延長反滲透運(yùn)行周期案例分析

魏文宇，楊　軍

（中海油天津化工研究設(shè)計院有限公司，天津300131）

?

延長反滲透運(yùn)行周期案例分析

魏文宇，楊軍

（中海油天津化工研究設(shè)計院有限公司，天津300131）

以內(nèi)蒙古某生物公司熱電廠內(nèi)的純水生產(chǎn)系統(tǒng)為例，分析了其反滲透工藝在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的膜污染問題。在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，保證反滲透工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)在調(diào)整前，反滲透膜的運(yùn)行周期僅1個月。通過對系統(tǒng)加藥量的控制和工藝的改進(jìn)，延長了反滲透膜的運(yùn)行周期，降低了反滲透膜的化學(xué)清洗費(fèi)用。

反滲透；膜污染；預(yù)處理；運(yùn)行周期

反滲透以其節(jié)能高效的分離作用而廣泛地應(yīng)用于工業(yè)超純水的制備中。其高效的預(yù)除鹽作用可以降低傳統(tǒng)離子交換樹脂90%以上的負(fù)荷，極大地降低了脫鹽工藝的運(yùn)行成本〔1-2〕。并且反滲透技術(shù)還可以去除水體中大部分的有機(jī)物、微生物以及膠體等。然而若前處理不當(dāng)或不夠，這些污染物則可能在反滲透膜面累積，導(dǎo)致其發(fā)生嚴(yán)重的污染現(xiàn)象，造成產(chǎn)水量的降低，產(chǎn)水水質(zhì)的惡化，系統(tǒng)運(yùn)行壓強(qiáng)增加，縮短膜的使用周期，增加運(yùn)行成本〔3-4〕。

常見的反滲透膜污染現(xiàn)象多數(shù)是由微生物和膠體引起的〔5-6〕，此類污染主要受進(jìn)水水質(zhì)的影響。當(dāng)以地表水為水源水時，如無有效的殺菌往往會發(fā)生嚴(yán)重的膜污染問題，這對于反滲透膜的正常運(yùn)行極為不利。此外，工藝的不合理會導(dǎo)致系統(tǒng)預(yù)處理的效果不理想，不能有效截留可能造成膜污染的物質(zhì)，從而導(dǎo)致膜污染現(xiàn)象的發(fā)生〔7〕。

筆者以內(nèi)蒙古某生物公司熱電廠內(nèi)的反滲透系統(tǒng)為例，研究分析了該反滲透系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的膜污染問題，并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整工藝運(yùn)行參數(shù)，以期達(dá)到延長反滲透膜運(yùn)行周期的目的。

1　工藝介紹

該電廠脫鹽水處理系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖1。

圖1　水處理系統(tǒng)工藝流程

表1　水質(zhì)分析

清水池水通過多介質(zhì)過濾器后進(jìn)入超濾系統(tǒng)，經(jīng)超濾后進(jìn)入原水反滲透系統(tǒng)，原水反滲透系統(tǒng)有5組反滲透，每組反滲透的設(shè)計產(chǎn)水量為150m3/h，設(shè)計回收率為75%。濃水反滲透系統(tǒng)有1組，設(shè)計產(chǎn)水量為150m3/h，設(shè)計回收率為60%，其產(chǎn)水做為原水反滲透的進(jìn)水進(jìn)一步提高水的回收率。

電廠建設(shè)初期，地下水作為清水池的唯一來源。水質(zhì)較好，水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表1。

反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行周期為5～6個月。隨著水資源的緊張和環(huán)保要求的日益提高，為提高水的利用率和排放壓力，整個廠區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)改造。改造后廠區(qū)內(nèi)中水與地下水混合做為清水池水的來源，該廠中水主要經(jīng)過生化工藝脫除氨氮和COD，再經(jīng)機(jī)械澄清池進(jìn)行混凝沉淀和砂濾池過濾后除濁進(jìn)入清水池。中水的回用水量為500m3/h，水池液位不足時，補(bǔ)加地下水維持液位，用水量為800～1 000m3/h。其中澄清池的水力停留時間為2 h，清水池的停留時間為8 h。系統(tǒng)經(jīng)改造后，反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行周期由先前的5個月降低到1個月，反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的膜污染現(xiàn)象。為保證反滲透系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，對該處理系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析。

