反滲透膜夏季嚴(yán)重污堵的原因與對策

李瑞峰

(魯泰紡織股份有限公司，山東 淄博 255100)

反滲透技術(shù)被廣泛應(yīng)用于污、廢水深度處理及再生利用[1]，可以獲得高品質(zhì)的再生水，為工業(yè)生產(chǎn)提供重要的水源，實(shí)現(xiàn)良好的環(huán)境效益。反滲透運(yùn)行過程中，膜污染是存在的主要問題[2]。尤其是夏季，反滲透膜容易發(fā)生有機(jī)物和微生物的嚴(yán)重污堵。反滲透膜元件的污染，不僅影響產(chǎn)水的水質(zhì)和水量，還會造成壓差升高，運(yùn)行壓力和能耗增加[3]，直接降低反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性[4]。產(chǎn)生膜污染的主要原因有濃差極化、化學(xué)污染、物理污染、微生物污染等[5]。筆者針對反滲透運(yùn)行的工程案例，查找反滲透系統(tǒng)夏季嚴(yán)重污堵的原因，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過程中可能忽略的控制細(xì)節(jié)，提出了相關(guān)的解決方案，以期通過采取有效措施減輕反滲透膜的污堵程度。

1 反滲透系統(tǒng)概況與存在的問題

1.1 反滲透系統(tǒng)概況

魯泰紡織股份有限公司于2015年建成并運(yùn)行1套再生水回用系統(tǒng)，再生水產(chǎn)水能力為2×104m3/d，作為其核心的反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)水和產(chǎn)水水質(zhì)見表1。該系統(tǒng)共有6套反滲透裝置，單套產(chǎn)水能力為139 m3/h，采用一級兩段式的排列方式，單套反滲透裝置由36支膜組件構(gòu)成，單支膜組件含6支膜元件，共216支反滲透膜元件。

反滲透系統(tǒng)布置見圖1，每套反滲透裝置(編號為1#～6#)單獨(dú)設(shè)有保安過濾器和高壓泵，其中1#、2#、3#反滲透裝置共用進(jìn)水主管路、阻垢劑加藥裝置、還原劑加藥裝置和非氧化性殺菌劑加藥裝置，4#、5#、6#反滲透裝置共用主進(jìn)水管路、阻垢劑加藥裝置、還原劑加藥裝置和非氧化性殺菌劑加藥裝置。

表1 反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水和產(chǎn)水水質(zhì)Tab.1 Design quality of influent water and effluent of the RO system

1.2 夏季運(yùn)行時(shí)存在的問題

夏季時(shí)，反滲透系統(tǒng)進(jìn)水溫度為25～30 ℃。運(yùn)行過程中，一周內(nèi)一段壓差由0.1 MPa迅速升高至0.25 MPa，單套反滲透的產(chǎn)水流量降低至120 m3/h。如果不對反滲透系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗，保持反滲透運(yùn)行，反滲透壓差繼續(xù)增加。一周后一段壓差由0.25 MPa逐漸上升到0.35 MPa，單套反滲透產(chǎn)水流量降低至110 m3/h以下，嚴(yán)重影響了反滲透系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

6套反滲透系統(tǒng)均不同程度地出現(xiàn)一段壓差上升、產(chǎn)水量降低的現(xiàn)象，需要對反滲透系統(tǒng)依次停機(jī)并進(jìn)行在線化學(xué)清洗，清洗耗時(shí)長。對其中1套進(jìn)行清洗時(shí)，其余正常運(yùn)行的反滲透系統(tǒng)的污堵會持續(xù)加重，增大了清洗難度，導(dǎo)致在線化學(xué)清洗不能徹底消除膜污染的組分，造成清洗不徹底，投運(yùn)后的一段壓差也在0.2 MPa以上。整個(gè)夏季，反滲透系統(tǒng)一直在反復(fù)的清洗過程中，不但工作量大，而且反滲透產(chǎn)水率低，運(yùn)行成本高。

圖1 反滲透系統(tǒng)布置Fig.1 Layout of the RO system

2 原因分析

夏季時(shí)，反滲透系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)主要表現(xiàn)為一段壓差增加，而二段壓差基本保持不變，可見污堵主要發(fā)生在一段的膜元件。將一段的反滲透膜元件從膜殼中拆除，每支膜殼前端的2支膜元件表面有明顯的微生物生長跡象和黏滑狀物質(zhì)附著，污染組分主要為有機(jī)物和微生物。對同一支膜殼的膜元件依次進(jìn)行稱重，前端第1支和第2支膜元件的濕重分別在(25～29)和(20～25) kg，后4支的膜元件濕重?zé)o明顯差異，都在17 kg左右，膜污堵主要發(fā)生在一段膜組件的前端的2支膜元件。

對于反滲透系統(tǒng)污堵的原因，依次從還原劑、保安過濾器、反滲透沖洗、反滲透產(chǎn)水池等方面進(jìn)行分析。

2.1 還原劑投加過量

系統(tǒng)采用超濾進(jìn)行預(yù)處理，超濾前采用次氯酸鈉殺菌，超濾出水中余氯約為1.5 mg/L，需要投加還原劑(焦亞硫酸鈉)將其去除。由于來水水質(zhì)略有波動，焦亞硫酸鈉按照15 mg/L投加。

經(jīng)過測算，脫除1.0 mg的余氯只需要1.34 mg焦亞硫酸鈉。為了保證余氯被充分去除，保持焦亞硫酸鈉的投加量為來水余氯的3～5倍即可，過量還原劑會造成反滲透的微生物污堵[6]。還原劑過量會造成反滲透系統(tǒng)處于無氧或缺氧狀態(tài)下，硫酸鹽還原菌會利用水中的硫酸鹽進(jìn)行氧化反應(yīng)得到能量，進(jìn)而大量繁殖，形成細(xì)菌群，對保安過濾器濾芯、反滲透膜元件造成嚴(yán)重污堵[7]。

