某電廠廢水處理回收工程采用循環水排污水與生活區污水經過機械加速澄清池和無閥濾池預處理,再經超濾和反滲透處理后作為供水水源,水處理的工藝流程如圖 1所示。

 圖 1 水處理工藝流程示意

　　水處理系統共配有4套反滲透裝置,使用DOW BW30-365-FR抗污染型反滲透膜元件,采用一級兩段式,單套裝置產水量為120 t/h,回收率50%~60%,脫鹽率98%以上,運行總壓差正常值為0.42 MPa以下,極限為0.60 MPa。

　　1 運行現狀

　　該廢水預處理系統自2012年9月15日正式投產以來已運行9個月。反滲透裝置在2012年9月~2013年6月運行期間脫鹽率等各項指標都能達到設計值。但隨著運行時間的延長,反滲透一、二段壓差逐漸呈升高勢態。以4#反滲透裝置為例,反滲透總壓差由運行初期的0.10 MPa升高到0.51 MPa,反滲透膜的一段壓差達到0.33 MPa,反滲透膜的二段壓差達到0.18 MPa。反滲透運行壓差接近極限值,同時反滲透產水量大幅度降低,這些問題嚴重影響了反滲透裝置的安全有效運行〔1〕。

　　2 反滲透膜污堵原因分析

　　停運4#反滲透裝置進行拆解檢查,結果發現一段反滲透膜表面有明顯的微生物生長跡象及黏滑狀物質附著,二段膜殼端面上有明顯的白色物質沉淀。

　　將所取的反滲透垢樣置于80 ℃烘箱中干燥72 h,稱取0.088 0 g置于馬福爐中600 ℃灼燒2 h,取出冷卻后稱重,測得灼燒減量為91.8%。由此可以判斷出垢樣主要為有機物。將反滲透膜殼端面上的白色垢樣置于80 ℃烘箱中干燥72 h,稱取0.084 8 g樣品,加入10 mL(1+9)鹽酸,溶解時有大量氣泡產生,溶解后將溶液定容至100 mL,測得鈣(以碳酸鈣計)為38.8%,鎂(以碳酸鎂計)為60.0%,由此可以判斷垢樣主要為鈣、鎂的碳酸鹽垢。

　　經過以上分析可以得知,反滲透污堵的主要原因為反滲透膜的微生物污染和化學結垢。導致反滲透膜發生微生物污染的原因可能有兩種：一是原水中加入殺菌劑藥量不足,造成微生物滋生,污染反滲透膜;二是反滲透裝置入水中加入的還原劑藥量過多,使得反滲透入水中滋生厭氧菌,造成膜污染〔2〕。經檢查確認,隨著氣溫和水溫升高,該廠反滲透裝置前預處理系統殺菌劑投加劑量不足,從而導致廢水中微生物大量生長,進入反滲透裝置而形成生物膜,膜元件的生物污染致一段壓差迅速升高。導致反滲透段膜元件發生化學結垢的現象有兩方面的原因：一是反滲透系統回收率過高,使得濃水中的溶解鹽沉淀而結垢;二是阻垢劑加藥量不足或選型不合適,造成結垢。當阻垢劑添加系統出現故障時,或是加酸pH調節系統出故障而引起給水pH增高時,碳酸鈣垢有可能沉積出來〔3〕。

　　3 清洗對策

　　3.1 清洗藥品配方

　　(1)酸性清洗液。采用0.2% HCl。該清洗方案適用于進水中鈣、鎂等金屬離子的含量高,鈣、鎂沉淀造成系統脫鹽率明顯下降,進出口壓差出現中等程度的增加,進出口壓差迅速增加,產水量短期內逐漸減小,導致RO膜濃水側的非有機物污染。

　　(2)堿性清洗液。(a)0.1%NaOH;(b)0.1%NaOH+0.025%十二烷基苯璜酸鈉;(c)0.1% NaOH+1.0% EDTA四鈉鹽。

　　該清洗方案適用于膠體化合物(有機物、鐵和硅酸鹽)污染造成脫鹽率略有降低、進出口壓差迅速增加、產水量略有下降,并且當條件有利于生物生存時,RO膜組件中產生的細菌和藻類引起的生物污染。

　　(3)非氧化性殺菌劑。2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)(質量濃度300~400 mg/L)。反滲透系統在高微生物活動進水的條件下運行時,在接觸各種微生物之后的3～5 d就會出生物膜。因此,在生物活動旺盛期(夏季),最常規的消毒頻率為每3～5天一次,在生物活動非旺盛期(冬季),大約每7天一次,最佳的消毒頻率應根據每個系統的實際情況而定,有3種消毒方法可供選擇：短暫加藥、連續加藥和循環清洗。

　　3.2 清洗工藝流程

　　反滲透系統的清洗步驟為：低壓沖洗→第一段堿洗(堿液a,可以多遍)→低壓沖洗→整套堿洗(堿液b)→低壓沖洗→整套酸洗→低壓沖洗→非氧化性殺菌劑整套清洗→整套堿洗(堿液c)→低壓沖洗→運行。反滲透清洗系統工藝流程如圖 2所示。

 圖 2 反滲透清洗系統工藝流程

　　3.3 清洗注意事項

　　(1)每次化學清洗前確認所有管道連接牢固、正確,以免化學藥品噴濺對設備及人員造成傷害。

　　(2)每次清洗藥劑配制前必須進行清水試壓,以免化學品噴濺或進入下一級工藝流程。

　　(3)化學清洗包括低流量循環(沖洗)—浸泡—大流量循環三個過程,缺少其中任何一個過程均達不到反滲透膜的最佳清洗效果。

　　(4)根據現場情況進行化學清洗,重點對反滲透一段進行低流量循環(壓力0.25~0.3 MPa)和高流量循環(壓力0.3~0.35 MPa),循環后進行浸泡過夜、高流量循環。當發現清洗藥液變顏色或有臭味時需要更換藥液〔4〕。

　　(5)化學清洗時,確保反滲透濃水出口略有壓力0.05 MPa。

　　(6)每次化學清洗完畢必須用反滲透產水將反滲透膜沖洗干凈,以免化學品進入下一級工藝裝置,而造成不可恢復的損壞。

　　4 反滲透清洗效果評定

　　4#反滲透裝置進行化學清洗前后運行狀況如表 1所示。

　　由表 1可見,清洗后產水量上升了24 m3/h,反滲透一段壓差下降0.09 MPa、二段壓差下降0.05 MPa,清洗效果明顯。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　5 結論與建議

　　該廠反滲透膜主要是由于微生物污染和化學結垢導致污堵,通過進行化學清洗有效地解決了反滲透膜污堵問題。

　　當反滲透進水有利于生物生存時,一些細菌在反滲透保安過濾器、膜組件的繁殖和微生物的排泄物附著,引起生物污染,導致膜組件產水流量下降、水質下降,因此建議加大預處理系統次氯酸鈉加藥量,可有效抑制微生物的生長繁殖〔5〕。

　　建議運行過程中適度降低反滲透回收率,同時嚴格控制阻垢劑加藥量以免造成反滲透裝置結垢。