淺談殺菌劑對反滲透裝置運(yùn)行的影響

張飛飛,曹 丹

(陜西長青能源化工有限公司, 陜西寶雞 721405)

陜西長青能源化工有限公司年產(chǎn)60萬t甲醇項(xiàng)目配置脫鹽水系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大處理水質(zhì)量流量為1 000 m3/h。該系統(tǒng)包含預(yù)處理系統(tǒng)、除鹽系統(tǒng)和冷凝液回收處理系統(tǒng),其中除鹽系統(tǒng)采用超濾裝置+反滲透裝置+混合離子交換器(簡稱混床)工藝。自投產(chǎn)以來,脫鹽水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,但在2022年7月,反滲透藥劑化學(xué)清洗頻次突然增加,反滲透裝置前投加的還原劑和氧化劑增加,保安過濾器濾芯使用壽命大幅縮短,人員勞動(dòng)強(qiáng)度加大。為此,筆者對造成該問題的原因進(jìn)行分析,并提出解決措施。

1 脫鹽水處理工藝

1.1 脫鹽水工藝流程

脫鹽水工藝流程見圖1。

圖1 脫鹽水工藝流程

來自原水管網(wǎng)的新鮮水與來自界外的透平冷凝液在原水換熱器中進(jìn)行換熱后進(jìn)入原水箱,由原水泵送入自清洗過濾器過濾去除水中的懸浮物,再經(jīng)過超濾裝置進(jìn)一步降低水中的化學(xué)需氧量(COD)和濁度,使進(jìn)水品質(zhì)滿足反滲透裝置要求,再由反滲透裝置除去水中的大部分鹽分,經(jīng)除碳器除去二氧化碳,進(jìn)入中間水箱,由中間水泵送入混床進(jìn)一步去除水中剩余的陰陽離子,合格的脫鹽水進(jìn)入脫鹽水箱,由脫鹽水泵送往鍋爐和各工藝裝置。

1.2 反滲透工藝原理

反滲透裝置是用足夠的壓力使溶液中的溶劑(一般是水)通過反滲透膜(或稱半透膜)分離出來,因?yàn)檫@個(gè)過程和自然滲透的方向相反,所以稱為反滲透。經(jīng)過反滲透處理后,水中雜質(zhì)含量降低,水質(zhì)純度提高;反滲透裝置的脫鹽率可達(dá)到98%以上,并能將水中大部分的細(xì)菌、膠體及大分子質(zhì)量的有機(jī)物去除,從而提取高品質(zhì)的脫鹽水[1]。

1.3 反滲透裝置運(yùn)行需要注意的問題

從反滲透裝置的運(yùn)行原理來看,為了使反滲透裝置能夠長期正常運(yùn)行,需要解決反滲透膜污染和反滲透膜結(jié)垢兩大難題。

為了解決反滲透膜結(jié)垢問題,可以使用良好的反滲透膜阻垢劑,以提高水中的難溶物質(zhì)的飽和度,同時(shí)抑制結(jié)垢因子生長,使其結(jié)垢分散、晶格扭曲,達(dá)到良好的阻垢性能。

為了解決反滲透膜污染問題,可以在反滲透裝置配置5 μm保安過濾器,以防止大顆粒物和微生物進(jìn)入高壓泵及反滲透裝置,污染和損傷反滲透膜,同時(shí)選擇合適的殺菌劑,防止反滲透膜被生物污染。

1.4 氧化性殺菌劑對反滲透裝置運(yùn)行的影響及控制措施

投加殺菌劑的目的是抑制水中的微生物及細(xì)菌的生長或?qū)⑵鋸氐讱⑺?以避免污染堵塞反滲透膜。目前反滲透裝置前設(shè)備投加的殺菌劑多為含氯型氧化性殺菌劑。殺菌劑濃度低會(huì)導(dǎo)致反滲透裝置滋生細(xì)菌,因此為了保證殺菌效果,投加的殺菌劑必須達(dá)到一定劑量。通常要求反滲透裝置前管道和設(shè)備水中的余氯質(zhì)量濃度為0.2～0.5 mg/L。反滲透膜的材質(zhì)為芳香族聚酰胺,該材料為還原性物質(zhì),在0.2～0.5 mg/L的余氯下反滲透膜會(huì)發(fā)生氧化,造成脫鹽率急速下降,使反滲透膜永久性損壞。為了防止反滲透膜被氧化,通常在反滲透前投加還原劑——NaHSO3溶液,控制反滲透裝置進(jìn)水的余氯質(zhì)量濃度小于0.1 mg/L[2-3]。

