垃圾滲濾液深度處理RO膜的運行及清洗研究

李貝 賈澤清 張璐 王連弟

(1.上?？岛悱h(huán)境股份有限公司 上海 201703； 2.中鋼集團武漢安全環(huán)保研究院有限公司 武漢 430081)

0 引言

1 概述

武漢某垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液處理站建設(shè)規(guī)模為330 t/d，采用預(yù)處理+厭氧+MBR-NF-RO組合工藝，配套濃液減量化處理裝置。滲濾液處理站RO處理系統(tǒng)共設(shè)計2條線，每條處理線配置4只膜管，每支膜管串聯(lián)5支陶氏FILMTECTM膜元件，單只膜有效膜面積為34.4 m2，總有效膜面積為688 m2，產(chǎn)水率為75%。

滲濾液處理站RO系統(tǒng)運行流程如圖1，系統(tǒng)進水按照1#～4#的順序，3#、4#膜管位于流程的末端。

圖1 滲濾液處理站RO系統(tǒng)

經(jīng)過現(xiàn)場觀察，RO系統(tǒng)在運行一定的時間后，運行周期縮短，處理能力下降，產(chǎn)水電導(dǎo)率升高；由于RO系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，水質(zhì)控制難度大，并隨著時間的增加，會出現(xiàn)不可逆趨勢，主要原因是：①隨著使用時間的增加，膜組件的各項性能指標會相應(yīng)降低；②進水水質(zhì)的惡化會導(dǎo)致膜組件形成污堵、結(jié)垢；③有機物的污染和藥劑等對膜組件的影響較大。

2 RO運行結(jié)果和討論

2.1 RO系統(tǒng)運行參數(shù)

RO膜設(shè)計運行參數(shù)控制標準(陶氏TMXC70)見表1。

表1 RO膜設(shè)計運行參數(shù)控制標準(陶氏TMXC70)

2.2 RO系統(tǒng)運行狀態(tài)分析

對2018年11月份武漢某垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液站運行參數(shù)進行了相關(guān)統(tǒng)計。為保證數(shù)據(jù)一致性，取樣時間均為膜系統(tǒng)運行0.5 h后采樣。分別在11月份不同日期對兩條線各取樣測量6組數(shù)據(jù)，均測量了溫度和電導(dǎo)率以及進水流量、循環(huán)泵壓力等數(shù)據(jù)。其中11月18日取樣之前系統(tǒng)進行了化學(xué)清洗。

2.2.1產(chǎn)水量和運行壓力

運行一個月來，1號線產(chǎn)水率穩(wěn)定在75%，2號線在72%～73%。在線清洗后(18日)，1號線高壓泵、循環(huán)泵壓力有大幅度的下降，2號線變化幅度不大；但20日兩泵壓力回到平衡狀態(tài)。高壓泵壓力控制在3.42 MPa左右，跨膜壓差0.290～0.316 MPa之間，具體見表2、表3。

表2 1號線2018年11月運行數(shù)據(jù)

表3 2號線2018年11月運行數(shù)據(jù)

2.2.2 電導(dǎo)率

RO系統(tǒng)1號線、2號線2018年11月各部分電導(dǎo)率見表4、表5。

表4 1號線2018年11月各部分電導(dǎo)率 mS/cm

表5 2號線2018年11月各部分電導(dǎo)率 mS/cm

通過對表4、表5的分析，兩條線路電導(dǎo)率變化趨勢相同。其中3#、4#膜管電導(dǎo)率明顯高于1#、2#膜管，3#膜管處電導(dǎo)率最高；4#膜管處電導(dǎo)率略低于3#膜管?？傻贸?#和4#RO膜受到的污染狀況相比較其他兩根更為嚴重，3#污染情況略大于4#。

2.2.3 溫度

RO系統(tǒng)1號線、2號線每支膜管溫度見表6、表7。

表6 RO系統(tǒng)1號線每支膜管溫度 ℃

表7 RO系統(tǒng)2號線每支膜管溫度 ℃

溫度的變化趨勢和電導(dǎo)率趨于一致，3#、4#高于前兩根膜管，3#膜管溫度最高。產(chǎn)水溫度低與4根膜管應(yīng)為熱量擴散到空氣中，導(dǎo)致溫度變低。

綜合分析電導(dǎo)率和溫度，3#膜管受到的工作負荷最高，優(yōu)先清洗和更換3#膜管內(nèi)反滲透膜。

3 離線清洗方式和數(shù)據(jù)分析

3.1 離線清洗方式3.1.1 離線清洗裝置

清洗采用離線清洗方式，清洗流程采用堿洗—清水清洗—酸洗—清水清洗，堿洗pH值為11～11.6，酸洗pH值為2.0～2.2之間；清洗溫度為35 ℃，清洗水采用自循環(huán)。

RO離線清洗裝置運行流程圖如圖2。

圖2 滲濾液處理站RO系統(tǒng)

本清洗裝置可一次容納清洗水250 L，每次清洗前均對膜系統(tǒng)進行加熱，可一次清洗2支RO膜，2支膜處于并聯(lián)狀態(tài)。待出水電導(dǎo)率為最小值時停止清洗。離線單支清洗相對在線多段清洗來說，對每一支膜組件單獨進行化學(xué)清洗，這一做法將使清洗操作更為有效。如果多段同時清洗，第一段的污濁物、生物污染物和無機結(jié)垢物在從系統(tǒng)清除掉前必須經(jīng)過下一段，降低了清洗效率，在線清洗系統(tǒng)還須為清洗提供合適的流量并設(shè)有加熱清洗液的部件，否則難以保證清洗效果。

