗时渗透压，使清洗液更容易透过膜元件。
优选清洗水箱T1中的清洗液浓度是膜元件静置箱T2中的清洗液浓度的
10％-50％。
为了降低清洗时渗透压和提高清洗效果，优选膜元件静置箱T2内清洗液
高度是膜元件静置箱T2高度的30％-90％，由于考虑适当降低清洗水泵P1所
需提供的水压以及清洗液费用因素，进一步优选膜元件静置箱T2内清洗液高
度是膜元件静置箱T2高度的50％-80％。本发明对于膜元件静置箱T2的液位
控制没有特别限定，优选膜元件静置箱T2的液位通过水箱内高液位传感器
HL和低液位传感器LL控制。T1和T2中清洗液的浓度差以及膜元件静置箱
T2中清洗液高度降低了膜元件在逆向清洗时的渗透压，保证清洗液更容易透
过膜元件。
本发明对RO膜元件或NF膜元件EL的放置方式没有特别限定，优选将
待清洗的RO膜元件或NF膜元件EL放入膜元件静置箱T2底部的RO膜元
件或NF膜元件支架S上，膜元件的产水管与清洗管道连接，清洗水箱T1通
过清洗液加药系统与膜元件的产水管相连接，清洗时，保证清洗液从产水管
进入膜片，达到膜片的逆向清洗。
清洗液加药系统主要包含清洗水箱阀门V7、清洗水泵P1、控压阀VP和
压力传感器Pr1。清洗时，打开清洗水箱阀门V7、清洗水泵P1和控压阀VP，
在水泵压力下，清洗水箱T1中的清洗液通过清洗液加药系统加入每支待清洗
膜元件的清洗支路中，再分别通过每一条清洗支路的调节阀门V1-V6和流量
计F1-F6进入膜元件的产水管中，此时通过压力传感器Pr1所测定的管路内
压力值调节控压阀VP的开度和清洗水泵P1的频率至测定压力值在压力限值
范围。其余清洗液通过清洗水箱回流阀门V8流回至清洗水箱T1。清洗液加
药系统保证清洗液在清洗所需压力下进入膜元件的产水管。
本发明对控压阀VP的压力没有特别限定，优选控压阀VP的压力范围在
0.02-0.06Mpa。该压力范围能够确保膜元件在逆向清洗时不发生膜袋脱胶等问
题。
清洗液回流系统主要包含膜元件静置箱回流阀门V9和循环水泵P2，清
洗时，打开阀门V9和循环水泵P2，膜元件静置箱T2中的清洗液通过膜元件
静置箱阀门V9和循环水泵P2泵至清洗水箱T1。清洗液可循环利用。
为了提高逆向清洗的效果，可以在膜元件静置箱T2底部的RO膜元件或
NF膜元件支架S上安装纳米微孔曝气器D，逆向清洗和纳米微孔曝气膜表面
擦洗间隙进行，逆向清洗1-12hr，膜元件纳米微孔曝气膜表面擦洗2-10min，
纳米微孔气泡直径小于0.7mm。这种逆向清洗和纳米微孔曝气膜表面擦洗间
隙进行能够使逆向清洗中从膜表面剥离的污染物，在纳米微孔曝气的作用下，
随气体表面擦洗带出膜元件外，达到去除污染物的效果。
清洗水箱T1可置于地面上，如图1所示，清洗时需开启清洗水泵P1提
供清洗压力，清洗水箱T1也可放置于高位，如图2所示，清洗时，如果清洗
水箱T1中液位的重力水头能提供清洗压力，可不启动清洗水泵P1，节约了
动力消耗。
实施例
以下举出具体的实施例说明本发明，但本发明不受这些实施例的任何限
定。
实施例与对比例中使用的测试方法如下：
pH的测定采用美国哈希公司的便携式pH计(型号：HACHSension2)；
电导率/TDS的测定采用美国哈希公司的便携式电导率仪(型号：HACH
HQ14d)。
膜元件性能计算方法：
脱盐率＝[(进水TDS+浓水TDS)/2-产水TDS]/[(进水TDS+浓水TDS)/2]
×100％
回收率＝产水量/进水量×100％
对比例、实施例中所用原料：
盐酸HCl、氢氧化钠NaOH、乙二胺四乙酸四钠Na4-EDTA均为国药集
团沪试品牌AR级药剂；
三聚磷酸钠STPP、十二烷基磺酸钠Na-SDS为国药集团沪试品牌CP级
药剂；
2,2-双溴代-3-次氮基-丙酰胺DBNPA为陶氏化学品牌的药剂，其有效
物质含量是20％。
实施例1和对比例1均使用同一项目中的RO膜元件进行清洗。
该项目采用某地下水a作为原水，系统工艺是地下水→多介质过滤器→
超滤→精密过滤器→反渗透，RO膜元件型号是东丽TM720-400型，反渗透
系统运行13个月，RO膜元件2-3月清洗/次。在反渗透系统运行过程中，发
现脱盐率下降，产水量下降。实验取用该项目中二段压力容器内后部平行的
11支二段末支RO膜元件进行清洗，RO膜元件编号分别为1#～11#，RO膜元
