某電廠廢水處理回收工程采用循環(huán)水排污水與生活區(qū)污水經(jīng)過機(jī)械加速澄清池和無閥濾池預(yù)處理,再經(jīng)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。
1 運(yùn)行現(xiàn)狀
水處理系統(tǒng)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(jí)兩段式,單套裝置產(chǎn)水量為120 t/h,回收率50%~60%,脫鹽率98%以上,運(yùn)行總壓差正常值為0.42 MPa以下,極限為0.60 MPa。
該廢水預(yù)處理系統(tǒng)自2012年9月15日正式投產(chǎn)以來已運(yùn)行9個(gè)月。反滲透裝置在2012年9月~2013年6月運(yùn)行期間脫鹽率等各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到設(shè)計(jì)值。但隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),反滲透一、二段壓差逐漸呈升高勢(shì)態(tài)。以4#反滲透裝置為例,反滲透總壓差由運(yùn)行初期的0.10 MPa升高到0.51 MPa,反滲透膜的一段壓差達(dá)到0.33 MPa,反滲透膜的二段壓差達(dá)到0.18 MPa。反滲透運(yùn)行壓差接近極限值,同時(shí)反滲透產(chǎn)水量大幅度降低,這些問題嚴(yán)重影響了反滲透裝置的安全有效運(yùn)行。
2 反滲透膜污堵原因分析
停運(yùn)4#反滲透裝置進(jìn)行拆解檢查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)一段反滲透膜表面有明顯的微生物生長(zhǎng)跡象及黏滑狀物質(zhì)附著,二段膜殼端面上有明顯的白色物質(zhì)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(cè)得灼燒減量為91.8%。由此可以判斷出垢樣主要為有機(jī)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 8g樣品,加入10 mL(1+9)鹽酸,溶解時(shí)有大量氣泡產(chǎn)生,溶解后將溶液定容至100 mL,測(cè)得鈣(以碳酸鈣計(jì))為38.8%,鎂(以碳酸鎂計(jì))為60.0%,由此可以判斷垢樣主要為鈣、鎂的碳酸鹽垢。
經(jīng)過以上分析可以得知,反滲透污堵的主要原因?yàn)榉礉B透膜的微生物污染和化學(xué)結(jié)垢。導(dǎo)致反滲透膜發(fā)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。經(jīng)檢查確認(rèn),隨著氣溫和水溫升高,該廠反滲透裝置前預(yù)處理系統(tǒng)殺菌劑投加劑量不足,從而導(dǎo)致廢水中微生物大量生長(zhǎng),進(jìn)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(dǎo)致反滲透段膜元件發(fā)生化學(xué)結(jié)垢的現(xiàn)象有兩方面的原因：一是反滲透系統(tǒng)回收率過高,使得濃水中的溶解鹽沉淀而結(jié)垢；二是阻垢劑加藥量不足或選型不合適,造成結(jié)垢。當(dāng)阻垢劑添加系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),或是加酸pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)出故障而引起給水pH增高時(shí),碳酸鈣垢有可能沉積出來。
3 清洗對(duì)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(jìn)水中鈣、鎂等金屬離子的含量高,鈣、鎂沉淀造成系統(tǒng)脫鹽率明顯下降,進(jìn)出口壓差出現(xiàn)中等程度的增加,進(jìn)出口壓差迅速增加,產(chǎn)水量短期內(nèi)逐漸減小,導(dǎo)致RO膜濃水側(cè)的非有機(jī)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(jī)物、鐵和硅酸鹽)污染造成脫鹽率略有降低、進(jìn)出口壓差迅速增加、產(chǎn)水量略有下降,并且當(dāng)條件有利于生物生存時(shí),RO膜組件中產(chǎn)生的細(xì)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(zhì)量濃度300~400 mg/L)。反滲透系統(tǒng)在高微生物活動(dòng)進(jìn)水的條件下運(yùn)行時(shí),在接觸各種微生物之后的3～5天就會(huì)出生物膜。因此,在生物活動(dòng)旺盛期(夏季),最常規(guī)的消毒頻率為每3～5天一次,在生物活動(dòng)非旺盛期(冬季),大約每7天一次,最佳的消毒頻率應(yīng)根據(jù)每個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際情況而定,有3種消毒方法可供選擇：短暫加藥、連續(xù)加藥和循環(huán)清洗。
3.2 清洗工藝流程
反滲透系統(tǒng)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(yùn)行。反滲透清洗系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。
3.3 清洗注意事項(xiàng)
(1)每次化學(xué)清洗前確認(rèn)所有管道連接牢固、正確,以免化學(xué)藥品噴濺對(duì)設(shè)備及人員造成傷害。
(2)每次清洗藥劑配制前必須進(jìn)行清水試壓,以免化學(xué)品噴濺或進(jìn)入下一級(jí)工藝流程。
(3)化學(xué)清洗包括低流量循環(huán)(沖洗)—浸泡—大流量循環(huán)三個(gè)過程,缺少其中任何一個(gè)過程均達(dá)不到反滲透膜的最佳清洗效果。
(4)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行化學(xué)清洗,重點(diǎn)對(duì)反滲透一段進(jìn)行低流量循環(huán)(壓力0.25~0.3 MPa)和高流量循環(huán)(壓力0.3~0.35 MPa),循環(huán)后進(jìn)行浸泡過夜、高流量循環(huán)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)清洗藥液變顏色或有臭味時(shí)需要更換藥液。
(5)化學(xué)清洗時(shí),確保反滲透濃水出口略有壓力0.05 MPa。
(6)每次化學(xué)清洗完畢必須用反滲透產(chǎn)水將反滲透膜沖洗干凈,以免化學(xué)品進(jìn)入下一級(jí)工藝裝置,而造成不可恢復(fù)的損壞。