超濾作為反滲透進(jìn)水前預(yù)處理的應(yīng)用

鄭廣嶺

摘 要：超濾裝置具有能耗低、占地面積小、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文對(duì)使用超濾替代混凝+過濾+吸附等工藝處理自來水，對(duì)反滲透進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，在節(jié)能及對(duì)反滲透的影響等方面進(jìn)行對(duì)比、研究。

關(guān)鍵詞：超濾;預(yù)處理;反滲透;節(jié)能;水質(zhì)

除鹽水生產(chǎn)工藝采用反滲透+一級(jí)復(fù)床離子交換工藝，其中反滲透裝置的除鹽量約占95%以上，其余鹽分使用離子交換進(jìn)行徹底去除，所以反滲透設(shè)備運(yùn)行效果直接影響水處理裝置的運(yùn)行成本和勞動(dòng)強(qiáng)度。反滲透的產(chǎn)水通道是膜表面微孔，微孔孔徑一般在10nm以下，且膜表面的脫鹽層很薄，一般在0.1μm -1μm之間，新鮮水中攜帶的大顆粒雜質(zhì)、膠體物質(zhì)、微生物等雜質(zhì)很容易造成膜微孔堵塞和膜表面劃傷，直接影響反滲透的運(yùn)行和壽命，因此必須對(duì)反滲透進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理。原預(yù)處理系統(tǒng)采用的是混凝+過濾+吸附等工藝，在投加混凝劑PAC混凝后通過多介質(zhì)過濾器、石英砂過濾器過濾，再通過活性碳過濾器吸附，供反滲透使用，出水SDI值能夠穩(wěn)定在5以下。2016年11月開始停運(yùn)原預(yù)處理系統(tǒng)，改為超濾裝置運(yùn)行，新鮮水直接進(jìn)入超濾裝置處理，其產(chǎn)水供反滲透使用，SDI值穩(wěn)定在3以下。

1、超濾裝置的基本原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

超濾技術(shù)是一種納米級(jí)薄膜分離技術(shù)，是以膜內(nèi)外壓差為驅(qū)動(dòng)力，按一定的過濾孔徑對(duì)溶液中不同物理直徑大小的物質(zhì)進(jìn)行分離的過程，分離機(jī)理主要是靠物理的篩分作用。相對(duì)于原預(yù)處理系統(tǒng)，超濾裝置具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）過濾效果穩(wěn)定：原預(yù)處理系統(tǒng)出水效果不但受到原水水質(zhì)波動(dòng)的影響，還易受負(fù)荷波動(dòng)、混凝劑投加量、過濾器反洗等操作的影響，并且過濾器濾料的級(jí)配、過濾器內(nèi)水流流動(dòng)等不易體現(xiàn)的數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)處理效果影響也非常明顯，水質(zhì)出現(xiàn)惡化時(shí)分析難度大，將不合格水調(diào)整合格所需調(diào)整周期長(zhǎng)。而超濾為純物理孔徑過濾，產(chǎn)水水質(zhì)受原水水質(zhì)波動(dòng)的影響甚微，自動(dòng)化操作，人為影響因素小，出現(xiàn)水質(zhì)變化原因查找方便，調(diào)整周期也就較短。

（2）能耗低：超濾運(yùn)行壓力一般小于0.2MPa，無相變，無化學(xué)反應(yīng)。

（3）占地面積小：超濾設(shè)備緊湊，輔助設(shè)備少，流程短;而過濾器為保證足夠的反洗空間和過濾效果，設(shè)備體積大，加藥、反洗等輔助設(shè)備多，占地面積大，流程較長(zhǎng)。

（4）藥劑投加少，對(duì)后期水質(zhì)影響小，不存在殘余藥劑影響反滲透的運(yùn)行的情況。

（5）過濾精度廣，各種懸浮顆粒、膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子溶質(zhì)都可被截留;操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;擴(kuò)容簡(jiǎn)便。

2、流程改造

減少四套雙介質(zhì)過濾器、6套中砂過濾器和8套活性炭過濾器，減少了加藥裝置，設(shè)備數(shù)量降低了原先的三分之一，流通管道減少到原先的八分之一，流程大大縮短。

3、效果對(duì)比

（1）藥劑方面：停止投加混凝劑（PAC）和殺菌劑，減少了這些藥劑的加藥量。每年減少PAC加藥量8噸/年，減少殺菌劑加藥量3噸/年，節(jié)約藥劑費(fèi)用8萬元。

（2）電耗：原流程生水泵停運(yùn)，新流程則啟運(yùn)了生水增壓泵。生水泵電機(jī)功率90kw，揚(yáng)程0.5MPa，流量400t/h，而生水增壓泵電機(jī)功率37kw，揚(yáng)程23米，流量400t/h。生水增壓泵比生水泵電機(jī)功率減少了53kw，再加上高壓泵變頻投用，節(jié)電效果非常明顯。

