污水回用反渗透系统中膜用阻垢剂的性能研究

Posted 2023-01-14 脱盐

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　　某污水处理厂污水回用系统反渗透设备单元原使用的膜用阻垢剂为进口膜用阻垢剂 FLOCON135 ( 有机磷酸盐类，美国大湖公司 )。在使用过程中出现以下问题：(1 ) 其清洗周期在 15 d 左右，较一般污水系统清洗周期 (30 d 左右 ) 要短，并且在清洗周期内运行产水量衰减明显 ;(2) 在 FLOCON135 推荐的加药量范围内，其加药量越大，反渗透膜系统衰减越快;(3) 运行过程中，反渗透系统的一、二段运行压差增加较快;(4) 由于化学清洗频繁，反渗透系统的脱盐率下降明显。

　　针对上述问题，笔者将自主国产品牌膜用阻垢剂应用于该反渗透系统中，并对自主品牌膜用阻垢剂与进口产品的综合性能( 静态阻垢性能、药剂兼容性、稳定动态运行) 进行比较，试验结果表明该膜用阻垢剂更有利于系统的稳定运行。

　　1 试验部分

　　1.1 试验用水

　　试验用水取自天津市开发区某污水处理厂上游原水，其水质为： Ca2+ 147.64 mg/L，Mg2+ 69.19 mg/L，硬度 6.53 mmol/L，Cl- 874.11 mg/L，pH=6.94，碱度 3.48 mmol/L，电导率 2 640 μS/cm，浊度 1.18 mg/L，铁 1.44 mg/L，总磷 2.31 mg/L，COD 50 mg/L。

　　1.2 静态阻垢试验

　　针对水质情况，选择了适合的膜用阻垢剂 TS- 150( 有机磷酸类)、TS-191 ( 有机无磷类 )、TS-52738 ( 有机高分子类) 及 FLOCON135 进行循环水静态阻垢试验〔1〕。将现场原水加药浓缩 4 倍( 反渗透设备回收率一般为 63%～75%)，在 60 ℃下水浴保温 12 h，加药量为 12 mg/L( 模拟实际系统加药量 3 mg/L)。

　　根据水中 Ca2+浓度的变化，计算其绝对阻垢率和相对阻垢率。计算式见式(1)、式(2)，相关结果如表 1 所示。

　　　　相对阻垢率=

　　由表1可以看出，与系统原先使用的FLOCON135 相比，TS-150、TS-191 、TS-52738 的阻垢性能与之接近，甚至更好，其中以 TS-150 的静态阻垢性能最好。

　　1.3 静态兼容性试验

　　模拟现场加药工艺，在原水中加入 5 mg/L 的聚合氯化铝和 1 mg/L 的亚硫酸氢钠，过滤，向滤液中加入 3 mg/L 的膜用阻垢剂，分别在原水和浓缩 4 倍条件下考察其兼容性能〔2〕，结果见表 2。

　　由表 2 看出，进口膜用阻垢剂 FLOCON135 对现场污水的兼容性较差，会对反渗透系统的进水端、浓水端产生影响〔2〕，该结果与现场运行情况相符合〔3〕。

　　国产膜用阻垢剂TS-150 具有较好的兼容性能，可进一步进行现场调试试用。

　　2 现场应用

　　2.1 现场工艺情况

　　该污水处理厂的污水回用处理工艺流程如图 1 所示。

图 1 工艺流程

　　在一级反渗透系统中，采用两套生产规模相同的反渗透设备 (ROA、ROB) 进行对比试验，ROA 使用原有阻垢剂 FLOCON135，ROB 使用国产阻垢剂 TS-150。设备加药量均为 3 mg/L。

　　试验为期 1 个月，对两套反渗透设备的产水量、脱盐率、进水压力、压差等进行了对比，考察两种膜用阻垢剂的实际使用性能。

　　2.2 产水量变化

　　由于两套设备使用同一原水，水源温度、水质变化等外在干扰因素可相互抵消，因此产水量可以作为评价阻垢剂的重要因素之一。试验期间两套反渗透设备的产水量变化如图 2 所示。从图 2 可以看出，在 30 d 的运行过程中，ROA 产水量由 155 t/h 衰减至 112.4 t/h，衰减量为 42.6 t/h; ROB 产水量由160 t/h 衰减为130.2 t/h，衰减量为 29.8 t/h，说明 TS-150 在稳定产水量方面比 FLOCON135 有较大的优势。而维持较高的产水量意味着吨水生产成本( 用电费用等) 和维护清洗频率较低，清洗成本更低。

图 2 产水量变化

　　2.3 脱盐率变化

　　对 ROA 和ROB 系统的脱盐率进行考察，见表 3。

　　反渗透系统的脱盐率是评价反渗透系统产水水质的重要指标之一。由表 3 可见，ROA、ROB 都保持了较稳定的脱盐率，ROB 的脱盐率还得到一定的提升。说明膜用阻垢剂 TS-150 和 FLOCON135 在稳定反渗透膜脱盐率方面有相当性能，且 TS-150 对反渗透系统的脱盐率有一定改善作用。

　　2.4 进水压力变化

　　考察了 ROA、ROB 的一、二段进水压力变化情况，如图 3、图 4 所示。

　　在相同的进水条件下，一段进水压力的变化可反映反渗透膜对膜用阻垢剂的吸附效应与污染情况。从图 3 可以看出，ROA 的一段进水压力增加了 0.32 MPa; ROB 的一段进水压力只增加了 0.12 MPa。由此可见，反渗透系统对 TS-150 的吸附比FLOCON135 要少，更利于反渗透系统的稳定运行。而图 4 表明，ROB 的二段进水压力较稳定，ROA 运行 20 d 后上升趋势明显，出现吸附污染现象。

图 3 一段进水压力变化

　　在运行过程中，ROB 进水压力受到的干扰较小，说明膜用阻垢剂 TS-150 对反渗透系统的影响较 FLOCON135 小。TS-150 的清洗成本更低。

　　2.5 压差分析

　　ROA 和 ROB 的压差分析如图 5 、图 6 所示。

图 5 一段压差变化

　　由图 5 、图 6 可见，ROA 的一、二段压差明显高于 ROB 单元，说明 TS-150 比 FLOCON135 有更好的阻垢性能。。

　　3 结论

　　(1)静态阻垢试验结果表明 TS-150 的阻垢能力较优。

　　(2)静态兼容性试验结果表明 TS-150 对污水有较强的兼容匹配能力，不会造成反渗透膜元件的二次污染。

　　(3)现场实际应用表明 TS-150 不会对膜元件产生吸附污染。

　　(4)使用 TS-150 的反渗透膜设备保持了较稳定的产水量、较低的段间压差，因此具备更低的吨水生产成本以及清洗成本。