件的膜片材料是聚酰胺。
〈实施例1〉
采用图1RO膜元件清洗装置对系统中8支二段末支的(编号分别为1#～8#)
RO膜元件进行清洗，清洗时，首先打开清洗水箱阀门V7、清洗水泵P1、控
压阀VP，在水泵压力下，清洗水箱T1中的清洗液通过清洗液加药系统加入
膜元件的产水管中，清洗液从膜元件产水管中流出至膜元件膜袋，透过膜袋
至膜元件进水流道，然后清洗液从进水流道流入膜元件静置箱T2中。
然后，分别调节调节阀门V1、阀门V2、阀门V3、阀门V4、阀门V5、
阀门V6控制逆向清洗流量不超过流量限值，通过压力传感器Pr1所测定的管
路内压力值调节控压阀VP的开度和清洗水泵P1的频率至测定压力值在压力
限值范围。其余清洗液通过清洗水箱回流阀门V8流回至清洗水箱T1。
膜元件静置箱T2中的清洗液通过膜元件静置箱阀门V9和循环水泵P2
泵至清洗水箱T1。实验中，未开启纳米微孔曝气。
本实验采用地下水原水，膜浓水侧有明显结垢物质，初步判断是无机结
垢污染。1#、2#RO膜元件清洗时，膜元件静置箱T2内清洗液高度是膜元件
静置箱T2高度的30％，3#、4#RO膜元件清洗时，膜元件静置箱T2内清洗
液高度是膜元件静置箱T2高度的50％，5#、6#RO膜元件清洗时，膜元件静
置箱T2内清洗液高度是膜元件静置箱T2高度的80％，7#、8#RO膜元件清
洗时，膜元件静置箱T2内清洗液高度是膜元件静置箱T2高度的90％。
具体清洗条件见表1。
表1清洗条件
清洗水箱T1中清洗液浓度
pH3 HCl
膜元件静置箱T2中清洗液浓度
pH2 HCl
清洗流量限值
3-10L/m2·h
清洗压力限值
0.02-0.06Mpa
逆向清洗时间
24hr
清洗前后RO膜元件的性能见表2。RO膜元件性能测试条件是：2000mg/L
NaCl测试标准溶液，压力1.55Mpa，温度25℃，pH7，回收率15％。
表2清洗前后RO膜元件性能
8支RO膜元件清洗后性能均得到恢复，当膜元件静置箱T2内清洗液高
度是膜元件静置箱T2高度的50％、80％和90％时，清洗后膜性能恢复率高且
无较大差异，该清洗效果能够满足现场的脱盐率大于90％使用要求。并且膜
元件静置箱T2内清洗液高度是膜元件静置箱T2高度的50-80％时，T2中液
位较低，清洗水泵P1所需提供的压力小，能耗低；且配制清洗液所需药品用
量少。
〈对比例1〉
本实验采用某地下水a作为原水，系统工艺是地下水→多介质过滤器→
超滤→精密过滤器→反渗透，RO膜元件型号是东丽TM720-400型，反渗透
系统运行13个月，RO膜元件2-3月清洗/次。在反渗透系统运行过程中，发
现脱盐率下降，产水量下降。
采用现有技术的清洗方法，主要清洗步骤是杀菌、碱清洗、酸清洗，每
一步骤中小程序是配制清洗液、低流量循环、高流量循环。
其主要原理是清洗液通过清洗泵、出水阀，保安进水阀，保安出水阀，
RO进水阀进入压力容器，在浓水阀，产水阀，浓水回流阀、产水回流阀开启
状态下，控制清洗流量和压力，对RO膜元件进行循环清洗。
RO膜元件是实施例1中反渗透系统中3支二段末支(编号分别为9#～11#)
RO膜元件，本实验采用地下水原水，膜浓水侧有明显结垢物质，初步判断是
无机结垢污染。具体清洗条件见表3。
表3清洗条件
备注：DBNPA指2,2-双溴代-3-次氮基-丙酰胺，
Na4-EDTA指乙二胺四乙酸四钠。
清洗前后RO膜元件的性能见表4。RO膜元件性能测试条件是：2000mg/L
NaCl测试标准溶液，压力1.55Mpa，温度25℃，pH7，回收率15％。
表4清洗前后RO膜元件性能
三支RO膜元件的脱盐率无显著升高，产水量略有恢复，清洗后膜元件
性能没有达到现场的脱盐率大于90％使用要求。
实施例2和对比例2均使用同一项目中的反渗透膜膜元件进行清洗。
该项目采用某厂区污水处理系统出水b作为原水，系统工艺是污水处理
系统出水→滤布滤池→自清洗过滤器→超滤→精密过滤器→反渗透，RO膜元
件型号是东丽TML20-400型，反渗透系统运行25个月，RO膜元件2-3月清
洗/次。在反渗透系统运行过程中，发现脱盐率下降，产水量下降。实验取用
该项目中首段压力容器内前部平行的6支首段首支RO膜元件进行清洗。RO
