双膜法中水厂反渗透系统运行分析

双膜法中水厂反渗透系统运行分析

张鸣君

高通（天津）环保有限公司，天津市  300300

摘要：反渗透工艺是最常用的脱盐技术。随着国家对于水资源回用的进一步重视，反渗透应用场景及规模将进一步扩大。工程实践中，各水厂反渗透膜性能及寿命存在较大差异，虽然水质、预处理流程、膜材质等影响较大，但也与运行方法密切相关。尤其以中水源为原水的双膜工艺，运行更为复杂，受进水水质及水质变化影响更大，更需要提出优化措施予以应对，确保膜性能的维持。

关键词：双膜法；水厂；反渗透；系统运行

1反渗透水处理概述

我国作为一个缺水严重的国家，提高水资源利用率、减少水污染刻不容缓。而反渗透水处理技术因能耗低、操作方便等优点被广泛应用于工业废水、生活污水等污水处理中。但由于反渗透膜自身的性能特点，目前反渗透技术水回收率在70%～75%，每次水处理会产生大量的浓水。相关研究表明，反渗透浓水中包含了45种对人体和环境有害的污染物。早期由于反渗透水处理装置使用规模较小，产生的浓水量较少，所以产生的浓水大多数是经污水处理装置直接排放进入生活污水池，然后外运至污水处理厂进行处理。直接排放不仅浪费了大量的水资源，同时增大了污水处理装置的运行负荷和运输成本。现在，随着反渗透水处理装置的大规模使用，产生的浓水量骤增，浓水处理的相关问题亟须解决。为了提高水资源的利用率，降低运行成本，需要对反渗透浓水的回收利用进行深入探索研究。因此，本文通过探索浓水的回收利用，以期为相关人员提供一定的借鉴[1]。

在反渗透装置中，主要依靠半透膜的选择透过性进行水处理，即半透膜只能让溶剂通过，而溶质不能通过。当相同体积的稀溶液和浓溶液分别处于半透膜两侧时，稀溶液中的溶剂水会渗透到浓溶液中，导致浓溶液中水位升高，形成的压差称为渗透压。而渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度等固有性质，与半透膜的性质无关。反渗透原理是通过在浓溶液一侧施加一个高于渗透压的压力，从而使溶剂水由浓溶液流动到稀溶液一侧，实现水处理[2]。

2反渗透设备介绍

反渗透膜作为水厂的核心设备，其运行稳定性直接关系到产品水质量和产品水的流量。因此在工艺设计中，应用多设备系统，在其中一套进行化学清洗时，另外一套可随时启动生产。反渗透膜是一种选择性透过膜，在反向压力的作用下，水分子可以通过膜表面进入产水侧，而水中溶解性的盐、有机物以及胶体被截留在浓水侧，从而实现地表水的脱盐，满足化工生产企业的用水水质要求。

3膜更换探讨

膜更换的考量点主要有三个方面：产水量和DR、运行电耗、膜更换费用。当产水量和DR不能满足供水要求时，只能换膜；如果项目此时这两个指标仍能满足用户要求，就要进一步地分析延长寿命导致运行费用增加和换膜费用的比较，寻求最优经济平衡点。能耗主要体现在SMF和进水压力方面。以某项目为例，其DR需维持在96.4%以上。经过4年运行，98%保证率时，系统DR从初始的98.4%降至97.4%，4年平均每年降幅为0.25%，系统DR降至96.4%以下前，将至少可累计运行7年；系统RR为63.0%，与运行第一年水平相当，显示产水量方面较为稳定；MF角度也显示膜产水能力能够满足要求；进水压力稳定在1.19MPa，PR约为1.20，一段压差与初始值相比仅增大62.5%，但也低于第一年水平[3]。

4工程概述

某中水源双膜工艺设计产水量为2万m3/d，以污水厂出水为原水，工艺流程为高密度沉淀池→超滤→反渗透，脱盐水用于供给周边工业企业。2018年夏季出现了DR大幅降低的情况，检查了压力容器进水端盖及密封圈机械损坏等情况，排除密封不严的可能性。进一步检测各压力容器DR，并进行探针测试，测定压力容器内各支膜的DR。一段压力容器DR正常，可以排除化学清洗造成不可逆膜损伤或进水水质问题；二段压力容器DR显著下降，且越靠近浓度水端的膜，DR下降越显著，怀疑是浓水端背压导致。系统自控程序中，有一段为“开高压泵→高压泵达到运行设定值→关浓水排放阀→关不合格产水排放阀”。此步序能保证系统刚运行时，进水压力不足、电导率较高的产水排放，不影响产品水池内的水质[4]。但在不合格产水阀门关闭瞬间，反渗透产水分两路，即一段进水端产水侧和二段浓水端产水侧，且压力前者高后者低，出现轻微“水锤”现象。长时间运行，导致浓水端末端膜产生背压现象[5]，DR显著降低。将自控第二段程序优化为“关浓水排放阀→关不合格产水排放阀→开高压泵→高压泵达到运行设定值”，防止背压。程序调整后，DR逐步恢复，但仍受到了不可逆损伤，较之前有所降低，不符合要求时仅能进行膜更换[6]。