2 存在的問題

2.1 保安過濾器壓差上漲較快

2022年4月,脫鹽水系統(tǒng)反滲透裝置保安過濾器濾芯壓差上升較快。由于當(dāng)濾芯壓差大于0.1 MPa時(shí)就需要更換,因此濾芯更換頻次由3個(gè)月變?yōu)?個(gè)月。打開保安過濾器后發(fā)現(xiàn)濾芯內(nèi)有黏性物質(zhì),用火燒后可以聞到毛發(fā)燒焦的腥臭味,由此推斷為脫鹽水系統(tǒng)出現(xiàn)了生物污染。2022年4月中旬,增大氧化性殺菌劑量,保證超濾產(chǎn)水的余氯質(zhì)量濃度在0.3～0.5 mg/L;為了保證反滲透膜不被氧化,同時(shí)又將還原劑量增大。根據(jù)理論計(jì)算可知,還原劑量應(yīng)為余氯的3倍,即還原劑NaHSO3投加質(zhì)量濃度控制在0.9～1.5 mg/L即可滿足要求;但現(xiàn)場為了保證反滲透裝置進(jìn)水余氯質(zhì)量濃度在0.05 mg/L以下,實(shí)際將還原劑NaHSO3投加質(zhì)量濃度控制在5 mg/L,甚至更高。調(diào)整后,保安過濾器的黏性物質(zhì)沒有得到好轉(zhuǎn),且保安過濾器污堵更加嚴(yán)重,濾芯更換頻次變?yōu)?0 d更換1次。

2.2 反滲透裝置壓差上漲快

2022年4月8日,反滲透裝置進(jìn)水一段壓差為0.1 MPa,上漲較快;2022年4月16日,反滲透裝置進(jìn)水一段壓差已漲到0.15 MPa,需要進(jìn)行化學(xué)清洗。打開反滲透膜檢查,反滲透膜上有微生物滋生,微生物在氧化性和非氧化性殺菌劑溶液的作用下迅速被殺死。2022年4月19日后,不斷增加次氯酸鈉氧化性殺菌劑和還原劑用量后,最終將超濾產(chǎn)水的余氯質(zhì)量濃度控制在0.5 mg/L,還原劑NaHSO3投加質(zhì)量濃度已達(dá)到10 mg/L,但是反滲透裝置進(jìn)水一段壓差上漲快的問題仍未得到有效解決。2022年4月20日,反滲透裝置進(jìn)水一段壓差已達(dá)到0.2 MPa,壓差上升速率更快。

2022年4月—5月反滲透裝置壓差見圖2。

圖2 2022年4月—5月反滲透裝置壓差

3 原因分析

對反滲透裝置的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行檢測,結(jié)果見表1。

表1 反滲透裝置的進(jìn)水水質(zhì)檢測結(jié)果

由表1可以看出:SDI、濁度、總鐵質(zhì)量濃度均正常,但反滲透裝置進(jìn)水 COD較大(COD指示要求小于1.5 mg/L),說明進(jìn)水中有機(jī)物含量偏大。有機(jī)物是生物細(xì)菌所需的營氧物質(zhì),為了保證反滲透膜不被氧化,還原劑NaHSO3投加量遠(yuǎn)大于正常投加量,導(dǎo)制水中硫化物濃度高。反滲透裝置前管道和保安過濾器內(nèi)部本身處于封閉環(huán)境,是理想的厭氧型環(huán)境;豐富的營氧物質(zhì)、硫細(xì)菌,加上理想的厭氧環(huán)境,給硫細(xì)菌等厭氧菌的滋生提供了條件,導(dǎo)致反滲透膜被厭氧生物污染[4]。2020年4月中旬,調(diào)整了氧化劑和還原劑NaHSO3投加量后,錯(cuò)誤地導(dǎo)致了還原劑NaHSO3進(jìn)一步過量,反而為硫細(xì)菌提供了營養(yǎng),導(dǎo)致了系統(tǒng)厭氧微生物滋生得更快,造成了反滲透裝置污堵加劇。

4 解決方案

4.1 利用化學(xué)清洗設(shè)備對反滲透裝置進(jìn)行沖擊性殺菌

(1) 停止運(yùn)行反滲透裝置,打開化學(xué)清洗進(jìn)水閥、化學(xué)清洗回流閥(一段、二段分開單獨(dú)進(jìn)行清洗)、化學(xué)清洗產(chǎn)水回流閥門,關(guān)閉反滲透裝置進(jìn)水閥門、濃水閥門、產(chǎn)水閥門。