膜元件编号分别为1#～6#，RO膜元件的膜片材料是聚酰胺。
〈实施例2〉
采用图2所示RO膜元件清洗装置对系统中3支(编号分别为1#～3#)首
段首支的膜元件进行清洗，清洗时，首先打开清洗水箱阀门V7、控压阀VP，
在无水泵压力下，依靠清洗水箱T1中清洗液的重力水头提供清洗压力，清洗
水箱T1中的清洗液通过清洗液加药系统加入膜元件的产水管中，清洗液从膜
元件产水管中流出至膜元件膜袋，透过膜袋至膜元件进水流道，然后清洗液
从进水流道流入膜元件静置箱T2中。
然后，分别调节调节阀门V1、阀门V2、阀门V3、阀门V4、阀门V5、
阀门V6控制逆向清洗流量不超过流量限值，通过压力传感器Pr1所测定的管
路内压力值调节控压阀VP的开度至测定压力值在压力限值范围。实验中开启
纳米微孔曝气。空压机向纳米微孔曝气器D提供压缩空气，纳米微孔气泡直
径范围是0.5-0.7mm。清洗时，逆向清洗和纳米微孔曝气膜表面擦洗间隙进
行。本实验采用污水处理系统出水作为原水，膜进水侧有粘稠状污染物，初
步判断是有机·生物污染。具体清洗条件见表5。
表5清洗条件
备注：Na-SDS指十二烷基磺酸钠。
清洗前后RO膜元件的性能见表6。RO膜元件性能测试条件是：2000mg/L
NaCl测试标准溶液，压力1.55Mpa，温度25℃，pH7，回收率15％。
表6清洗前后RO膜元件性能
三支RO膜元件的脱盐率显著升高，产水量大幅恢复。RO膜元件清洗前
性能已无法达到使用要求，清洗后膜元件性能能够满足现场的脱盐率大于90％
使用要求。
〈对比例2〉
本实验采用某厂区污水处理系统出水b作为原水，系统工艺是污水处理
系统出水→滤布滤池→自清洗过滤器→超滤→精密过滤器→反渗透，RO膜元
件型号是东丽TML20-400型，反渗透系统运行25个月，RO膜元件2-3月清
洗/次。在反渗透系统运行过程中，发现脱盐率下降，产水量下降。
采用上述专利文献2中的清洗方法，主要清洗步骤是①清洗溶液由清洗
水泵进入膜处理装置，对膜进行清洗，然后经过膜处理装置的浓水阀门排出
膜处理装置外，再进入清洗溶液箱进行循环清洗；②清洗液经过清洗水泵，
经由产水阀门从产水端进入反渗透膜系统，用于对膜系统进行逆方向加压冲
洗。
RO膜元件是实施例2中反渗透系统的3支(编号分别为4#～6#)首段首
支的膜元件，本实验采用污水处理系统出水作为原水，膜进水侧有粘稠状污
染物，初步判断是有机·生物污染。具体清洗条件见表7。
表7清洗条件
备注：Na-SDS指十二烷基磺酸钠。
清洗前后RO膜元件的性能见表8。RO膜元件性能测试条件是：2000mg/L
NaCl测试标准溶液，压力1.55Mpa，温度25℃，pH7，回收率15％。
表8清洗前后RO膜元件性能
清洗前，三支RO膜元件的脱盐率和产水量均较低，清洗后，1#和3#RO
膜元件的脱盐率显著降低，产水量大幅升高，此现象推测RO膜元件可能已
发生泄漏，通过染色实验确认膜元件在封胶处泄露。2#RO膜元件性能恢复，
脱盐率是89.55％，产水量是32.3m3/d。说明膜元件普通的逆向清洗条件难于
控制，在清洗过程中由于逆向清洗压力大，易发生膜元件的层离损伤，导致
膜元件性能永久性下降而无法使用。
实施例1和对比例1均使用同一项目中的RO膜元件进行清洗。实施例1
使用本发明中的清洗装置，清洗液从膜元件产水管进入，逆向清洗可以将严
重污染结垢物质疏松化。清洗后，RO膜元件性能得到显著恢复，可达到现场
使用要求。相对于此，对比例1中，清洗后的RO膜元件性能无明显恢复，
清洗后膜元件性能没有达到现场的使用要求。
实施例2和对比例2均使用同一项目中的RO膜元件进行清洗。实施例2
使用本发明中的清洗装置，在逆向清洗时，调节清洗水箱T1和膜元件静置箱
T2中清洗液的浓度与膜元件静置箱T2中液位，降低了膜元件在逆向清洗时
的渗透压，保证清洗液更容易透过膜元件；并且控制逆清洗条件，降低膜元
件在清洗过程中的损坏率；在逆向清洗时采用逆清洗和纳米微孔气泡气冲的
间隙操作，获得满意的清洗效果。相对于此，对比例2中，清洗后两支膜元
件封胶处发生脱胶现象，需废弃处理。
产业可利用性
本发明的目的在于，针对于工程现场中严重污染的RO膜元件或NF膜元
件，进行逆向清洗，控制逆向清洗的条件，降低膜元件在清洗过程中的损坏
率，同时提高清洗效果。