3.1.2 離線清洗方式

離線清洗酸堿藥劑均使用混合藥劑。根據(jù)滲濾液水質(zhì)結(jié)垢特性，有針對性地選擇化學(xué)清洗劑。本裝置堿洗藥劑采用EDTA和NaOH，先添加EDTA，將pH值調(diào)至10.0～10.5，后使用NaOH調(diào)至11～11.6，再采用檸檬酸和HCI做第二步清洗。

清洗裝置有2個在線電導(dǎo)儀，分別為進水電導(dǎo)率和產(chǎn)水電導(dǎo)率，進水電導(dǎo)率(除去第二次堿洗)變化趨勢為小幅度下降。因此清洗終點參考產(chǎn)水電導(dǎo)率。進水電導(dǎo)率運行終點相對于初始電導(dǎo)率變化百分比見表8，產(chǎn)水電導(dǎo)率達到最低值運行時長見表9。

表8 進水電導(dǎo)率運行終點相對于初始電導(dǎo)變化 %

表9 產(chǎn)水電導(dǎo)率達到最低值運行時長 min

根據(jù)表分析離線堿洗時間應(yīng)為40 min，酸洗時間為25 min。第1次清洗本支膜污染程度較輕，堿洗和酸洗時間均較少。離線清洗時，為保證清洗充分，且節(jié)約一定的成本，酸洗時間可為堿洗時間的60%。

3.2 數(shù)據(jù)分析3.2.1 膜清洗前后運行數(shù)據(jù)

2019年03月04日—2019年03月08日為膜離線清洗時間。RO膜未清洗前，膜表面有明顯的白色垢物質(zhì)。RO膜清洗之后，對進水流量和產(chǎn)水流量、電導(dǎo)率和壓力變化情況進行分析。清洗前后電導(dǎo)率和運行壓力的運行數(shù)據(jù)見表10。

表10 清洗前后電導(dǎo)率和運行壓力的運行數(shù)據(jù)

由于離線清洗后，運行壓力降低，導(dǎo)致進水量變大，為了控制進水量，將高壓泵頻率調(diào)低5 Hz，運行壓力變小?？缒翰罱档?，產(chǎn)水電導(dǎo)率升高。14日用酸對膜進行了清洗，產(chǎn)水電導(dǎo)率變小，膜通量變大。清洗前后進水流量和濃水流量的運行數(shù)據(jù)見表11。

表11 清洗前后進水流量和濃水流量的運行數(shù)據(jù)

清洗之前和清洗之后的產(chǎn)水率變化不大，進水流量變小，原因為將高壓泵壓力調(diào)小，導(dǎo)致進水量減少。

3.2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知：①產(chǎn)水電導(dǎo)率變大，疑為清洗后膜孔變大；②循環(huán)泵壓力明顯減小，進水量變大，說明結(jié)垢情況得到了緩解；③產(chǎn)水量無變化，原因為將高壓泵壓力調(diào)小，導(dǎo)致進水量減少；④膜通量減少，與高壓泵壓力減少，進水量減少有關(guān)；⑤跨膜壓差有略微下降，為離線清洗將污染物清洗掉；⑥14日加酸清洗后，加大兩泵的壓力，膜通量和產(chǎn)水率均提高，證明清洗效果明顯。

3.2.3 實際運行情況分析

武漢某滲濾液處理站反滲透系統(tǒng)在運行當(dāng)中為了保證出水質(zhì)量，控制系統(tǒng)的產(chǎn)水量維持穩(wěn)定(維持在11 m3/h左右)、回收率維持穩(wěn)定(77%～78%)、壓差穩(wěn)定。運行一定的時間之后，需要提高高壓泵和循環(huán)泵壓力才能保證3種參數(shù)的穩(wěn)定。目前實際運行情況，進水流量、進水pH值、濃水流量、濃水電導(dǎo)率均符合設(shè)計值；由于前段納濾系統(tǒng)運行不佳，導(dǎo)致RO進水電導(dǎo)率幾乎一直偏高，產(chǎn)水電導(dǎo)率均高于設(shè)計值。

運行期間，采用在線清洗方式與離線清洗裝置進行對照，可知在線清洗后，RO系統(tǒng)各參數(shù)幾乎無變化。因而離線清洗與在線清洗相比有明顯優(yōu)勢，可以作為對RO 膜清洗的備用手段。

表化驗數(shù)據(jù) mg/L

4 結(jié)論

(1)通過對滲濾液處理站RO系統(tǒng)運行狀況的分析可看出，一級RO后兩段電導(dǎo)率和運行溫度指標明顯高于前兩段，由此可見該膜元件產(chǎn)水質(zhì)量與溫度相關(guān)性較大。且第三段電導(dǎo)率最高可達第一段的4倍。有必要采取措施將膜管運行溫度降低，降低循環(huán)溫度是降低產(chǎn)水電導(dǎo)率的有效手段。

(3)離線清洗裝置在RO清洗中較在線清洗有明顯的優(yōu)勢，便于分析單支膜的修復(fù)狀態(tài)。離線清洗由于水量較少，無法將膜洗至中性，清水清洗的主要目的為將膜中殘留物質(zhì)沖刷干凈，需在線清水清洗到正常狀態(tài)。