輻條狀多層通道反滲透膜（RCDT）污染控制分析

王 丹 代喜斌 劉 陽(yáng)

（長(zhǎng)沙威保特環(huán)?？萍脊煞萦邢薰竞祥L(zhǎng)沙410013）

輻條狀多層通道反滲透膜（RCDT）污染控制分析

王 丹 代喜斌 劉 陽(yáng)

（長(zhǎng)沙威保特環(huán)?？萍脊煞萦邢薰竞祥L(zhǎng)沙410013）

膜污染及其防治是影響膜系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。RCDT作為新的垃圾滲濾液處理技術(shù)的有效手段，文中詳細(xì)的介紹了膜材料、膜組件、膜系統(tǒng)以及膜工藝對(duì)膜污染的影響，并結(jié)合實(shí)際的項(xiàng)目運(yùn)行情況，提出了控制膜污染的方法和措施。

RCDT；垃圾滲濾液；膜污染；污染控制

碟管式反滲透（DTRO）是一種創(chuàng)新的反滲透膜技術(shù)，該技術(shù)于1985年由德國(guó)ROCHEM公司研制成功，1987年開(kāi)始成功應(yīng)用于垃圾滲濾液處理[1]。鑒于垃圾填埋場(chǎng)滲濾液水質(zhì)水量變化大，是一種有機(jī)物濃度高、成分復(fù)雜的有機(jī)廢水，2008年國(guó)家頒布了《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)，對(duì)垃圾滲濾液的處理提出了更高的要求，DTRO作為垃圾滲濾液深度處理的主流工藝，其對(duì)垃圾滲濾液處理凈化效果突出，廣泛應(yīng)用到生活垃圾滲濾液處理工程中[2]。DTRO膜片本身具有一定的抗污染性，在實(shí)際運(yùn)行中，由于進(jìn)水中的微量懸浮物、膠體、難溶質(zhì)、金屬氧化物和細(xì)菌等雜質(zhì)的粘附，運(yùn)行一定時(shí)間后，仍會(huì)結(jié)垢而降低膜通量，影響膜的使用壽命，增加滲濾液處理成本，所以膜污染的控制研究勢(shì)在必行。

長(zhǎng)沙威保特環(huán)?？萍脊煞萦邢薰驹趥鹘y(tǒng)的反滲透基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，改變膜片形狀與導(dǎo)流盤(pán)表面結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出輻條狀多層通道反滲透膜（RCDT）系統(tǒng)。RCDT除具有工藝簡(jiǎn)單、對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求低、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，還能提高膜通量、降低能耗，增加膜系統(tǒng)使用壽命，減少濃縮液產(chǎn)量。本文將探索膜污染產(chǎn)生的原因，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行膜污染的控制分析。

1 RCDT膜的材料、膜結(jié)構(gòu)及膜組件對(duì)膜污染的控制分析

膜污染控制對(duì)降低膜清洗頻率、控制膜污染運(yùn)行成本、優(yōu)化膜處理系統(tǒng)性能具有非常重要的作用。膜污染既需要從進(jìn)水水質(zhì)、工藝參數(shù)和工程設(shè)計(jì)等外部因素控制，還需從RCDT膜材料、膜組件結(jié)構(gòu)等內(nèi)部因素控制。減少膜污染，需要從預(yù)防和工程處理兩方面采取措施，一方面阻止膜污染產(chǎn)生，另一面改變膜參數(shù)條件、優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)改善膜污染現(xiàn)象。

膜材料的性質(zhì)直接影響膜使用功能，與膜污染的產(chǎn)生有很大的關(guān)系。膜材料應(yīng)該具有較高的抗污能力、抗微生物吸附侵蝕的能力，同時(shí)還具有較大的pH范圍和抗酸堿腐蝕的能力。膜材料的柔韌性、致密性、化學(xué)穩(wěn)定性和致密性也需要滿(mǎn)足滲濾液處理的能力[3]。

膜工藝的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化對(duì)降低膜污染有著重要的作用。圖1八邊形DTRO膜片通過(guò)改變膜片的形狀（由圓形變?yōu)榘诉呅危┖捅砻娲植诙?，?lái)改善膜表面污染程度，更改膜表面的水力狀況，阻礙膜表面污染物的吸附。輻條狀反射通道通過(guò)改變導(dǎo)流盤(pán)形狀形成具有放射狀的水流通道，當(dāng)污水在層流盤(pán)與濾膜組件間流動(dòng)時(shí)可形成湍流，最大程度減少膜表面結(jié)垢、污染及濃差極化現(xiàn)象的產(chǎn)生，使膜組件易于清洗，清洗后通量恢復(fù)性非常好，大大延長(zhǎng)了濾膜的使用壽命。

