图1  采用了余氯冲击保护的3D TRASAR膜技术

在工业领域，大多数反渗透系统并未以最优方式运行，其结果往往会让水厂消耗更多给水、排放更多浓水，增加了系统能耗并且减少了膜使用寿命。幸运的是，纳尔科3D TRASAR?膜技术的膜系统综合管理方案，基于阻垢剂投加在线控制、重要运行参数的远程监测、互联网的运行数据标准化和趋势图、定期的专家数据回顾以及24/7/365 全天候的系统运行不良趋势预警，已经帮助全球多套应用中的系统节省了超过200万元的费用。

为了应对水资源的日益匮乏和排放标准的日趋严格，反渗透膜技术近年来得到了越来越多的应用，特别是在海水淡化和废水回用领域。然而由于反渗透系统运行维护所需的专业知识在工业领域中相对匮乏，许多工业反渗透系统未能按照系统设计的要求运行，往往在产水流量、回收率、阻垢剂投加量、加氯和压降等方面均无法满足设计要求，这导致了膜污堵过快、清洗频率升高和频繁更换，同时提高了给水和废水的处理成本，也增加了化学品用量和能耗。

工业用户所面对的挑战在于如何选择并培养技术过硬的操作人员负责膜系统的运行维护。而水厂通常更关心成本和收益问题，同时要求更少的运行人员。这些不同的需求使用户在收集和分析运行数据，以及如何基于数据建立最佳的运行管理方式方面面临巨大的挑战。

图2  3D TRASAR膜技术的运作理念

纳尔科开发了用于应对上述挑战的技术和工作流程，通过远程24h监测反渗透系统的运行，远程膜专家提供的连续反渗透系统运行数据分析，从而在系统发生严重问题并影响到水质、水量之前发现反渗透系统的问题。

这项叫做3D TRASAR的技术同时也能够对阻垢剂投加量进行在线检测及控制，从而确保阻垢剂的精确投加。另外，3D TRASAR膜技术中全新的预防余氯冲击手段，可以通过按需调整NaHSO3投加量以有效消除余氯的波动对反渗透膜的冲击（图1），同时为pH、水质和探头读数的微小波动提供了缓冲，避免了化学药剂的无谓投加。具有余氯冲击保护能力的3D TRASAR膜技术也提供报警功能以帮助现场运行人员尽早对可能发生的严重膜损伤采取保护行动。

3D TRASAR膜技术（3DTfM）不仅会改善阻垢剂投加控制，而且可以由纳尔科360综合服务系统实现反渗透系统在线运行数据监测和标准化功能。通过这种创新技术，用户可以收到系统自动发出的预警和报警信息，并在纳尔科膜专家提供的运行优化建议下迅速改善不正确操作。这样，针对反渗透运行隐患的故障排除工作将先于事故发生而完成（图2）。

图3  纳尔科膜综合管理方案的构成

膜系统综合管理解决方案

为了确保客户反渗透系统的顺畅运行，纳尔科为膜系统提供了独立的综合管理解决方案。此技术集以下各方面优势于一身，包括化学方案、3D TRASAR自动化技术、膜服务和设备整合（图3）。

成熟的PermaCare化学品、高质量耗材和工程助件确保反渗透系统持续高效运行；

使用3D TRASAR自动化膜技术和纳尔科360专家服务对膜系统运行工况进行连续监测和控制；

纳尔科提供的现场服务以帮助用户采用专业的手段维护重要设备；

提供标准化的预处理和膜过滤设备以帮助用户整合及升级现有反渗透和预处理系统。

图4  化学清洗前后的反渗透系统标准化数据曲线

案例和成果

膜系统综合管理方案明显降低运行总成本

某产水量7200m3/d的工业反渗透系统，给水水质存在频繁波动且具有较高的碱度、电导率和硬度。这些都使膜系统易于发生结垢和污堵，为反渗透系统正常运行维护带来了挑战。

先前，膜系统出现了性能衰减并且难以通过原有的维护手段恢复系统产能。纳尔科利用MOC（机械、操作、化学品）的手段对系统进行分析，找到并确定了系统问题的根源，包含不当的化学品使用、ORP控制和错误的在线化学清洗方案等等，并针对此系统情况制定了基于3D TRASAR膜技术的膜系统综合管理方案。

该方案实施后，反渗透系统性能大幅提升，反渗透总运行成本（TCO）显著下降。

产水量升高15%。提高产水量同时意味着减少了给水的消耗。按照正常工况下计算，反渗透年产水量提高268836t，等同于每年节省给水成本27万元。

图5  针对多列反渗透系统的实时加药精确控制

基于Nalco提供的具有针对性的化学清洗方案和现场清洗指导，对反渗透膜性能进行清洗恢复，性能情况如图4所示：清洗周期由20天增至40天，这将提升膜元件寿命并降低人力、能耗和水耗成本。值得特别指出的是：在初次有效实施Nalco提供的清洗方案后，标准化产水量提高超过70%，系统ΔP（压差）下降50%，脱盐率稳定在97%。每张图表上的黑色平行线表示与标准化基准值15%的偏离，每当达到这个偏离值就应对膜进行清洗。

