延長(zhǎng)反滲透保安過(guò)濾器濾芯運(yùn)行時(shí)間的研究

曹 政，李 軍

（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)動(dòng)供總廠，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

前言

保安過(guò)濾器是安裝在反滲透高壓泵之前的一種過(guò)濾器。過(guò)濾器內(nèi)部安裝有過(guò)濾精度為5 μm的濾芯，水通過(guò)濾芯時(shí)，大于5 μm的顆粒物被有效截留，從而對(duì)高壓泵及反滲透膜起到保護(hù)作用。當(dāng)濾芯表面截留的物質(zhì)達(dá)到一定程度后就會(huì)將微孔堵塞，過(guò)水量降低，保安過(guò)濾器進(jìn)出水壓差增加。

為了保證高壓泵的正常運(yùn)行，設(shè)置當(dāng)保安過(guò)濾器出水壓力小于0.1 MPa時(shí)，高壓泵及反滲透系統(tǒng)自動(dòng)跳車。在實(shí)際運(yùn)行中，規(guī)定保安過(guò)濾器的進(jìn)出口壓差大于0.15 MPa時(shí)，需更換濾芯。頻繁更換濾芯不僅增加了運(yùn)行成本，而且增加了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，所以延長(zhǎng)保安過(guò)濾器濾芯使用壽命是亟待解決的問(wèn)題。

1 保安過(guò)濾器運(yùn)行現(xiàn)狀

2017年年初，運(yùn)行4套反滲透，保安過(guò)濾器運(yùn)行不穩(wěn)定，更換周期在300～700 h，打開(kāi)保安過(guò)濾器，發(fā)現(xiàn)濾芯上附著一層紅褐色的污染物，有黏滑物質(zhì)感，并且有腥味。污染物附著在保安過(guò)濾器的表面將孔眼堵塞，造成壓差上升。將濾芯表層剝離，濾芯內(nèi)部顏色如同的新濾芯，沒(méi)有完全穿透，說(shuō)明濾芯的壽命還可以延長(zhǎng)。表1為保安過(guò)濾器濾芯更換情況。

表1 保安過(guò)濾器濾芯更換情況

2 濾芯污染原因分析

更換的濾芯表面的污染層取樣，放入燒杯觀察，部分污染物可以被酸溶解，部分可以被堿溶解，還有部分酸堿均不容的顆粒物，再加上污染的濾芯表面的感官特征，說(shuō)明主要污染物為：Fe的化合物、微生物、砂石等。

2.1 鐵的化合物

預(yù)處理中，絮凝劑為聚合硫酸鐵，投加過(guò)量會(huì)造成鐵離子對(duì)后續(xù)工藝的影響。2017年1月份來(lái)水與高密出水Fe3+濃度對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 2017年1月份來(lái)水與高密出水Fe3+濃度對(duì)比 mg/L

1月份，高密度沉淀池出水Fe3+濃度高于進(jìn)水Fe3+濃度共有7次。

2017年2月份來(lái)水與高密出水Fe3+濃度對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 2017年2月份來(lái)水與高密出水Fe3+濃度對(duì)比 mg/L

2月份，高密度沉淀池出水Fe3+濃度高于進(jìn)水Fe3+濃度共有12次。

2017年3月份來(lái)水與高密出水Fe3+濃度對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 2017年3月份來(lái)水與高密出水Fe3+濃度對(duì)比 mg/L

3月份，高密度沉淀池出水Fe3+濃度高于進(jìn)水Fe3+濃度共有3次。

2017年前3月，存在高密度沉淀池出水Fe3+濃度高于進(jìn)水Fe3+濃度的情況，說(shuō)明高密度沉淀池中絮凝劑投加過(guò)量。另外，在拆卸保安過(guò)濾器時(shí)發(fā)現(xiàn)，保安過(guò)濾器內(nèi)部固定螺栓腐蝕嚴(yán)重，并且靠近腐蝕螺栓附近的濾芯表面污染更嚴(yán)重。綜上所述，高密度沉淀池絮凝劑投加過(guò)量及保安過(guò)濾器內(nèi)部螺栓腐蝕是濾芯鐵污染的主要原因。

