您好,欢迎访问济南乾来环保技术有限公司的网站,真诚为您服务!

济南乾来环保技术有限公司

破乳剂 除油剂 脱色剂 COD去除剂 重金属捕集剂 膜防污堵剂 混凝剂 絮凝剂

咨询服务电话:

13793114545

新闻资讯
反渗透膜在中水回用中的污染分析及运行管理
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2020-10-28 15:34:50 浏览次数:
作者:段小冰(北京首钢股份有限公司能源部,河北迁安064404)


  【摘要】反渗透膜的性能衰减与其污染程度密不可分,究其污染原因有很多,与其进水水质、反渗透预处理工艺以及预处理效果密切相关。结合某钢铁公司中水回用深度处理工程中反渗透膜系统的运行现状,分析了反渗透膜常见的污染原因,并从运行指标监控、日常运行数据管理、膜的清洗及停机保护等方面,总结了反渗透膜系统的运行管理经验。

  【关键词】中水回用;污染;反渗透;运行管理

  前言

  随着工业的发展,用水量不断增加,水资源日益稀缺,水资源短缺影响着生产的发展。同时,水污染日益威胁着人们的健康,破坏着生态平衡。为了解决这些问题,世界各国根据本国国情,加大对污水的治理和中水回用。在这种情况下,反渗透技术凭借自身的优势得到了迅速发展,成为了控制水污染、解决水资源短缺的有效途径之一。

  反渗透膜是一种由特殊材料和加工方法制成的半透膜。它可以在外力作用下选择性地渗透水溶液的某些组分,达到除盐净化的目的。然而,由于长期的工作条件,反渗透膜容易受到各种污染问题的影响,导致膜通量在短时间内迅速下降,甚至使膜系统无法继续进行,特别是在中水回用中,膜污染更为严重,从而影响到膜的性能。因此,在反渗透膜系统运行中,加强日常管理,严格控制各种运行参数,分析运行过程中的污染问题,采取有效的应对措施,是实现反渗透膜系统长周期稳定运行,延长反渗透膜元件的使用寿命,降低运行成本的关键。

  1工艺流程

  该中水深度处理系统采用的是以“多介质过滤器+超滤系统+反渗透系统”为核心的处理工艺,工艺流程如图1所示。

  2中水水质分析

  该项目的原水为某钢铁公司的工业污水,主要来自铁、钢、轧系统的各类循环水系统的排污水。水量、水质波动大,水量和水质随生产周期和季节而变化。废水经高密度沉淀池和V型滤池处理后,生产成中水。经处理后,中水悬浮物得到有效去除,COD、油、碱度、硬度等污染物也有所降低,但中水含盐量基本不变。

  以下是经常规污水处理工艺处理后的中水水质。

  pH:7~8.5;

  SS:2.3~5mg/L;

  电导率:1021~2956uS/cm;

  总硬度(以CaCO3计):421~489mg/L;

  COD:5.6~35.4mg/L;

  溶解性总固体:826~901mg/L;

  油:1.03~2.09mg/L;

  铁:0.056~0.34mg/L;

  SO4

  2-:144.09~298mg/L;

  温度:20~35℃。

  3反渗透膜污染种类及形成特征

  一般来说,反渗透膜在运行过程中容易被水中的胶体、悬浮物、化学结垢、微生物和有机物污染而堵塞,导致反渗透膜性能下降,产水量下降,影响正常生产运行。

  3.1胶体、悬浮物污染

  水中胶体和悬浮物是指水在过滤时,被截留在过滤元件表面的物质,其主要成分为粒子。胶体和悬浮物之间没有明显的界限。由于小颗粒胶体和悬浮物的比表面积大,不能通过自然沉降完全去除,但它们由于吸附大量离子而带电,通常通过投加混凝剂和助凝剂来去除它们。在反渗透系统中,如果胶体和悬浮物含量高,会导致系统严重堵塞,影响系统产水量。

  3.2化学结垢污染

  在反渗透膜运行过程中,盐分浓度是造成反渗透膜结垢的主要原因之一。也就是说,浓水中的离子浓度积超过了其溶度积,且没有采取任何防垢措施,形成了CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaCO3、SiO2等化学结垢物。一旦这种结垢物形成后就很难去除,因此,应根据水质情况在反渗透系统的进水投加一定量的阻垢剂,防止化学结垢物的形成。