2　污染問題分析

2.1反滲透運(yùn)行狀況

膜污染是反滲透膜在運(yùn)行中必然產(chǎn)生的現(xiàn)象，它是膜技術(shù)應(yīng)用中存在的主要問題，影響反滲透安全運(yùn)行。在壓強(qiáng)、溫度、流速和進(jìn)水TDS濃度保持一定的情況下，膜污染使膜性能隨著時間發(fā)生變化，使膜分離技術(shù)不能充分發(fā)揮應(yīng)有的效能〔8〕。本研究針對工藝運(yùn)行過程中發(fā)生的膜污染現(xiàn)象，以其中一組反滲透設(shè)備為例，分析膜污染發(fā)生過程中的運(yùn)行狀況、具體發(fā)生原因等。反滲透運(yùn)行狀況如圖2所示。

圖2　反滲透運(yùn)行狀況

由圖2可知，該組反滲透設(shè)備在新一輪運(yùn)行周期的前5 d可保證穩(wěn)定的產(chǎn)水量，進(jìn)水壓強(qiáng)略有增加。然而隨著運(yùn)行時間的延長，反滲透的產(chǎn)水量急劇下降，而進(jìn)水壓強(qiáng)明顯增加。具體表現(xiàn)為進(jìn)水壓強(qiáng)在第23天由0.77MPa漲到0.98MPa，產(chǎn)水流量也由設(shè)計流量150m3/h降低到128m3/h。根據(jù)膜污染的狀況來看，可以初步判斷造成該種污染的可能因素為微生物污染和有機(jī)物污染。膜污染的出現(xiàn)嚴(yán)重地影響了工藝的正常運(yùn)行。

2.2化學(xué)清洗分析

當(dāng)對污染后的滲透進(jìn)行化學(xué)清洗時發(fā)現(xiàn)，采用堿性清洗液時，反滲透的進(jìn)水壓強(qiáng)從1.06MPa降低至0.80MPa，這表明造成該反滲透膜污染的主要物質(zhì)為水體中的有機(jī)物和細(xì)菌，這是由于對微生物的控制不當(dāng)造成的。

2.3保安過濾器分析

保安過濾器的作用是截留原水中的大于5μm的顆粒，以保證反滲透膜不被大顆粒物劃傷。由于反滲透膜的流道為10μm左右，原水中較大的顆粒經(jīng)泵加速后極易劃傷反滲透膜或擊穿反滲透膜。同時，保安過濾器上也是微生物繁殖的常見位置，當(dāng)沒有投加殺菌劑或殺菌效果不理想時會造成保安過濾器上微生物的大量繁殖。部分微生物隨水流進(jìn)入反滲透設(shè)備中，造成反滲透的污堵。

在本研究中為找出造成膜污染的主要污染物，特對保安過濾器進(jìn)行分析研究。打開保安過濾器，濾芯散發(fā)出強(qiáng)烈的腥臭味，且過濾器壁面上有一層厚的淡黃色的膠狀物質(zhì)。刮取少量的黃色物質(zhì)，放入燒杯中用水沖泡，出現(xiàn)白色絮狀固體。另取定量的膠體物質(zhì)置于定量濾紙上，將其烘干，將烘干后的膠體進(jìn)行燃燒試驗，在燃燒過程中可聞到燒焦毛發(fā)的味道。這表明該黃色膠狀物的主要成分為蛋白質(zhì)類物質(zhì)，這些物質(zhì)多為微生物的代謝產(chǎn)物，因此可以判斷水體中的微生物是引起膜污染的主要因素。