利用3D TRASAR膜技术和纳尔科360专家在线服务，ORP波动得到了平稳的控制。价值180万元的反渗透膜元件免于余氯氧化的损害。另外，3D TRASAR膜技术优化并精确控制阻垢剂加药，并推荐合理的CIP方案，帮助用户每年节约30%的年化学品消耗。

有效提高反渗透系统运作性能

某钢厂，由于外供水资源受限和政府对于废水排放的限制，厂区各工段废水被处理并经反渗透处理后回用。该系统包含4套产水量140m3/h的反渗透系统，设计回收率70%。由于原水是来自钢厂生产工艺的废水，其硬度、碱度、铁和COD含量较高。尽管采用了石灰软化、澄清和超滤工艺作为预处理，反渗透系统仍面临给水水质频繁波动导致的高结垢和高污染风险。

用于生产运行的反渗透膜系统数量取决于生产用水要求并由其自动控制，因此4套反渗透膜系统通过频繁切换、启停满足生产需要。另外，该系统运行过程中还遇到了如下挑战：

很高的无机结垢风险：高结垢倾向的系统不仅需要高效的阻垢剂产品，而且要求对阻垢剂投加量进行精确的控制。过低的投加浓度会导致结垢，过高的投加浓度在造成药剂浪费的同时也使系统面临潜在的有机物和微生物的污染。该系统选择纳尔科PC-191T作为阻垢剂，因为该产品对于结垢和铁污染倾向高的水质具有很好的控制能力，同时另一重要原因是该产品可以为纳尔科3D TRASAR技术进行自动加药监测与控制。

图6  4套系统同时运行的时间统计

多套系统频繁交替启停：阻垢剂投加点设置于多套系统的给水母管。由于多套系统的频繁启停，整个系统需要的加药量因实际运行的膜系统数量而变化，这给在母管投加药剂的控制带来了很大困难。一般来讲，为了防止加药浓度低造成结垢，通常会按照系统满负荷运行时的加药量来设定。图5（紫色线）表明该膜系统时常在2套，3套和4套同时运行的状态间切换，这意味着如果母管的投加量设定在4套同开时所需的加药量，至少有80%的运行时间投加浓度过高，在药剂浪费的同时也为系统增加了高有机物/微生物污染趋势。

很高的污染倾向导致高化学清洗（CIP）频率：给水的高COD含量致使反渗透一段污染倾向升高和频繁CIP。因此对运行的实时监控以及更合理的清洗时机选择有助于降低化学清洗频率和延长膜元件寿命。

为系统带来的益处

精确的阻垢剂控制：防止系统结垢和有机物污染，节省了化学品消耗，降低了化学清洗频率。

通过3D TRASAR控制的母管阻垢剂投加浓度曲线如图5（绿色线）所示。即使在背景干扰频繁波动和多套系统频繁启停的情况下，阻垢剂投加浓度仍然精确保持在设定值周围。4套反渗透系统的运行情况如图6所示。大多数时间系统保持3套同时运行，只有19%的时间4套同时运行。整体运行工况的频繁调整给阻垢剂投加管理造成很大困难。为了预防结垢，多数用户会按照系统满负荷运行设定加药量。图5所示的精确的投加浓度控制证明3D TRASAR提供的解决方案可以为多套反渗透系统实现出色的自动阻垢剂投加管理。

在系统出现污染和结垢倾向时发出预警，并建议用户采取相应的行动，如进行化学清洗。

由于一段压差的快速升高，并超出了建议进行化学清洗的触发上限（升高15%），纳尔科360专家团队向纳尔科现场服务人员和用户发出了膜污染预警并建议进行化学清洗。及时进行的化学清洗让反渗透系统性能得到了很好的恢复（图7）。

图7  3D TRASAR膜技术和纳尔科360服务提供的标准化数据和

3D TRASAR膜技术提供了精确的阻垢剂投加控制，当运行膜系统数量改变时，阻垢剂加药泵频率会进行自动调整。对比按4套满负荷运行固定加药量的控制方式，3D TRASAR可以节省25%的阻垢剂消耗，为该系统每月节省超过500kg阻垢剂。

另外，3D TRASAR可以针对即将造成不良后果的系统问题向用户发出预警并及时采取包括推荐在恰当时机进行清洗在内的应对措施。通过有效的CIP，反渗透给水压力从0.84MPa下降至0.67MPa，降低约20%的高压泵运行能耗。

小结

纳尔科膜综合管理解决方案的实施——包含最先进的自动控制技术（3D TRASAR膜技术）、优秀的化学品、高质量的现场服务和纳尔科360远程服务及技术支持——帮助用户实现了显著的运行总成本节降，减少了给水量和废水排放量。