2.2 微生物

來(lái)水中COD、NH3-N含量較高，再加上合適的溫度，為微生物的生長(zhǎng)提供了一定的條件。前端大量微生物的滋生，在保安過(guò)濾器濾芯表面被截留，造成濾芯表面微生物聚集并且迅速滋生，導(dǎo)致保安過(guò)濾器壓差快速上升。

還原劑投加量過(guò)大，會(huì)使反滲透系統(tǒng)中存有大量的硫酸鹽，而硫酸鹽還原菌在無(wú)氧或缺氧的狀態(tài)下，利用硫酸鹽中的氧進(jìn)行氧化反應(yīng)得到能量，從而大量繁殖，形成細(xì)菌群，初步判斷硫酸鹽還原菌具有造成保安過(guò)濾器及反滲透膜生物污堵的可能性[1]。

保安過(guò)濾器固定螺栓不合格，和還原劑量投加較大，給鐵細(xì)菌提供了溫床，大量鐵細(xì)菌在濾芯的下半部分表面生產(chǎn)大量紅褐色的粘稠物質(zhì)。

2.3 無(wú)機(jī)顆粒

超濾產(chǎn)水先進(jìn)入超濾產(chǎn)水池，再經(jīng)過(guò)增壓泵進(jìn)入保安過(guò)濾器。系統(tǒng)已運(yùn)行三年，風(fēng)沙吹過(guò)超濾產(chǎn)水池吸水井時(shí)難免回從人孔進(jìn)入產(chǎn)水，并且沉入池底；另外，產(chǎn)水池進(jìn)水門絲杠預(yù)留孔洞太大，造成縫隙太大，下雨時(shí)，雨水將砂石沖入產(chǎn)水池。進(jìn)入產(chǎn)水池的砂石經(jīng)增壓泵進(jìn)入保安過(guò)濾器，最終被濾芯截留。

3 延長(zhǎng)濾芯使用壽命的措施

經(jīng)過(guò)以上分析，對(duì)加藥系統(tǒng)、殺菌系統(tǒng)、保安過(guò)濾器內(nèi)部零件和產(chǎn)水池進(jìn)行了優(yōu)化或更換。

3.1 絮凝劑投加的優(yōu)化

原絮凝劑在高密度沉淀池投加，投加量為100 mg/L，在保證高密度沉淀池出水濁度小于10 NTU的前提下，將絮凝劑的投加量將至70 mg/L，并且反滲透進(jìn)水DSI小于3。

3.2 ClO2投加的優(yōu)化

原來(lái)ClO2投加點(diǎn)為V型濾池進(jìn)水，雖然抑制了微生物在V型濾池濾料中滋生，但是，V型濾池為敞開(kāi)式，ClO2不可避免的大量揮發(fā)，不僅造成預(yù)處理鋼結(jié)構(gòu)腐蝕，而且，ClO2有效性降低，造成浪費(fèi)。

經(jīng)過(guò)研究，將ClO2的投加點(diǎn)改在了超濾供水泵吸水井，并將加藥管伸入水下，使ClO2充分溶解到水中，減少了藥劑的浪費(fèi)，并且，能保證超濾進(jìn)水余氯在0.5 mg/L以上。