因此，系統(tǒng)中還原劑的原投加量為余氯量的10倍，存在投加過量的問題。

2.2 反滲透裝置停運(yùn)引起的微生物孳生

夏季時(shí)，由于再生水用戶的用水量降低，反滲透裝置只需運(yùn)行4～5套即可滿足供水要求。當(dāng)反滲透裝置停機(jī)后，一般用反滲透產(chǎn)水低壓沖洗10 min，將反滲透裝置內(nèi)部的高鹽水完全置換，并每天低壓沖洗1次。由于反滲透產(chǎn)水中依然含有部分有機(jī)物和鹽類，停機(jī)時(shí)反滲透裝置內(nèi)部處于缺氧狀態(tài)，且反滲透膜表面粘附一部分有機(jī)物和微生物，造成微生物大量繁殖。在進(jìn)行反滲透低壓沖洗時(shí)也發(fā)現(xiàn)，排出的沖洗水帶有明顯的臭味。

2.3 保安過濾器停運(yùn)引起的微生物孳生

保安過濾器停機(jī)時(shí)，內(nèi)部依然充滿了靜止?fàn)顟B(tài)的反滲透進(jìn)水，含有阻垢劑、還原劑，內(nèi)部處于缺氧狀態(tài)并有充足的有機(jī)物、無機(jī)鹽等，同時(shí)濾芯的結(jié)構(gòu)更利于微生物的附著和孳生。通過保安過濾器排水閥門排出的水帶有惡臭氣味，在反滲透重新開機(jī)時(shí)，保安過濾器內(nèi)部的微生物進(jìn)入反滲透裝置，阻塞了進(jìn)水通道，加重了反滲透膜的污堵。

2.4 反滲透產(chǎn)水池微生物孳生

夏季時(shí)，反滲透產(chǎn)水在反滲透產(chǎn)水池內(nèi)的停留時(shí)間約為7 h。由于反滲透產(chǎn)水中不含殺菌劑，造成反滲透產(chǎn)水池內(nèi)部微生物孳生。在對反滲透系統(tǒng)進(jìn)行低壓沖洗時(shí)，帶有微生物的沖洗水進(jìn)入反滲透裝置內(nèi)部。

3 采取的措施

3.1 降低還原劑投加量

將焦亞硫酸鈉的投加量由15 mg/L降低為5～7.5 mg/L，從而既保證反滲透進(jìn)水余氯被完全去除，又節(jié)約了藥劑成本。

3.2 對停機(jī)的反滲透裝置殺菌并增加沖洗頻次

反滲透裝置停機(jī)后，用非氧化性殺菌劑進(jìn)行循環(huán)清洗[6]1次，持續(xù)降低其內(nèi)部的微生物，非氧化性殺菌劑選用2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)。殺菌后，對停機(jī)的反滲透裝置每天沖洗2次，每次沖洗持續(xù)10 min。

3.3 沖洗停機(jī)的保安過濾器

由于3套反滲透裝置共用進(jìn)水主管路，反滲透裝置停機(jī)后，其余反滲透裝置繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)水主管路中始終有水流動。保安過濾器前的進(jìn)水管路中有壓力，打開排水閥門，可以對停機(jī)的保安過濾器進(jìn)行沖洗，保持其內(nèi)部的水呈流動狀態(tài)，從而在一定程度上減輕微生物的孳生。每天對停機(jī)的保安過濾器沖洗2次，每次各20 min，保證內(nèi)部的水完全置換2次。

3.4 降低再生水在反滲透產(chǎn)水池內(nèi)的停留時(shí)間

盡量保持反滲透產(chǎn)水池低液位，保證再生水在反滲透產(chǎn)水池內(nèi)的停留時(shí)間小于3 h。

3.5 離線清洗污堵嚴(yán)重的反滲透膜元件

離線清洗是將反滲透膜從壓力容器內(nèi)取出，在專用的離線清洗裝置上進(jìn)行清洗[8]。離線化學(xué)清洗采取“循環(huán)-浸泡-循環(huán)”相結(jié)合的清洗方式，采用堿洗+酸洗的清洗方案，堿清洗液為0.1% NaOH+0.025%十二烷基磺酸鈉[6]，酸清洗液為1.5%檸檬酸。只對一段反滲透膜殼內(nèi)的前2支膜元件進(jìn)行離線清洗，對污染程度相近的膜元件可以一同清洗，清洗時(shí)需保持清洗液pH值穩(wěn)定。pH值有變化時(shí)，可以適當(dāng)補(bǔ)充NaOH或檸檬酸。清洗循環(huán)時(shí)，循環(huán)水流量對清洗效果的影響明顯，建議每支膜元件的流量保持在10～12 m3/h。

4 改善效果

采取各項(xiàng)措施后，反滲透系統(tǒng)的污堵程度得到有效減輕，清洗頻次也明顯降低，產(chǎn)水量增加約23%，見表2。

表2 反滲透系統(tǒng)運(yùn)行對比Tab.2 Comparison of the RO system operation

5 結(jié)語

預(yù)防反滲透系統(tǒng)的污堵，對于為生產(chǎn)提供合格的再生水至關(guān)重要。當(dāng)一段反滲透膜元件部分出現(xiàn)有機(jī)物和微生物污堵時(shí)，需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)并認(rèn)真分析，采取有效防止污堵的措施，降低壓差，提高產(chǎn)水量，保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。