中水回用對反滲透運行的影響分析

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)處于永夏礦區(qū)，所在地的地下水資源由于煤礦的開采而顯得相對匱乏，煤礦開采所產(chǎn)生的約50 000m3/d礦井廢水全被回收利用，但龍宇煤化工用水在60 000m3/d以上，如何解決水源成為制約工廠運行的關鍵問題。為節(jié)約生產(chǎn)工藝用水，同時減少廢水排放量，龍宇煤化工對所屬的污水廠外排廢水進行了深度處理并應用于化工生產(chǎn)用水，不僅緩解了工廠用水緊張的問題，同時也避免了廢水外排對環(huán)境造成的影響，但反滲透系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運行后，出現(xiàn)了一段膜壓差明顯上漲的現(xiàn)象。

1 工藝流程

污水處理流程見圖1，礦井涌水和城市污水處理廠滿足Ⅰ級B排放標準的中水作為原水，經(jīng)收集后進入調(diào)節(jié)池，再經(jīng)調(diào)節(jié)水量及初步沉淀后，由提升泵提升至高密度沉淀池，通過投加高效絮凝劑和熟石灰，可降低水中懸浮物和暫時硬度，防止后續(xù)反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢，高密度沉淀池出水進入V型濾池，V型濾池產(chǎn)水提升至PCF過濾器，通過兩道過濾，進一步去除有機物和懸浮物，確保預處理出水懸浮物達到后系統(tǒng)進水要求。超濾作為反滲透的預處理，進一步去除懸浮物、膠體、大分子有機物等，保護反滲透系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。超濾出水提升至保安過濾器，經(jīng)高壓泵加壓后進入反滲透系統(tǒng)。反滲透裝置在高壓的條件下，通過膜去除大部分溶解性固體、離子、有機物等，使出水滿足用戶要求。

圖1 污水處理流程

2 膜裝置概況

反滲透又稱逆滲透，以壓力差為推動力，加壓的原水進入濾筒，流經(jīng)第一個復合卷式膜單元的通道，一部分原水透過膜并經(jīng)通道進入單元中部的產(chǎn)品水集水管中，然后進水遇到濾筒的下一根濾膜，重復上述過程，每個單元的產(chǎn)品水從濾筒共用管中流出，原水經(jīng)過每個膜單元后變得更濃，從濾筒中作為廢水排出。

此裝置包括4套獨立的反滲透系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和相關的加藥系統(tǒng)等。每套產(chǎn)水量為200m3/h，膜運行通量為20LMH，回收率為70%，清洗間隔約180～360 d。系統(tǒng)正常運行時，每列反滲透裝置、保安過濾器、高壓泵一對一設置。每套反滲透裝置采用寬通道、BW30-365FR抗污染型203.2mm，膜元件315根，分別安裝在45根7m長玻璃鋼容器內(nèi)，呈30∶15排列。

3 反滲透系統(tǒng)運行狀況

反滲透系統(tǒng)自2012年投運以來，現(xiàn)場基本運行穩(wěn)定，僅需每年進行維護性清洗。2017年初，反滲透系統(tǒng)一段壓差出現(xiàn)上漲情況，為確保反滲透系統(tǒng)長周期、穩(wěn)定運行，對可能影響到反滲透壓差上漲的因素進行了全面排查。

3.1 反滲透裝置壓差變化趨勢

針對近期反滲透裝置運行情況，收集整理了4套反滲透裝置自2017年初清洗前后到4月底清洗前后系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)。4套反滲透裝置的壓差變化趨勢見圖2。

圖2 4套反滲透裝置的壓差變化趨勢

壓差變化趨勢分析如下：①在2月初，1號裝置一段壓差略有增加，之后基本穩(wěn)定；②在2月初，3號裝置一段壓差出現(xiàn)增加趨勢，呈現(xiàn)持續(xù)上漲的態(tài)勢，經(jīng)過化學清洗后，一段壓差未恢復之前狀態(tài)；③在此運行周期內(nèi)，2號、4號裝置一段壓差未出現(xiàn)明顯變化；④4套裝置二段壓差穩(wěn)定。

3.2 反滲透裝置運行周期內(nèi)處理情況

4套反滲透裝置處理情況見表1。

表1 4套反滲透裝置處理情況

通過分析反滲透裝置的數(shù)據(jù)，可知3號裝置運行時間與產(chǎn)水量稍高一些。

3.3 運行周期內(nèi)來水水質(zhì)波動情況

運行周期內(nèi)來水水質(zhì)波動情況見表2。

表2 4套反滲透裝置處理情況

通過分析水質(zhì)波動情況可知：①從礦來水到高密出水期間，濁度、硬度等波動都比較大；②經(jīng)過前處理后，PCF、超濾出水濁度比較穩(wěn)定；③在此4個月內(nèi)，各工藝段出水情況沒有明顯異常；④預脫鹽出水電導波動比較大。

3.4 PAM每月投加量核算

PAM每月投加量核算見表3。

表3 PAM每月投加量核算

3.5 反滲透3號裝置膜元件檢查情況

5月7日，將3號反滲透裝置一段壓力容器進水端、二段壓力容器濃水端分別拆開，并抽取一段進水端第一支膜元件進行檢查，情況如下：①一段進水側(cè)端板內(nèi)壁：表面存在生物薄膜，刮取得污染樣品(見圖3(a))；②二段最后一只濃水側(cè)：端面潔凈，無污染(見圖3(b))。

圖3 反滲透3號裝置膜元件檢查情況

膜元件檢查情況總結(jié)：①進水端板內(nèi)側(cè)存在生物黏膜；②第一只膜元件進水端除一些雜質(zhì)外，未發(fā)現(xiàn)明顯生物、有機類污染，這與剛剛清洗有一定關系；③第一只膜元件濃水側(cè)，在濃水格網(wǎng)處，發(fā)現(xiàn)較多疑似微生物的有機污染物，并且出現(xiàn)腥臭味；④取出第一只膜元件后，在壓力容器內(nèi)可以聞到明顯腥臭味。

通過對比第一只膜元件進水端與濃水端污染情況可以看出，濃水端污染物為膜內(nèi)累積的污染物，通過化學清洗出現(xiàn)一定程度疏松，被帶出膜元件，但是由于膜內(nèi)污染物沉積時間長，且歷次清洗配方比較單一，污染物不易清洗出系統(tǒng)，導致一段濃水通道發(fā)生堵塞，一段壓差增高，而且清洗后壓差無明顯恢復。

根據(jù)壓力容器內(nèi)腥臭味情況，判斷反滲透膜存在有機物及微生物污染，采用連續(xù)沖擊性投加非氧化殺菌劑，反滲透系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定，一段壓差維持在0.2MPa左右。

4 結(jié)語

綜上所述，反滲透進水、預處理效果以及藥劑的使用無明顯不足，引起反滲透裝置一段壓差增加的主要原因如下。

(1)歷次采用鹽酸、氫氧化鈉進行清洗，膜內(nèi)污染物無法保證較徹底清除，通過歷次累積，導致目前系統(tǒng)壓差增加。

(2)常規(guī)化學清洗不能徹底清除膜表面有機物，需配合采用非氧化殺菌劑，大流量對反滲透系統(tǒng)進行沖洗、浸泡。