2.4殺菌效果分析

根據(jù)上述討論，基本上可以斷定造成膜污染的主要物質(zhì)為微生物的代謝產(chǎn)物。根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析其變化的原因。經(jīng)分析查找，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在殺菌方面的力度不夠，主要在于以下幾個方面：

（1）清水池容積較大，水力停留時間較長（約8 h），為細(xì)菌的繁殖提供了充足的時間。

（2）清水池中殺菌劑含量較低，余氯僅有0.05 mg/L，不能有效地抑制微生物和細(xì)菌的增長繁殖。

（3）清水池處于露天狀態(tài)，強(qiáng)烈的陽光照射為水中藻類和細(xì)菌提供了充足的能量，提高了微生物細(xì)菌的新陳代謝。

（4）由于殺菌劑在陽光照射下容易分解，大量的殺菌劑被陽光分解，不但不能很好地抑制微生物生長，而且提高了系統(tǒng)殺菌劑的運(yùn)行成本。

（5）在多介質(zhì)過濾器前雖然設(shè)置了殺菌劑加藥點(diǎn)，但停留時間較短，不能很好地抑制細(xì)菌的繁殖。

（6）非氧化性殺菌劑單次投加濃度低，殺菌效果不明顯。

2.5工藝原因

原水反滲透在進(jìn)行開機(jī)沖洗和停機(jī)沖洗時，沖洗水直接排放到系統(tǒng)的濃水管道內(nèi)。在其中一套反滲透沖洗時，其余原水反滲透仍在運(yùn)行。由于各反滲透運(yùn)行濃水均匯集在總的濃水管道中，這時濃水管道內(nèi)的壓強(qiáng)受各反滲透的濃水側(cè)壓強(qiáng)的影響，保持在0.6MPa。在沖洗時，反滲透的進(jìn)水壓強(qiáng)僅在0.3MPa，不能起到明顯的沖洗效果，浪費(fèi)了大量的沖洗水。

此外，發(fā)現(xiàn)超濾的反沖洗水和加藥清洗水經(jīng)管網(wǎng)排到清水池中。雖然超濾的反沖洗水中含有部分的次氯酸鈉殺菌劑，但由于其量少，并不能保證清水池的殺菌效果。此外，超濾的反沖洗水中含有大量的超濾截留物質(zhì)，這些污染物不能及時地排放，造成污染物在系統(tǒng)中的大量累積，會造成污染物的循環(huán)污染。

3　系統(tǒng)調(diào)整

3.1藥劑調(diào)整

根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，全面調(diào)整了各環(huán)節(jié)的加藥量，其一，在機(jī)械攪拌澄清池處提高了殺菌劑的投加量，從開始的5.1mg/L提高到9.8mg/L，從而保證清水池中的余氯穩(wěn)定在0.7mg/L。果斷停止了多介質(zhì)前的殺菌劑加藥，并在反滲透進(jìn)水處加大還原劑的投加量，確保反滲透的進(jìn)水ORP＜200mV。目前系統(tǒng)運(yùn)行階段的各工藝中對余氯含量的要求：澄清池1.2mg/L、清水池0.8mg/L、多介質(zhì)進(jìn)水0.7mg/L、多介質(zhì)產(chǎn)水0.7mg/L、UF進(jìn)水0.7mg/L、UF產(chǎn)水0.7 mg/L、RO進(jìn)水0。

其二，在保證非氧化性殺菌劑總加量不變的前提下，縮短了殺菌劑的投加時間，從而保證殺菌劑的瞬間質(zhì)量濃度達(dá)到50mg/L，更好地起到殺菌的效果。

3.2工藝調(diào)整

其一，調(diào)整反滲透濃水排放管路，將反滲透的沖洗水濃水排放閥的排水口直接接到地溝中。經(jīng)過修改后，每當(dāng)在反滲透設(shè)備的開機(jī)和停機(jī)沖洗時，在沖洗水中均可發(fā)現(xiàn)大量的渾濁液體和懸浮顆粒，反滲透的沖洗效果明顯好轉(zhuǎn)。

