反渗透膜夏季严重污堵的原因与对策

2019-04-17李瑞峰

供水技术 2019年5期

李瑞峰

(鲁泰纺织股份有限公司，山东淄博 255100)

反渗透技术被广泛应用于污、废水深度处理及再生利用[1]，可以获得高品质的再生水，为工业生产提供重要的水源，实现良好的环境效益。反渗透运行过程中，膜污染是存在的主要问题[2]。尤其是夏季，反渗透膜容易发生有机物和微生物的严重污堵。反渗透膜元件的污染，不仅影响产水的水质和水量，还会造成压差升高，运行压力和能耗增加[3]，直接降低反渗透系统运行的经济性和安全性[4]。产生膜污染的主要原因有浓差极化、化学污染、物理污染、微生物污染等[5]。笔者针对反渗透运行的工程案例，查找反渗透系统夏季严重污堵的原因，发现运行过程中可能忽略的控制细节，提出了相关的解决方案，以期通过采取有效措施减轻反渗透膜的污堵程度。

1 反渗透系统概况与存在的问题

1.1 反渗透系统概况

鲁泰纺织股份有限公司于2015年建成并运行1套再生水回用系统，再生水产水能力为2×104m3/d，作为其核心的反渗透系统的设计进水和产水水质见表1。该系统共有6套反渗透装置，单套产水能力为139 m3/h，采用一级两段式的排列方式，单套反渗透装置由36支膜组件构成，单支膜组件含6支膜元件，共216支反渗透膜元件。

反渗透系统布置见图1，每套反渗透装置(编号为1#～6#)单独设有保安过滤器和高压泵，其中1#、2#、3#反渗透装置共用进水主管路、阻垢剂加药装置、还原剂加药装置和非氧化性杀菌剂加药装置，4#、5#、6#反渗透装置共用主进水管路、阻垢剂加药装置、还原剂加药装置和非氧化性杀菌剂加药装置。

表1 反渗透系统设计进水和产水水质Tab.1 Design quality of influent water and effluent of the RO system

1.2 夏季运行时存在的问题

夏季时，反渗透系统进水温度为25～30 ℃。运行过程中，一周内一段压差由0.1 MPa迅速升高至0.25 MPa，单套反渗透的产水流量降低至120 m3/h。如果不对反渗透系统进行化学清洗，保持反渗透运行，反渗透压差继续增加。一周后一段压差由0.25 MPa逐渐上升到0.35 MPa，单套反渗透产水流量降低至110 m3/h以下，严重影响了反渗透系统的正常运行。

6套反渗透系统均不同程度地出现一段压差上升、产水量降低的现象，需要对反渗透系统依次停机并进行在线化学清洗，清洗耗时长。对其中1套进行清洗时，其余正常运行的反渗透系统的污堵会持续加重，增大了清洗难度，导致在线化学清洗不能彻底消除膜污染的组分，造成清洗不彻底，投运后的一段压差也在0.2 MPa以上。整个夏季，反渗透系统一直在反复的清洗过程中，不但工作量大，而且反渗透产水率低，运行成本高。

图1 反渗透系统布置Fig.1 Layout of the RO system

2 原因分析

夏季时，反渗透系统运行时主要表现为一段压差增加，而二段压差基本保持不变，可见污堵主要发生在一段的膜元件。将一段的反渗透膜元件从膜壳中拆除，每支膜壳前端的2支膜元件表面有明显的微生物生长迹象和黏滑状物质附着，污染组分主要为有机物和微生物。对同一支膜壳的膜元件依次进行称重，前端第1支和第2支膜元件的湿重分别在(25～29)和(20～25) kg，后4支的膜元件湿重无明显差异，都在17 kg左右，膜污堵主要发生在一段膜组件的前端的2支膜元件。

对于反渗透系统污堵的原因，依次从还原剂、保安过滤器、反渗透冲洗、反渗透产水池等方面进行分析。

2.1 还原剂投加过量

系统采用超滤进行预处理，超滤前采用次氯酸钠杀菌，超滤出水中余氯约为1.5 mg/L，需要投加还原剂(焦亚硫酸钠)将其去除。由于来水水质略有波动，焦亚硫酸钠按照15 mg/L投加。

