反滲透膜夏季嚴重污堵的原因與對策

李瑞峰

(魯泰紡織股份有限公司，山東 淄博 255100)

反滲透技術被廣泛應用于污、廢水深度處理及再生利用[1]，可以獲得高品質的再生水，為工業生產提供重要的水源，實現良好的環境效益。反滲透運行過程中，膜污染是存在的主要問題[2]。尤其是夏季，反滲透膜容易發生有機物和微生物的嚴重污堵。反滲透膜元件的污染，不僅影響產水的水質和水量，還會造成壓差升高，運行壓力和能耗增加[3]，直接降低反滲透系統運行的經濟性和安全性[4]。產生膜污染的主要原因有濃差極化、化學污染、物理污染、微生物污染等[5]。筆者針對反滲透運行的工程案例，查找反滲透系統夏季嚴重污堵的原因，發現運行過程中可能忽略的控制細節，提出了相關的解決方案，以期通過采取有效措施減輕反滲透膜的污堵程度。

1 反滲透系統概況與存在的問題

1.1 反滲透系統概況

魯泰紡織股份有限公司于2015年建成并運行1套再生水回用系統，再生水產水能力為2×104m3/d，作為其核心的反滲透系統的設計進水和產水水質見表1。該系統共有6套反滲透裝置，單套產水能力為139 m3/h，采用一級兩段式的排列方式，單套反滲透裝置由36支膜組件構成，單支膜組件含6支膜元件，共216支反滲透膜元件。

反滲透系統布置見圖1，每套反滲透裝置(編號為1#～6#)單獨設有保安過濾器和高壓泵，其中1#、2#、3#反滲透裝置共用進水主管路、阻垢劑加藥裝置、還原劑加藥裝置和非氧化性殺菌劑加藥裝置，4#、5#、6#反滲透裝置共用主進水管路、阻垢劑加藥裝置、還原劑加藥裝置和非氧化性殺菌劑加藥裝置。

表1 反滲透系統設計進水和產水水質Tab.1 Design quality of influent water and effluent of the RO system

1.2 夏季運行時存在的問題

夏季時，反滲透系統進水溫度為25～30 ℃。運行過程中，一周內一段壓差由0.1 MPa迅速升高至0.25 MPa，單套反滲透的產水流量降低至120 m3/h。如果不對反滲透系統進行化學清洗，保持反滲透運行，反滲透壓差繼續增加。一周后一段壓差由0.25 MPa逐漸上升到0.35 MPa，單套反滲透產水流量降低至110 m3/h以下，嚴重影響了反滲透系統的正常運行。

6套反滲透系統均不同程度地出現一段壓差上升、產水量降低的現象，需要對反滲透系統依次停機并進行在線化學清洗，清洗耗時長。對其中1套進行清洗時，其余正常運行的反滲透系統的污堵會持續加重，增大了清洗難度，導致在線化學清洗不能徹底消除膜污染的組分，造成清洗不徹底，投運后的一段壓差也在0.2 MPa以上。整個夏季，反滲透系統一直在反復的清洗過程中，不但工作量大，而且反滲透產水率低，運行成本高。

圖1 反滲透系統布置Fig.1 Layout of the RO system

2 原因分析

夏季時，反滲透系統運行時主要表現為一段壓差增加，而二段壓差基本保持不變，可見污堵主要發生在一段的膜元件。將一段的反滲透膜元件從膜殼中拆除，每支膜殼前端的2支膜元件表面有明顯的微生物生長跡象和黏滑狀物質附著，污染組分主要為有機物和微生物。對同一支膜殼的膜元件依次進行稱重，前端第1支和第2支膜元件的濕重分別在(25～29)和(20～25) kg，后4支的膜元件濕重無明顯差異，都在17 kg左右，膜污堵主要發生在一段膜組件的前端的2支膜元件。

對于反滲透系統污堵的原因，依次從還原劑、保安過濾器、反滲透沖洗、反滲透產水池等方面進行分析。

2.1 還原劑投加過量

系統采用超濾進行預處理，超濾前采用次氯酸鈉殺菌，超濾出水中余氯約為1.5 mg/L，需要投加還原劑(焦亞硫酸鈉)將其去除。由于來水水質略有波動，焦亞硫酸鈉按照15 mg/L投加。