（3）水耗：由于原預(yù)處理系統(tǒng)過濾器反洗采用的是反滲透濃水，可以說原預(yù)處理系統(tǒng)新鮮水基本無損耗。新上超濾裝置采取死端過濾，不會(huì)產(chǎn)生濃水排放，水耗主要集中在每間隔半小時(shí)反洗一次，每次反洗1分鐘，反洗用水為超濾產(chǎn)水，以及為防止大顆粒雜質(zhì)對(duì)膜表面造成損傷而設(shè)置的刷式過濾器，運(yùn)行60分鐘或達(dá)到壓差時(shí)進(jìn)行的自清洗排放，所以回收率只有90%左右。為減少水耗，車間對(duì)超濾反洗水和刷式過濾器自清洗排放水進(jìn)行回收， 為保證超濾反洗水回收后不會(huì)對(duì)超濾運(yùn)行帶來不良影響，對(duì)生水池出水濁度和超濾反洗水、新鮮水等濁度指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。筆者認(rèn)為，新鮮水中所攜帶的雜質(zhì)在超濾膜表面截留，截留的過程本身就是雜質(zhì)凝聚的過程，雖然反洗時(shí)被反洗水打碎，仍有部分可被石英砂過濾器截留，再加上超濾反洗水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于新鮮水進(jìn)水量，通過上表的數(shù)據(jù)來看，回收超濾反洗水對(duì)生水池出水（即超濾進(jìn)水）的濁度影響不大。而那些未能被石英砂過濾器截留的雜質(zhì)通過超濾時(shí)，仍然會(huì)被超濾所截留，再次回到蓄水池中，蓄水池中雜質(zhì)濃度會(huì)越來越高，凝聚的幾率也隨之提高，直徑變大，通過石英砂過濾器時(shí)被濾料截留，慢慢達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這樣超濾進(jìn)水的雜質(zhì)不會(huì)無限累積，穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。運(yùn)行后，通過長(zhǎng)時(shí)間（現(xiàn)已運(yùn)行9個(gè)月）觀察，對(duì)比超濾的跨膜壓差增長(zhǎng)程度、速度以及超濾產(chǎn)水水質(zhì)，都未發(fā)現(xiàn)明顯異常增長(zhǎng)，可證明此改造成功。因此，超濾階段的新鮮水也基本無損耗，噸除鹽水的制水比耗沒有變化。

（4）水質(zhì)情況：超濾產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，基本可以去除直徑大于孔徑（0.01-0.1μm）以上的所有雜質(zhì)，出水濁度可以降到0.2NTU以下，而過濾出水濁度一般很難降到2NTU以下，通過二次混凝后，過濾出水濁度才可以小于1。通過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，超濾產(chǎn)水的濁度一般在0.15-0.17NTU，污染指數(shù)穩(wěn)定在3以下。反滲透進(jìn)水要求主要指標(biāo)還有pH、水溫、游離氯、鐵含量、COD等，其他指標(biāo)都在合格范圍內(nèi)，只有COD出現(xiàn)不合格項(xiàng)。 不難看出，運(yùn)行超濾后COD明顯高于原預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，且多次出現(xiàn)COD大于3的情況，主要是因?yàn)槌瑸V無法去除或降低自來水中的COD，而混凝和活性炭吸附能除去或降低水中的COD。去除自來水中COD的辦法還有氧化法，根據(jù)我廠情況，可以向超濾進(jìn)水投加氧化劑來降低水中COD，為避免氧化劑對(duì)反滲透膜造成損傷，應(yīng)在超濾產(chǎn)水（即反滲透進(jìn)水）投加還原劑，去除水中游離氯。

（5）勞動(dòng)強(qiáng)度：超濾實(shí)現(xiàn)反洗自動(dòng)和液位自動(dòng)調(diào)節(jié)，除運(yùn)行3-6個(gè)月一次化學(xué)清洗需要人為操作，日常運(yùn)行基本可以達(dá)到無人操作，而原預(yù)處理系統(tǒng)幾乎隔天需要配置50kg藥劑和進(jìn)行過濾器的反洗，超濾運(yùn)行后，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

（6）安全環(huán)保：超濾化學(xué)清洗藥劑主要是鹽酸、氫氧化鈉和次氯酸鈉，3-6個(gè)月化學(xué)清洗一次，每次用水量不會(huì)超過80噸，與再生一次陰陽床所產(chǎn)生的廢液量幾乎相等，且清洗廢液也排入污水中和池，沒有增加額外的環(huán)保壓力。相對(duì)而言，沒有了活性炭吸附再生和濾料破碎所產(chǎn)生的廢液、廢渣，以及配置藥劑所產(chǎn)生的粉塵、刺激性氣味和腐蝕性液體對(duì)操作人員身體的危害，自動(dòng)化運(yùn)行減少了人為操作，降低了出現(xiàn)工傷的幾率，安全環(huán)保壓力有所減輕。

4、結(jié)語

無論從運(yùn)行成本、勞動(dòng)強(qiáng)度、安全環(huán)保等方面來看，超濾比原預(yù)處理系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于產(chǎn)水水質(zhì)，解決掉COD的問題，超濾產(chǎn)水水質(zhì)也優(yōu)于原預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)，對(duì)于反滲透的長(zhǎng)周期運(yùn)行和生產(chǎn)穩(wěn)定都有積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁桓如，吳春華，龔云峰等 《工業(yè)用水處理工程》北京：清華大學(xué)出版社，2014