探究循環(huán)水排污水回用工藝中反滲透系統(tǒng)污堵存在的問題及應(yīng)對策略

＊馬春光

（大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限公司 內(nèi)蒙古 027300）

隨著全球工業(yè)化的快速推進(jìn)，水資源短缺問題日益嚴(yán)重，有效利用和回收利用工業(yè)廢水，減少對環(huán)境的影響，是當(dāng)前面臨的重大挑戰(zhàn)。其中，反滲透技術(shù)作為一種高效的水處理技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于循環(huán)水排污水的回用工藝中。然而，反滲透膜的污染和堵塞問題對于反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率帶來了嚴(yán)重影響。本文旨在深入探究反滲透系統(tǒng)的污染和堵塞問題，并提出有效的應(yīng)對策略，為優(yōu)化循環(huán)水排污水回用工藝提供參考。

1.循環(huán)水排污水回用工藝概述

(1)工藝概述

循環(huán)水排污水回用工藝是一種利用先進(jìn)的物理、化學(xué)和生物處理技術(shù)，將產(chǎn)生的廢水經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗笤俅卫玫墓に嚵鞒?。這種工藝主要通過預(yù)處理、次生處理和高級處理等步驟，去除廢水中的懸浮物、微生物、有機(jī)物、重金屬離子等污染物，使廢水達(dá)到再次利用的標(biāo)準(zhǔn)。

(2)工藝的工作原理

循環(huán)水排污水回用工藝包括三個主要階段：預(yù)處理、次生處理和高級處理。預(yù)處理通常包括沉淀、過濾等步驟，主要去除廢水中的大顆粒懸浮物和一部分渾濁物。次生處理通常包括生物處理和化學(xué)處理等步驟，主要去除廢水中的有機(jī)物和微生物。高級處理通常包括反滲透、納濾、超濾等步驟，進(jìn)一步去除廢水中的溶解物質(zhì)，包括無機(jī)離子、有機(jī)物和微生物，從而得到滿足再利用標(biāo)準(zhǔn)的水。

2.反滲透系統(tǒng)在循環(huán)水排污水回用工藝中的角色

反滲透系統(tǒng)是循環(huán)水排污水回用工藝中的核心部分，一般用于高級處理階段。反滲透技術(shù)通過利用高壓將水分子從廢水中推送過半透膜，從而將水分子與溶解在水中的污染物質(zhì)（如無機(jī)鹽、有機(jī)物和微生物等）分離。由于反滲透膜的孔徑非常小（一般在0.0001μm左右），可以有效攔截廢水中的所有污染物，包括細(xì)菌和病毒。因此，通過反滲透系統(tǒng)處理的廢水，其水質(zhì)可以達(dá)到直飲水或特定工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)，從而實現(xiàn)廢水的高效回用。值得注意的是，雖然反滲透系統(tǒng)在去除廢水中的污染物方面非常有效，但也容易出現(xiàn)膜污染問題，因此需要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施和清洗策略，以保證其持續(xù)穩(wěn)定的運行效果。

3.反滲透系統(tǒng)的污堵問題

反滲透系統(tǒng)在長期運行過程中，由于廢水中的各種污染物對反滲透膜的影響，往往會出現(xiàn)膜污染和污堵的問題，這不僅會影響系統(tǒng)的處理效率，還可能引發(fā)膜材料的破損和系統(tǒng)故障，針對如下問題進(jìn)行剖析。

(1)反滲透膜的污染類型與原因分析

反滲透膜的污染主要包括有機(jī)污染、無機(jī)污染、生物污染和顆粒污染。

有機(jī)污染主要是由于廢水中的有機(jī)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多糖、油脂等，通過吸附或化學(xué)反應(yīng)在膜表面形成有機(jī)膠體層，從而阻塞膜孔，降低膜的通水性能。

無機(jī)污染主要是由于廢水中的無機(jī)離子，如硅、鐵、錳、鈣、鎂等，通過結(jié)晶或化學(xué)反應(yīng)在膜表面形成無機(jī)結(jié)垢，進(jìn)一步影響膜的分離性能。

生物污染是由于廢水中的微生物，如細(xì)菌、藻類等，通過附著生長在膜表面形成生物膜，導(dǎo)致膜的污染。

顆粒污染則是由于廢水中的懸浮顆粒物、砂粒、泥土等物質(zhì)在膜表面堆積，形成顆粒層，影響膜的通水性能。

(2)污堵現(xiàn)象對反滲透系統(tǒng)性能的影響

污堵現(xiàn)象對反滲透系統(tǒng)的性能影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

導(dǎo)致膜的通水量下降：污染物在膜表面或孔道內(nèi)的積累會導(dǎo)致通水通道的阻塞，從而減少膜的通水量，降低系統(tǒng)的處理效率。

影響膜的分離性能：污染物在膜表面形成的膠體層或結(jié)垢層可能改變膜的表面性質(zhì)，影響膜的分離性能，導(dǎo)致處理后的水質(zhì)下降。

加大系統(tǒng)的運行壓力：由于污染物的阻塞，系統(tǒng)需要增加操作壓力以保持通水量，這會增大能耗，降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

