污水回用反渗透系统中膜用阻垢剂的性能研究

　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)

　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

　　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。

　　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

　　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。 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 。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 。

　　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 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。

    反渗透设备在使用过程中，除了性能的正常衰减外，由于污染而引起设备性能的衰减更为严重。通常的污染主要有化学垢，有机物及胶体污染，微生物污染等。不同的污染表现出的症状是不同的。不同的膜公司所提出的膜污染的症状也是有一定的差异。

在工程中我们发现，污染时间的长短不一样，其症状也不一样。如：膜发生碳酸钙垢污染，污染时间为一个星期时，主要表现为脱盐率的迅速下降，压差缓慢增大，而产水量变化不明显，用柠檬酸清洗能完全恢复性能。污染时间为一年(某纯水机)，盐通量由最初的2mg/L上升为37mg/L(原水为140mg/L～160mg/L)，产水量由230L/h下降为50L/h，用柠檬酸清洗后，盐通量降为7mg/L，产水量上升至210L/h。

    再者污染往往不是单一的，其表现的症状也有一定的差别，使得污染的鉴别更困难。

    鉴别污染类型要综合原水水质，设计参数，污染指数，运行记录，设备性能变化及微生物指标等加以判断：

    (1)胶体污染：发生胶体污染时，通常伴随着以下两个特性：A、前处理中微滤器堵塞得很快，尤其是压差增大很快，B、SDI值通常在2.5以上。

    (2)微生物污染：发生微生物污染时，RO设备的透过水和浓缩水中的细菌总数都比较高，平时一定没有按要求进行保养和消毒。

    (3)钙垢：可依据原水水质及设计参数进行判断。对碳酸盐型水而言，如果回收率为75%时，设计时投加了阻垢剂，浓缩液的LSI应小于1；不投加阻垢剂时浓缩液的LSI应小于零，一般不会产生钙垢。

    (4)可用1/4英寸的PVC塑料管插入组件中测试组件不同部位的性能变化进行判断。

    (5)根据设备性能的变化判断污染的类型。

    (6)可用酸洗(如柠檬酸、稀HNO3)，根据清洗的效果和清洗液判断钙垢，通过清洗液成分分析进一步证实。

    (7)对清洗液进行化学分析：取原水、清洗原液、清洗液，三个样分析。