這是由于在反滲透運(yùn)行階段，水體中的污染物在高壓強(qiáng)下被擠壓到膜面及膜孔內(nèi)，這部分污染物中既有有機(jī)物也有細(xì)菌和微生物。在調(diào)整前的沖洗過程中，由于沖洗水在濃排口處的壓強(qiáng)高于進(jìn)水壓強(qiáng)，這使得大多數(shù)的沖洗水在壓強(qiáng)的作用下擠壓到反滲透膜的產(chǎn)水側(cè)，這時膜面污染物受到朝向膜面的力，由于沖洗水量的降低，水流提供的剪切力不足以使膜面污染物剝離，因此在沖洗時有可能加重反滲透膜的污染。另一方面膜面的細(xì)菌和微生物依靠水中的有機(jī)物大量繁殖，堵塞膜孔和膜間流道，造成反滲透膜進(jìn)水壓強(qiáng)的增加和產(chǎn)水量的降低。

在改變濃排水的流向后，濃水測的壓強(qiáng)驟降到零，大量的沖洗水在較大的流速下通過濃排閥排到地溝中。這時膜面污染物受到的正向壓強(qiáng)減小，受到的剪切力增加，容易脫落，并隨水流排到地溝。同時由于沖洗水的排放，也可減輕濃水反滲透進(jìn)水中膠體、懸浮顆粒和細(xì)菌等污染物對反滲透膜的污染。

其二，將超濾的反沖洗水直接排放到地溝中，改進(jìn)后超濾截留的污染物均可通過沖洗水排放，防止了污染物在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)，防止了污染物的嚴(yán)重累積。雖然降低了系統(tǒng)內(nèi)水的回收率，但可明顯降低超濾及反滲透的污染，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

經(jīng)調(diào)整后，反滲透設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，化學(xué)清洗周期可由1個月增加到3個月。

4　結(jié)論

反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行周期受系統(tǒng)內(nèi)各預(yù)處理工藝處理效果的制約。本案例通過調(diào)整反滲透系統(tǒng)氧化性殺菌劑和非氧化殺菌劑的投加量，確保系統(tǒng)的殺菌效果，減緩細(xì)菌微生物對反滲透膜造成污染。通過調(diào)整系統(tǒng)工藝超濾反洗水和反滲透沖洗水的排放，提高了系統(tǒng)內(nèi)污染物的排放率，防止污染物在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)污染。系統(tǒng)調(diào)整后反滲透的運(yùn)行周期由1個月延長到3個月，減少了系統(tǒng)的化學(xué)清洗費(fèi)用，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］李國東，王薇，李鳳娟，等.反滲透膜的研究進(jìn)展［J］.高分子通報，2010（7）：37-42.

［2］高從堦.反滲透膜分離技術(shù)的創(chuàng)新性進(jìn)展［J］.膜科學(xué)與技術(shù)，2006，26（6）：1-4.

［3］趙宇超.鍋爐補(bǔ)給水預(yù)處理反滲透膜污染的預(yù)防和處理［D］.保定：華北電力大學(xué)，2008.

［4］許駿，王志，王紀(jì)孝，等.反滲透膜技術(shù)研究和應(yīng)用進(jìn)展［J］.化學(xué)工業(yè)與工程，2010，27（4）：351-357.

［5］王麗麗.反滲透濃水硬度與有機(jī)污染物的去除研究［D］.2012，天津大學(xué).

［6］耿漢霖.粉末活性炭去除反滲透濃水中的有機(jī)物及溶劑逆流再生［D］.天津：天津大學(xué)，2014.

［7］沙中魁，李永河，王同春.微濾膜及微濾技術(shù)用于反滲透預(yù)處理的研究［J］.電力建設(shè)，2001，22（10）：26-29.

［8］李毓亮.反滲透膜污染過程與膜清洗的實驗研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2009.

TQ085+.4

B

1005-829X（2016）07-0108-03

魏文宇（1980—），工程師。電話：13602044425，E-mail：13602044425@163.com。

2016-05-18（修改稿）