縮短膜的使用壽命：污堵現(xiàn)象可能引發(fā)膜的物理破損，例如，孔道堵塞、膜材料老化等，導(dǎo)致膜的使用壽命縮短，增大了更換膜的頻率和成本。

(3)反滲透系統(tǒng)污堵現(xiàn)象的識別與評估

反滲透系統(tǒng)的污堵現(xiàn)象的識別與評估主要包括以下幾個方面：

監(jiān)測反滲透膜的通水量和排水量：通水量和排水量的變化可以直接反映膜的通水性能的變化，是判斷膜是否發(fā)生污堵的重要依據(jù)。

監(jiān)測系統(tǒng)的運行壓力和能耗：系統(tǒng)運行壓力的增大和能耗的增加，通常是膜污堵的表現(xiàn)。

觀察膜表面的顏色和形態(tài)：膜表面的顏色變深、結(jié)垢或膠體層的形成都可能是膜污染的信號。

通過膜表面的化學(xué)分析和顯微鏡觀察：通過觀察，可以進(jìn)一步確定污染物的類型和數(shù)量，以及污染物在膜表面的分布情況。

評估處理后的水質(zhì)：處理后的水質(zhì)是反滲透系統(tǒng)性能的直接反映，其變化可以反映膜分離性能的變化。

4.反滲透系統(tǒng)污堵問題的應(yīng)對策略

(1)預(yù)處理策略：提高原水質(zhì)量

預(yù)處理是防止反滲透膜污染的關(guān)鍵步驟，它主要通過改善原水的質(zhì)量，減少污染物進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，從而降低膜的污染風(fēng)險。

①原水源的選擇和處理。在循環(huán)水排污水回用工藝中，原水源的選擇對于防止反滲透膜污染具有重要影響。一般來說，應(yīng)盡可能選擇污染程度較低的水源，如表層水或處理后的二級排水，以減少污染物的含量。對于原水的處理，一般可以采用pH調(diào)整、軟化、脫氣等處理步驟，以改善水質(zhì)。例如，通過調(diào)整pH值，可以防止某些離子形成沉淀或結(jié)垢。例如，當(dāng)pH＜7.5時，大部分的二價鐵離子Fe(II)會保持在溶液中，而當(dāng)pH＞7.5時，F(xiàn)e(II)將會被氧化為Fe(III)，形成沉淀，可能引發(fā)污堵問題。

②懸浮物和微粒去除策略。預(yù)處理階段的一個重要任務(wù)是去除懸浮物和微粒。可以通過物理方法（如沉淀、過濾等）去除大顆粒懸浮物，同時通過化學(xué)方法（如絮凝、沉淀等）去除微粒。

在此過程中，一般會采用一種或多種絮凝劑（如聚合氯化鋁PAC、聚合硫酸鐵PFS等），并控制其投加量，使得微粒聚集成較大的顆粒，然后通過沉淀或過濾等方式去除。絮凝過程中的最佳投加量可以通過Jar測試確定。例如，當(dāng)絮凝劑投加量達(dá)到一定值時，出水濁度將達(dá)到最低值。

③離子和有機(jī)物去除策略。對于廢水中的無機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)，可以通過軟化、離子交換、活性炭吸附等方法進(jìn)行去除[1]。軟化一般是通過加入氫氧化鈉（NaOH）或石堿（Na2CO3）與水中的硬度離子（如Ca2+、Mg2+等）反應(yīng)，生成不溶性的沉淀，從而達(dá)到軟化水質(zhì)的目的。具體的軟化反應(yīng)可以用以下化學(xué)方程式表示。

對于有機(jī)物，可以通過加入活性炭進(jìn)行吸附?；钚蕴坑泻艽蟮谋缺砻娣e，可以吸附水中的有機(jī)物質(zhì)，降低有機(jī)物的濃度，減少其對反滲透膜的污染風(fēng)險。同時，活性炭還可以吸附一些微生物和顏色，進(jìn)一步改善水質(zhì)。對于一些難以去除的離子（如硅離子等），可以通過離子交換等技術(shù)進(jìn)行深度處理。例如，通過強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂，可以將水中的硅離子（Si4+）替換為氫離子（H+），從而實現(xiàn)離子的去除。