经过测算，脱除1.0 mg的余氯只需要1.34 mg焦亚硫酸钠。为了保证余氯被充分去除，保持焦亚硫酸钠的投加量为来水余氯的3～5倍即可，过量还原剂会造成反渗透的微生物污堵[6]。还原剂过量会造成反渗透系统处于无氧或缺氧状态下，硫酸盐还原菌会利用水中的硫酸盐进行氧化反应得到能量，进而大量繁殖，形成细菌群，对保安过滤器滤芯、反渗透膜元件造成严重污堵[7]。

因此，系统中还原剂的原投加量为余氯量的10倍，存在投加过量的问题。

2.2 反渗透装置停运引起的微生物孳生

夏季时，由于再生水用户的用水量降低，反渗透装置只需运行4～5套即可满足供水要求。当反渗透装置停机后，一般用反渗透产水低压冲洗10 min，将反渗透装置内部的高盐水完全置换，并每天低压冲洗1次。由于反渗透产水中依然含有部分有机物和盐类，停机时反渗透装置内部处于缺氧状态，且反渗透膜表面粘附一部分有机物和微生物，造成微生物大量繁殖。在进行反渗透低压冲洗时也发现，排出的冲洗水带有明显的臭味。

2.3 保安过滤器停运引起的微生物孳生

保安过滤器停机时，内部依然充满了静止状态的反渗透进水，含有阻垢剂、还原剂，内部处于缺氧状态并有充足的有机物、无机盐等，同时滤芯的结构更利于微生物的附着和孳生。通过保安过滤器排水阀门排出的水带有恶臭气味，在反渗透重新开机时，保安过滤器内部的微生物进入反渗透装置，阻塞了进水通道，加重了反渗透膜的污堵。

2.4 反渗透产水池微生物孳生

夏季时，反渗透产水在反渗透产水池内的停留时间约为7 h。由于反渗透产水中不含杀菌剂，造成反渗透产水池内部微生物孳生。在对反渗透系统进行低压冲洗时，带有微生物的冲洗水进入反渗透装置内部。

3 采取的措施

3.1 降低还原剂投加量

将焦亚硫酸钠的投加量由15 mg/L降低为5～7.5 mg/L，从而既保证反渗透进水余氯被完全去除，又节约了药剂成本。

3.2 对停机的反渗透装置杀菌并增加冲洗频次

反渗透装置停机后，用非氧化性杀菌剂进行循环清洗[6]1次，持续降低其内部的微生物，非氧化性杀菌剂选用2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)。杀菌后，对停机的反渗透装置每天冲洗2次，每次冲洗持续10 min。

3.3 冲洗停机的保安过滤器

由于3套反渗透装置共用进水主管路，反渗透装置停机后，其余反渗透装置继续运行，进水主管路中始终有水流动。保安过滤器前的进水管路中有压力，打开排水阀门，可以对停机的保安过滤器进行冲洗，保持其内部的水呈流动状态，从而在一定程度上减轻微生物的孳生。每天对停机的保安过滤器冲洗2次，每次各20 min，保证内部的水完全置换2次。

3.4 降低再生水在反渗透产水池内的停留时间

尽量保持反渗透产水池低液位，保证再生水在反渗透产水池内的停留时间小于3 h。

3.5 离线清洗污堵严重的反渗透膜元件

离线清洗是将反渗透膜从压力容器内取出，在专用的离线清洗装置上进行清洗[8]。离线化学清洗采取“循环-浸泡-循环”相结合的清洗方式，采用碱洗+酸洗的清洗方案，碱清洗液为0.1% NaOH+0.025%十二烷基磺酸钠[6]，酸清洗液为1.5%柠檬酸。只对一段反渗透膜壳内的前2支膜元件进行离线清洗，对污染程度相近的膜元件可以一同清洗，清洗时需保持清洗液pH值稳定。pH值有变化时，可以适当补充NaOH或柠檬酸。清洗循环时，循环水流量对清洗效果的影响明显，建议每支膜元件的流量保持在10～12 m3/h。