  3.3微生物和有机物污染

  在反渗透膜运行过程中,微生物和有机物也是造成反渗透膜污堵的主要原因之一。微生物和有机物污染一般都是同时存在的,相互依存,特别是在中水回用的反渗透系统中,由于水体受到污染,经处理后,仍有大量微生物和可溶性的有机物存在。中水适宜的温度和充分的有机物为微生物提供了有利的生长环境,这些微生物和有机物进入膜处理系统后,微生物会在水池、管道、膜元件等各道工序大量繁殖生长,形成生物黏泥,造成膜的生物污染[1]。同时,这些微生物在生长过程中,新陈代谢,其代谢产物附着到膜元件表面,造成膜元件的污染,严重影响其性能,导致膜性能很快劣化[2],系统产水量逐渐下降,跨膜压差逐渐增大。在水体中,一部分有机物作为养料被微生物消耗;另一部分有机物,低分子的能够透过膜元件,对膜的性能没有影响,而那些无法透过膜元件的有机物,被截留在膜表面,对膜元件造成污染。微生物和有机物污染产生的细菌黏泥及凝胶体,附着力大、黏性强,一旦发生就很难清洗。

  4反渗透膜污染原因分析

  在该中水深度处理项目中,由于水源复杂多变,造成反渗透膜污染也必然存在多方面因素和各种原因。因此,为了保证反渗透系统长周期、安全、稳定运行,在反渗透膜运行过程中,应综合分析反渗透膜的污染情况,准确判断反渗透膜污染的类型,针对反渗透膜污染的具体原因,采取具有针对性的处理方法,以便及时有效的恢复反渗透膜的各项性能。

  针对该系统反渗透膜污堵严重、跨膜压差高的原因,我们抽取了某套反渗透系统一段第一支膜元件进行检测分析。首先,对膜元件样品进行标准性能测试和真空保持测试。膜元件标准性能测试结果表明,脱盐率和产水量均满足膜元件规格要求,但压差较大。膜元件的真空保持测试结果符合出厂要求(120s以上),表明膜元件未受到明显的物理性损伤。

  为了寻找膜元件压差高的真正原因,我们对膜元件进行了解体检查。解体后,观察到浓水侧膜面及原水格网上可以看到有茶色污染物附着。为了进一步确认茶色污染物的成份,取该膜片样品进行FT-IR分析,检出来自细菌的吸收,确认茶色污染物主要以微生物为主,正是由于这些微生物污染物堵塞进水流道,因而造成了膜元件的压差升高。

  5运行管理

  为了保证反渗透系统的长期安全稳定运行,除了合理选择膜元件和合理设计系统工艺外,良好的运行管理也是一个非常重要的因素。认真、细致、严格的运行管理,可延长反渗透膜元件的使用寿命。相反,反渗透系统很难达到设计目标。因此,在长期的运行管理中,应注意以下几个问题。

  5.1反渗透系统运行指标及参数的管控

  在反渗透系统中,SDI值是衡量进水水质、反映反渗透预处理系统运行情况的一项重要指标,因此,每天对反渗透系统的进水进行SDI监测是非常重要的。一般来说,反渗透膜系统的进水要求SDI小于5。如果测定指标大于5,说明预处理不正常,应对预处理系统进行检查和故障排除,必要时可进行化学清洗以恢复其状态。

  为了防止或减少微生物污染对反渗透系统造成污堵,在反渗透处理项目的预处理工艺中投加次氯酸钠进行杀菌。然而,次氯酸钠是一种氧化性杀菌剂,反渗透进水中余氯含量过高会氧化反渗透膜元件,破坏其性能。因此,为了控制反渗透进水中的余氯浓度,在实际运行管理中,一般将反渗透保安过滤器前余氯值控制在0.1mg/L左右。虽然在反渗透的预处理工艺中采取了杀菌措施,但并不能完全消除水体中的微生物,一部分微生物依然随着进水进入反渗透系统,并不断滋生,为了抑制膜元件中微生物的滋生,在日常运行管理中,采用非氧化性杀菌剂对反渗透系统进行冲击性投加,控制反渗透系统中微生物的繁殖速度,减少微生物对反渗透系统的污染。同时,根据日常运行经验,定期对反渗透系统通入空气也会减少微生物的滋生,延长反渗透系统的运行周期。