反渗透主要能耗是给水泵和高压泵，给水泵为定频，相对固定。高压泵频率逐年变化，例如2017年-2020年，高压泵频率分别为37、39、41、42Hz，若能够运行8年，预测高压泵频率将达到48Hz，此时电费增幅年费用(相比于第一年)近178万元。若更换膜预计822万元，按4年分摊，年费用约为206万元，且更换后膜电费亦会逐年升高。若从经济角度考虑，则应尽可能延长膜寿命，延缓换膜时间，获得最大的经济效果

[8]。

5膜系统污堵解决措施

（1）提高超滤出水余氯、ORP值工艺控制指标。增大非氧化性杀菌剂加药泵出力，提高超滤出水余氯质量浓度为0.3mg／L左右，改善系统杀菌效果；同时降低还原剂加药量，将反渗透膜进水ORP控制值由160-180mV调整至220-240mV，适当提高进水氧化性既可保证反渗透膜安全运行，又可抑制微生物的滋生。（2）加强在线仪表清洗、校正频次。加强仪表显示数据与实验室测试数据对比工作频次，误差较大时及时清洗仪表并校正，确保余氯计、ORP仪等在线仪表可准确反映水质实际情况，科学指导系统加药。（4）保障超滤、保安过滤器等单元过滤性能。膜元件端面存在部分颗粒杂质可能因超滤过滤效果不彻底，或各药剂加药箱内异物未被保安过滤器完全拦截而带入膜系统。日常运行中需监测超滤、保安过滤器单元出水水质，出现异常时采取反洗、化学清洗或更换滤芯等措施恢复其过滤性能；加药箱内发现异物时也应及时清除，避免进入后端系统。（5）定期开展管道、水罐等铁锈清理工作。膜污染物及膜系统进水中检测出的铁元素除化工废水来水自身带入外，也可能为系统管道、水箱等设备发生锈蚀引入。因此，应重视系统所有过流部分的腐蚀问题，定期组织清洗。

6浓水综合利用过程中需注意的问题

反渗透浓水在回收利用过程中，需根据浓水使用用途，严格按照相应标准规范进行对照，控制浓水回用工序的工艺指标，保证浓水满足工艺指标的要求。根据浓水水质指标计算朗格利尔指数（LSI）和雷兹纳稳定指数（RSI），判断浓水是否存在结垢或腐蚀倾向，在回用过程中提前做好浓水管道腐蚀、结垢的预防工作。当浓水用于绿化时，可能造成局部土壤钙质化，长期灌溉会导致土壤盐碱化，可通过稀释浓水降低对土壤的危害[9]。

7结语

随着反渗透水处理装置的大规模使用，产生的浓水量骤增，浓水处理的相关问题亟须解决。各单位需结合自身现有用水工艺选择一种或多种反渗透浓水回收方案进行工艺改造。通过对反渗透浓水进行回收利用，不仅在很大程度上可以提高水资源的利用率，而且可以降低污水处理装置的运行负荷和拉运成本，为早日实现零排放奠定基础。

参考文献

[1]尹力，费剑影，施依娜，等.电厂反渗透浓水回用工艺研究[J].电力与能源,2021,42(02):249-251+261.

[2]刘尚铭.反渗透设备技术在工业水处理中的应用[J].石化技术,2020,27(01):46-47.

[3]李瑞峰.反渗透膜夏季严重污堵的原因与对策[J].供水技术,2019,13(05):43-45+52.

[4]张占勋.臭氧电催化氧化工艺处理反渗透高盐浓水的研究及应用[D].北京林业大学,2019.

[5]夏圆圆.脱盐水系统一级反渗透膜延长更换周期方法的实践[J].冶金动力,2018(09):48-50+54.

[6]牛广林.环境保护中全膜法水处理工艺技术的应用[J].化工设计通讯,2018,44(05):204.

[7]李怀明.工业水处理双膜法除盐工艺在锅炉给水中的应用与优化[J].冶金动力,2017(12):47-49.

[8]汤传龙.工业水处理中膜分离技术的应用研究[J].山东工业技术,2017(24):68.