圖1 反射通道的導(dǎo)流盤(pán)和八邊形DTRO膜片

2 DTRO運(yùn)行中去除膜污染的措施分析

在實(shí)際垃圾滲濾液處理的工程應(yīng)用中，通過(guò)優(yōu)化膜污染的內(nèi)因來(lái)控制膜污染難度大，實(shí)際操作很難實(shí)現(xiàn)。在工程應(yīng)用中主要通過(guò)優(yōu)化進(jìn)水水質(zhì)、運(yùn)行條件和工藝參數(shù)等外因來(lái)控制膜污染。

2.1 預(yù)處理進(jìn)水水質(zhì)

進(jìn)水水質(zhì)是影響膜污染的主要因素，預(yù)處理進(jìn)水水質(zhì)，能夠延長(zhǎng)膜使用壽命，主要的預(yù)處理方法有：調(diào)pH值，氯化、加預(yù)處理藥劑、前置超濾系統(tǒng)、預(yù)微濾、熱處理、活性炭吸附等等。在實(shí)際工程應(yīng)用中，垃圾滲濾液調(diào)pH值是最常見(jiàn)的預(yù)處理方法。

在湖南某垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行了RCDT膜處理系統(tǒng)預(yù)處理試驗(yàn)，在RCDT系統(tǒng)前增加了pH自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、砂濾罐、污泥基罐和保安過(guò)濾器等前處理裝置，在保證污水處理效果的同時(shí)，解決了RCDT膜柱結(jié)垢的問(wèn)題，延長(zhǎng)了RCDT膜柱的使用壽命，在有效提高污水處理效率的同時(shí)，還節(jié)省了成本。其工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 加前端預(yù)處理的RCDT處理滲濾液工藝流程

滲濾液進(jìn)入膜處理系統(tǒng)前，調(diào)節(jié)pH后進(jìn)行第一次過(guò)濾，濾出雜質(zhì)的一次濾液經(jīng)污泥基吸附劑進(jìn)行吸附處理后進(jìn)行第二次過(guò)濾。二次濾液再次進(jìn)入碟管式反滲透膜進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)該預(yù)處理后的滲濾液解決了碟管式反滲透膜柱產(chǎn)生結(jié)垢的問(wèn)題，延長(zhǎng)了碟管式反滲透膜柱的使用壽命，在有效提高污水處理效率的同時(shí)，節(jié)省成本。

2.2 阻垢劑的使用

阻垢劑是一種預(yù)處理溶液，在進(jìn)料水進(jìn)入RO薄膜至前注入到進(jìn)料水中，起到延緩鈣鎂和重碳酸鹽之間的反應(yīng)的作用，在RO進(jìn)行水純化處理時(shí)抑制水垢的生成。因?yàn)樗谔幚磉^(guò)程中在薄膜系統(tǒng)中停留的時(shí)間相對(duì)較短，可以防止水垢的形成。

當(dāng)滲濾液的回采率為75%時(shí)，進(jìn)水水質(zhì)中硅酸鹽的濃度不能超過(guò)40mg/L。阻垢劑濃度一般為為1:20，添加速度根據(jù)進(jìn)水流量調(diào)節(jié)，其添加量需測(cè)定進(jìn)水水質(zhì)中硅酸鹽含量，計(jì)算阻垢劑添加量。

2.3 膜的清洗

膜清洗是為了去除敷在膜表面的污染物，恢復(fù)和提高膜通量。在實(shí)際工程應(yīng)用中需要定期對(duì)膜進(jìn)行清洗。一般來(lái)說(shuō)清洗在每次系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)進(jìn)行，正常運(yùn)行狀態(tài)下需停機(jī)時(shí)，一般都采取先沖洗后再停機(jī)模式。定期清洗不僅能夠維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還可以避免永久性膜污染的產(chǎn)生，延長(zhǎng)膜片的使用壽命，降低運(yùn)營(yíng)成本。

2.3.1 膜清洗的依據(jù)