(2)清洗策略：防止和延緩污染的發(fā)生

①清洗策略的選擇。物理清洗主要包括反洗和震動清洗。反洗是指將清洗液逆流通過反滲透膜，以洗去膜表面的污染物。震動清洗是指利用震動設(shè)備對反滲透膜進(jìn)行清洗，以搖落膜表面的污染物。

化學(xué)清洗是使用各種化學(xué)藥劑來去除膜表面的有機(jī)物、微生物和礦物質(zhì)。根據(jù)清洗藥劑的性質(zhì)，可以分為酸性清洗、堿性清洗和氧化劑清洗。

生物清洗是指使用微生物來降解膜表面的有機(jī)污染物。這種清洗方法對環(huán)境友好，但效果可能受到許多因素的影響，如溫度、pH值、微生物的種類和數(shù)量等。

②清洗劑的選擇和使用。選擇清洗劑時，需要考慮其對污染物的清洗效果、對膜材料的腐蝕性、對環(huán)境的影響及成本等因素。對于有機(jī)物和微生物污染，常用的清洗劑有氫氧化鈉（NaOH）、次氯酸鈉（NaClO）、過硫酸鈉（Na2S2O8）等。這些清洗劑可以氧化和水解有機(jī)物，殺滅微生物，但可能對膜材料和環(huán)境有一定的影響。在使用清洗劑時，需要按照推薦的劑量和時間進(jìn)行操作，以免對膜材料造成過度的腐蝕[2]。

(3)替換策略：評估和應(yīng)用新型反滲透膜材料

隨著材料科學(xué)和膜分離技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型的反滲透膜材料，這些新型材料往往具有更高的分離效率和更強(qiáng)的抗污染性能。因此，評估和應(yīng)用這些新型材料，可以作為解決反滲透系統(tǒng)污堵問題的有效策略。

①新型反滲透膜的應(yīng)用。新型的反滲透膜材料主要包括納米復(fù)合膜、生物降解膜、超濾膜等。例如，納米復(fù)合膜通過將納米顆粒（如二氧化鈦、氧化鐵等）嵌入膜基體，以提高膜的抗污染性能和提升水分子的滲透速率[3]。

當(dāng)應(yīng)用新型反滲透膜時，需要考慮膜的制備成本、運行成本、穩(wěn)定性和壽命等因素。例如，若膜制備成本過高，或者膜的穩(wěn)定性和壽命不足，對此即使膜的分離效率和抗污染性能很高，也可能無法在實際應(yīng)用中得到推廣。

②新型反滲透膜效果評估。評估新型反滲透膜的效果，主要依賴于實驗和模擬兩種方法。實驗方法通常包括膜性能測試和小型裝置試驗兩部分。膜性能測試主要包括滲透流量測試、截留率測試、抗污染性能測試等。其中，滲透流量可以通過公式（3）計算。

式中，Q是滲透流量；A是膜的有效面積；ΔP是壓力差；μ是水的黏度。截留率可以通過公式（4）計算。

式中，R是截留率；C0和Cf分別是原水和滲透水中的污染物濃度。

小型裝置試驗則是在與實際運行條件相似的環(huán)境下，對新型膜的性能進(jìn)行綜合評估。試驗的結(jié)果可以提供新型膜在實際應(yīng)用中的運行參數(shù)和預(yù)期性能。

模擬方法則主要依賴于數(shù)學(xué)模型和計算機(jī)模擬技術(shù)。通過建立膜分離過程的數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測新型膜在不同條件下的性能，并通過參數(shù)優(yōu)化，尋找最佳的運行參數(shù)。

無論是實驗方法還是模擬方法，都需要對結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格的驗證，以確保新型膜的性能符合預(yù)期，使其在實際應(yīng)用中獲得良好的效果[4]。

5.結(jié)束語

綜上所述，本文詳細(xì)分析了循環(huán)水排污水回用工藝中反滲透系統(tǒng)污堵的問題，并提出了有效的應(yīng)對策略。包括優(yōu)化原水質(zhì)量、清洗策略、新型反滲透膜材料的替換和運行條件的優(yōu)化等。這些策略提高了反滲透系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性，同時也提升了循環(huán)水排污水回用工藝的效果。然而，值得注意的是，實際應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮多種因素，包括處理成本、設(shè)備壽命、處理效果等，選擇最適合的策略。未來，隨著新型膜材料和處理技術(shù)的研發(fā)，有望進(jìn)一步優(yōu)化反滲透系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)更高效的水資源利用。