  在反渗透系统的设计中,根据中试结果,确定了膜通量、产水量以及回收率。在运行管理中,我们要求岗位严格遵守恒流调压的运行模式,根据运行参数的变化及时调整反渗透高压泵的频率,确保每套反渗透系统的产水量和回收率达到设计值。这样,随着反渗透系统运行时间的延长,通过进水压力和跨膜压差可以观察到反渗透系统的污堵情况。

  膜污染是膜使用过程中不可避免的现象,随着反渗透膜运行时间的延长,水中的杂质及微生物和有机物仍会积聚在膜表面,造成污染。为了保证反渗透系统的正常产水量和回收率,需要不断的提高反渗透进水压力。对于新的膜元件,给水流道通畅,膜的阻力小,渗透性好。因此,反渗透系统初期运行阶段,反渗透系统的进水压力一般控制在1.0MPa左右,此时应对反渗透系统进行化学清洗。在反渗透运行后期,随着膜元件不可逆的污堵可逐步提高化学清洗的控制压力。

  5.2反渗透系统运行数据的管理

  为了最大限度地提高反渗透膜的性能,保持长期稳定运行,关键是要保持适当的运行条件,及时记录日常运行数据,对记录的数据进行整理分析,及时发现异常数据,判断出膜性能的变化趋势,及时调整运行参数或采取相应的措施防止反渗透系统的恶化。当然,每天记录的运行数据包括:进水pH值、进水温度、进水电导率、进水压力、段间压力、ORP值、产水量、浓水量、产水电导率,进行检测的数据有进水余氯、进水SDI值。

  5.3反渗透系统的清洗

  反渗透系统运行时,即使水质符合要求,日常管理严格,反渗透膜也会随着运行时间的推移而逐渐污染。随着污染物的积累,运行压力和跨膜压差逐渐升高,产水量逐渐降低,膜性能逐级衰减。此时,我们需要通过清洗来恢复膜组件的性能。反渗透膜一般有两种清洗方式:物理清洗和化学清洗。物理清洗不会改变污染物的性质,通过低压、大流量的水对膜元件进行持续冲洗,将附着在膜表面的污染物或沉积物冲洗掉,恢复其性能。当反渗透膜污堵严重时,物理清洗不能完全恢复其性能,需要通过化学清洗来恢复其性能。一般情况下,当反渗透系统达到以下任一条件时,需进行化学清洗:水质下降10%~15%;进水与浓水压差达到初始值的1.5倍;标准化条件下产水量减少10%~15%[3]。

  5.4反渗透系统的停机保护

  反渗透系统运行过程中,进水浓水流道中存在浓差极化现象,流道中无机物和有机物浓度较高。当设备停机时,无机物因为沉淀会在流道中发生结垢现象,高浓度的有机物会促进微生物的大量繁殖滋生[4]。因此,反渗透系统停机时应冲洗5~15min,并做好反渗透系统的停机保护,使其在重新投入运行时能正常运行。反渗透系统停机包括短期停机和长期停机:短期停机是指5~30天的停机。短期停机时,我们采用反渗透的产水将系统内高浓度的进水和浓水置换干净,并将系统内的气体全部排净,将压力容器和管道注满反渗透产水,关闭相关阀门,每五天进行一次冲洗操作。长期停机是指系统停机超过30天。长期停机时,同样,将反渗透系统气体排净,冲洗干净,然后用1%的亚硫酸氢钠溶液将反渗透系统充满,关闭相关阀门,保存在膜系统中,每30天进行一次杀菌剂更换。

  6结论

  综上所述,为了保证反渗透系统的安全、稳定、长周期运行,必须弄清反渗透系统的污染源,根据其原水水质特点强化预处理系统的管理,尽可能降低反渗透系统进水污染物,最大限度地降低对膜元件的污染,减缓反渗透系统的污堵趋势。

  同时,为了最大限度地发挥膜元件的性能,并保持长期稳定运行,关键还在于日常的运行管理,做好日常运行数据的记录,并及时整理分析数据,及时发现反渗透系统运行的异常情况,根据不同情况采取应对措施,防止反渗透系统在短时间出现膜元件性能快速衰减或出现不可逆的损伤,延长反渗透膜的使用寿命。