膜通量、出水電導(dǎo)率等常作為判別膜污染狀況的指標(biāo)，同時(shí)膜通量、電導(dǎo)率常常受到進(jìn)水溫度、壓力、水質(zhì)等因素的影響，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中常根據(jù)膜控制系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)判斷清洗時(shí)間，如系統(tǒng)產(chǎn)水量減低等作為清洗的判斷標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，膜需每周進(jìn)行化學(xué)清洗，若不及時(shí)清洗，膜處理系統(tǒng)將很難恢復(fù)到初始性能。

2.3.2 物理清洗

物理清洗是指用機(jī)械的原理對(duì)膜表面進(jìn)行清洗，常見(jiàn)的清洗方法有高壓水流清洗、超聲波清洗等清洗方法。物理清洗不會(huì)改變膜表面污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，不會(huì)造成環(huán)境二次污染，對(duì)不損害操作技術(shù)員的健康，也不會(huì)改變膜結(jié)構(gòu)。目前，在垃圾滲濾液膜處理工藝上最常用的水力清洗方法對(duì)膜進(jìn)行清洗，還未見(jiàn)到超聲波清洗、氣體脈沖清洗工程應(yīng)用的報(bào)道。

2.3.3 化學(xué)清洗化學(xué)清洗是指利用化學(xué)藥劑去除膜表面的污染物的方法?；瘜W(xué)清洗因化學(xué)藥劑具有反應(yīng)迅速，作用強(qiáng)烈，容易均勻地去除膜表面的污染物，去除膜表面污染物比較徹底，不會(huì)產(chǎn)生清洗死角。但是若清洗藥劑選擇不當(dāng)會(huì)對(duì)膜造成損害，其次化學(xué)清洗還會(huì)產(chǎn)生二次污染，在使用過(guò)程中需要配備廢水處理裝置。另外化學(xué)劑操作處理不當(dāng)時(shí)也會(huì)對(duì)工人的健康和安全造成。

化學(xué)清洗的方法有很多，按照化學(xué)清洗劑的種類(lèi)可分為堿清洗、酸清洗、表面活性劑清洗、有機(jī)溶劑清洗、復(fù)合型藥劑清洗和酶清洗。酸清洗可以去除膜表面的金屬氧化物垢、水垢等。清洗藥劑主要有硫酸、鹽酸等酸性物質(zhì)。酸清洗可以去除膜片表面和膜孔內(nèi)的無(wú)極物及其不溶性物質(zhì)。酸清洗對(duì)微生物、脂類(lèi)和懸浮物形成的覆蓋物清洗效果差。堿清洗主要去除膜表面的油脂和二氧化硅垢等，清洗藥劑為氫氧化鈉、碳酸鈣、磷酸鈉、硅酸鈉、過(guò)硼酸鹽等，堿清洗可同時(shí)去除有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，其中過(guò)硼酸鹽還可清洗膜孔的膠體物質(zhì)。表面活性劑清洗可以去除膜表面的油脂類(lèi)和微生物產(chǎn)生的沉積物，改善清洗藥劑與膜表面的接觸，強(qiáng)化清洗效果。常見(jiàn)的表面活性清洗劑為低泡型非離子表面活性劑、乳化劑，用來(lái)去除油脂。絡(luò)合劑清洗可以去除鐵的氧化物、碳酸鈣和硫酸鈣等污垢。常用的絡(luò)合劑為檸檬酸。除此之外，還有酶清洗、聚電解質(zhì)清洗和有機(jī)溶解清洗等，酶對(duì)親水性較好的醋酸纖維膜的清洗效果較好，但清洗時(shí)間慢且價(jià)格昂貴。

3 結(jié)語(yǔ)

RCDT系統(tǒng)已廣泛地應(yīng)用到我國(guó)生活垃圾滲濾液處理中，控制膜污染是保證膜穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。有效地控制膜污染對(duì)提高膜運(yùn)行效率和降低運(yùn)行成本有著積極地作用?？刂颇の廴境嗽陧?xiàng)目實(shí)施前期充分調(diào)研，選擇好的RCDT膜材料和膜組件等先天條件來(lái)降低膜污染。其最主要的控制膜污染措施還是日常的維護(hù)與保養(yǎng)，在項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行中通過(guò)最優(yōu)的工藝條件，增加前端預(yù)處理工藝、定期清洗等措施控制膜污染。

[1]王寶貞,王琳.水污染控制新技術(shù)—新概念、新工藝、新理論[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

[2]劉研萍.處理垃圾滲濾液的反滲透膜污染研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2007.7.

[3]劉研萍,劉碩,李秀金.垃圾滲濾液處理中膜污染的防治[J].環(huán)境污染與防治,2007,29(11)：854-861.