3.3 還原劑的投加

反滲透設(shè)備運(yùn)行中加入適量的還原劑，不僅能除去預(yù)處理過(guò)程殘余的余氯，防止反滲透膜被氧化；還能把系統(tǒng)中的高價(jià)鐵還原成亞鐵。目前，藥劑投加以反滲透進(jìn)水ORP為準(zhǔn)，要求ORP低于300。當(dāng)ORP大于300時(shí)，反滲透有被氧化的可能。反滲透膜的進(jìn)水余氯要求小于0.1 mg/L，即反滲透進(jìn)水余氯小于0.1 mg/L，就不會(huì)造成反滲透膜的氧化。經(jīng)測(cè)定含有0.1 mg/L余氯的反滲透進(jìn)水 ORP值是413，為了膜的運(yùn)行安全，將跳車ORP值設(shè)置為400。 跳車ORP值提高后，還原劑投加量降低。

3.4 非氧化殺菌劑的投加

為了保護(hù)反滲透膜不受微生物的侵害，需定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行殺菌處理。原非氧化殺菌劑連續(xù)投加，加藥濃度為5 mg/L，配藥濃度為2%（即一罐水2桶藥）一套機(jī)架頻率為8 Hz，二套頻率為16 Hz，三套頻率為24 Hz，四套頻率為32 Hz。投加后，濾芯表面有明顯的粘稠感，說(shuō)明殺菌效果不明顯。

將投加方式改為，每6 h投加一次，每次投加30 min，投加濃度為10 mg/L。更換濾芯時(shí)，發(fā)現(xiàn)濾芯表面粘稠物質(zhì)明顯減少，但是還存在。

最后將投加方式改為，內(nèi)每5 h投加一次，每次投加40 min，投加濃度為10 mg/L。更換濾芯時(shí)，濾芯表面已沒(méi)有粘稠物質(zhì)，說(shuō)明殺菌效果良好。

3.5 保安過(guò)濾器內(nèi)部改造

對(duì)1#和4#保安過(guò)濾器進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)4#保安過(guò)濾器中有固定螺栓生銹，并且靠近螺栓的濾芯表面紅褐色明顯，這可能是影響濾芯使用壽命的原因之一，于是對(duì)所有保安過(guò)濾器固定螺栓更換為不銹鋼螺栓。

3.6 超濾產(chǎn)水池清淤

從化驗(yàn)水質(zhì)報(bào)表上看，超濾產(chǎn)水池的濁度明顯高于每套超濾的產(chǎn)水濁度，見(jiàn)表5，說(shuō)明超濾產(chǎn)水池底部有多年沉積的污泥。

表5 超濾及超濾產(chǎn)水池濁度 NTU

7月份開(kāi)始,對(duì)超濾產(chǎn)水池進(jìn)行了逐個(gè)清淤，清淤后每個(gè)池池底用拖布擦干凈，確定池內(nèi)沒(méi)有泥沙后恢復(fù)運(yùn)行。

從表5中看出，清淤前后各套超濾產(chǎn)水濁度沒(méi)有變化，而超濾產(chǎn)水池的出水濁度明顯降低。8月份更換濾芯時(shí)，濾芯表面無(wú)機(jī)顆粒明顯減少。

4 取得的效果

經(jīng)過(guò)以上的措施，8#保安過(guò)濾器的濾芯運(yùn)行時(shí)間達(dá)標(biāo)1100 h(見(jiàn)表6)，但是在更換濾芯時(shí)發(fā)現(xiàn)，濾芯已經(jīng)完全被穿透，最內(nèi)層濾芯已經(jīng)被污染，說(shuō)明保安過(guò)濾器濾芯已經(jīng)失效。 為了保證反滲透膜的安全運(yùn)行，及考慮人員的分配，保安過(guò)濾器運(yùn)行時(shí)間達(dá)到800 h即可安排更換，運(yùn)行時(shí)間不應(yīng)超過(guò)900 h。保安過(guò)濾器濾芯由平均運(yùn)行時(shí)間650 h延長(zhǎng)至850 h，使用運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)200 h，按運(yùn)行5套反滲透計(jì)算，每年節(jié)約費(fèi)用15.36萬(wàn)元。

表6 保安過(guò)濾器濾芯更換統(tǒng)計(jì)表