經過測算，脫除1.0 mg的余氯只需要1.34 mg焦亞硫酸鈉。為了保證余氯被充分去除，保持焦亞硫酸鈉的投加量為來水余氯的3～5倍即可，過量還原劑會造成反滲透的微生物污堵[6]。還原劑過量會造成反滲透系統處于無氧或缺氧狀態下，硫酸鹽還原菌會利用水中的硫酸鹽進行氧化反應得到能量，進而大量繁殖，形成細菌群，對保安過濾器濾芯、反滲透膜元件造成嚴重污堵[7]。

因此，系統中還原劑的原投加量為余氯量的10倍，存在投加過量的問題。

2.2 反滲透裝置停運引起的微生物孳生

夏季時，由于再生水用戶的用水量降低，反滲透裝置只需運行4～5套即可滿足供水要求。當反滲透裝置停機后，一般用反滲透產水低壓沖洗10 min，將反滲透裝置內部的高鹽水完全置換，并每天低壓沖洗1次。由于反滲透產水中依然含有部分有機物和鹽類，停機時反滲透裝置內部處于缺氧狀態，且反滲透膜表面粘附一部分有機物和微生物，造成微生物大量繁殖。在進行反滲透低壓沖洗時也發現，排出的沖洗水帶有明顯的臭味。

2.3 保安過濾器停運引起的微生物孳生

保安過濾器停機時，內部依然充滿了靜止狀態的反滲透進水，含有阻垢劑、還原劑，內部處于缺氧狀態并有充足的有機物、無機鹽等，同時濾芯的結構更利于微生物的附著和孳生。通過保安過濾器排水閥門排出的水帶有惡臭氣味，在反滲透重新開機時，保安過濾器內部的微生物進入反滲透裝置，阻塞了進水通道，加重了反滲透膜的污堵。

2.4 反滲透產水池微生物孳生

夏季時，反滲透產水在反滲透產水池內的停留時間約為7 h。由于反滲透產水中不含殺菌劑，造成反滲透產水池內部微生物孳生。在對反滲透系統進行低壓沖洗時，帶有微生物的沖洗水進入反滲透裝置內部。

3 采取的措施

3.1 降低還原劑投加量

將焦亞硫酸鈉的投加量由15 mg/L降低為5～7.5 mg/L，從而既保證反滲透進水余氯被完全去除，又節約了藥劑成本。

3.2 對停機的反滲透裝置殺菌并增加沖洗頻次

反滲透裝置停機后，用非氧化性殺菌劑進行循環清洗[6]1次，持續降低其內部的微生物，非氧化性殺菌劑選用2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)。殺菌后，對停機的反滲透裝置每天沖洗2次，每次沖洗持續10 min。

3.3 沖洗停機的保安過濾器

由于3套反滲透裝置共用進水主管路，反滲透裝置停機后，其余反滲透裝置繼續運行，進水主管路中始終有水流動。保安過濾器前的進水管路中有壓力，打開排水閥門，可以對停機的保安過濾器進行沖洗，保持其內部的水呈流動狀態，從而在一定程度上減輕微生物的孳生。每天對停機的保安過濾器沖洗2次，每次各20 min，保證內部的水完全置換2次。

3.4 降低再生水在反滲透產水池內的停留時間

盡量保持反滲透產水池低液位，保證再生水在反滲透產水池內的停留時間小于3 h。

3.5 離線清洗污堵嚴重的反滲透膜元件

離線清洗是將反滲透膜從壓力容器內取出，在專用的離線清洗裝置上進行清洗[8]。離線化學清洗采取“循環-浸泡-循環”相結合的清洗方式，采用堿洗+酸洗的清洗方案，堿清洗液為0.1% NaOH+0.025%十二烷基磺酸鈉[6]，酸清洗液為1.5%檸檬酸。只對一段反滲透膜殼內的前2支膜元件進行離線清洗，對污染程度相近的膜元件可以一同清洗，清洗時需保持清洗液pH值穩定。pH值有變化時，可以適當補充NaOH或檸檬酸。清洗循環時，循環水流量對清洗效果的影響明顯，建議每支膜元件的流量保持在10～12 m3/h。

4 改善效果

采取各項措施后，反滲透系統的污堵程度得到有效減輕，清洗頻次也明顯降低，產水量增加約23%，見表2。

表2 反滲透系統運行對比Tab.2 Comparison of the RO system operation

5 結語

預防反滲透系統的污堵，對于為生產提供合格的再生水至關重要。當一段反滲透膜元件部分出現有機物和微生物污堵時，需要根據生產實際，加強運行維護并認真分析，采取有效防止污堵的措施，降低壓差，提高產水量，保證系統的安全可靠運行。