(2) 將化學(xué)清洗水箱加水至2/3處,投加25 kg非氧化性殺菌劑(加藥質(zhì)量濃度為2 000～3 000 mg/L),打開清洗泵開始清洗,清洗4～6 h后浸泡8～12 h。

(3) 反滲透裝置殺菌完成后對反滲透裝置進(jìn)行沖洗,并將閥門歸位。

4.2 利用氧化性殺菌劑對反滲透裝置前管道系統(tǒng)徹底殺菌

(1) 將進(jìn)系統(tǒng)與反滲透裝置徹底斷開,再將系統(tǒng)余氯質(zhì)量濃度控制在0.5 mg/L,對系統(tǒng)管道連續(xù)殺菌1～2 h。

(2) 停止氧化性殺菌劑的投加,繼續(xù)沖洗管道,將管道轉(zhuǎn)換干凈,檢測余氯質(zhì)量濃度應(yīng)小于0.1 mg/L。

(3) 恢復(fù)反滲透裝置與進(jìn)系統(tǒng)的連接。

4.3 用非氧化殺菌劑替代氧化性殺菌劑

在脫鹽水系統(tǒng)中投加非氧化殺菌劑(異塞唑琳酮)后,可以避免反滲透膜被氧化的風(fēng)險(xiǎn),減少了還原劑的使用量,以及工人配藥的勞動(dòng)強(qiáng)度。但是非氧化性殺菌劑(異塞唑琳酮)對細(xì)菌的抑制作用較強(qiáng),卻不能完全將細(xì)菌徹底殺死,長時(shí)間運(yùn)行仍會(huì)造成細(xì)菌滋生;因此,需要定期投加氧化性殺菌劑徹底殺菌。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié),每6個(gè)月投加1次氧化性殺菌劑,1次運(yùn)行2 d,投加的效果最好。同時(shí),2種殺菌劑交替使用,還能避免細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性,保證系統(tǒng)長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。反滲透裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)表明,反滲透裝置藥劑消耗量明顯變小,化學(xué)清洗頻次大幅度減小,保安過濾器濾芯更換頻次變?yōu)?～4個(gè)月,濾芯使用壽命大增長。

5 改造效果

2020年脫鹽水次氯酸鈉用量為10.05 t,亞硫酸氫鈉用量為45.315 t。2021年次氯酸鈉用量為11.15 t,亞硫酸氫鈉用量為53.345 t。2022年1月—4月次氯酸鈉平均用量為1.1 t,亞硫酸氫鈉平均用量為4.52 t。改變脫鹽水系統(tǒng)加藥方式后,2022年5月—12月亞硫酸氫鈉和次氯酸鈉的用量為0,每月只需要投加0.8～1.0 t的非氧化殺菌劑(異塞唑琳酮),加藥成本顯著降低。2022年脫鹽水系統(tǒng)加藥量見圖3。

圖3 2022年脫鹽水系統(tǒng)加藥量

改變脫鹽水系統(tǒng)加藥方式后,優(yōu)化了脫鹽水系統(tǒng)反滲透裝置的運(yùn)行工況,減少了藥劑的消耗量和反滲透裝置的化學(xué)清洗頻次。與2021年相比,次氯酸鈉減少11.15 t,次氯酸鈉單價(jià)按950元/t計(jì)算,節(jié)省費(fèi)用10 592.5元;亞硫酸氫鈉減少53 t,亞硫酸氫鈉單價(jià)按2 300元/t計(jì)算,節(jié)省費(fèi)用121 900元,全年反滲透裝置化學(xué)清洗勞務(wù)費(fèi)和藥劑消耗費(fèi)用約50 000元,使用非氧化殺菌劑(異塞唑琳酮)成本約為100 000元。藥劑方式調(diào)整后,可以節(jié)省約82 490元,經(jīng)濟(jì)效益良好。

6 結(jié)語

優(yōu)化調(diào)整反滲透裝置進(jìn)水殺菌劑和還原劑的投加量,可以減輕反滲透裝置的細(xì)菌污染情況,減少反滲透裝置的化學(xué)清洗次數(shù),延長反滲透裝置和保安過濾器的使用壽命。將非氧化性殺菌劑替代氧化性殺菌劑在反滲透裝置中投加使用,對反滲透裝置而言,運(yùn)行更加安全,同時(shí)有利于企業(yè)降低運(yùn)行成本,是今后反滲透裝置加藥方式的發(fā)展趨勢。