輻條狀多層通道反滲透膜（RCDT）污染控制分析

王 丹 代喜斌 劉 陽

（長沙威保特環保科技股份有限公司湖南長沙410013）

輻條狀多層通道反滲透膜（RCDT）污染控制分析

王 丹 代喜斌 劉 陽

（長沙威保特環保科技股份有限公司湖南長沙410013）

膜污染及其防治是影響膜系統穩定運行的關鍵因素。RCDT作為新的垃圾滲濾液處理技術的有效手段，文中詳細的介紹了膜材料、膜組件、膜系統以及膜工藝對膜污染的影響，并結合實際的項目運行情況，提出了控制膜污染的方法和措施。

RCDT；垃圾滲濾液；膜污染；污染控制

碟管式反滲透（DTRO）是一種創新的反滲透膜技術，該技術于1985年由德國ROCHEM公司研制成功，1987年開始成功應用于垃圾滲濾液處理[1]。鑒于垃圾填埋場滲濾液水質水量變化大，是一種有機物濃度高、成分復雜的有機廢水，2008年國家頒布了《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)，對垃圾滲濾液的處理提出了更高的要求，DTRO作為垃圾滲濾液深度處理的主流工藝，其對垃圾滲濾液處理凈化效果突出，廣泛應用到生活垃圾滲濾液處理工程中[2]。DTRO膜片本身具有一定的抗污染性，在實際運行中，由于進水中的微量懸浮物、膠體、難溶質、金屬氧化物和細菌等雜質的粘附，運行一定時間后，仍會結垢而降低膜通量，影響膜的使用壽命，增加滲濾液處理成本，所以膜污染的控制研究勢在必行。

長沙威保特環保科技股份有限公司在傳統的反滲透基礎上進行技術創新，改變膜片形狀與導流盤表面結構，設計出輻條狀多層通道反滲透膜（RCDT）系統。RCDT除具有工藝簡單、對進水水質要求低、操作簡單、易于維護等優點，還能提高膜通量、降低能耗，增加膜系統使用壽命，減少濃縮液產量。本文將探索膜污染產生的原因，結合項目實際運行狀況進行膜污染的控制分析。

1 RCDT膜的材料、膜結構及膜組件對膜污染的控制分析

膜污染控制對降低膜清洗頻率、控制膜污染運行成本、優化膜處理系統性能具有非常重要的作用。膜污染既需要從進水水質、工藝參數和工程設計等外部因素控制，還需從RCDT膜材料、膜組件結構等內部因素控制。減少膜污染，需要從預防和工程處理兩方面采取措施，一方面阻止膜污染產生，另一面改變膜參數條件、優化運行參數改善膜污染現象。

膜材料的性質直接影響膜使用功能，與膜污染的產生有很大的關系。膜材料應該具有較高的抗污能力、抗微生物吸附侵蝕的能力，同時還具有較大的pH范圍和抗酸堿腐蝕的能力。膜材料的柔韌性、致密性、化學穩定性和致密性也需要滿足滲濾液處理的能力[3]。

膜工藝的設計和運行參數的優化對降低膜污染有著重要的作用。圖1八邊形DTRO膜片通過改變膜片的形狀（由圓形變為八邊形）和表面粗糙度，來改善膜表面污染程度，更改膜表面的水力狀況，阻礙膜表面污染物的吸附。輻條狀反射通道通過改變導流盤形狀形成具有放射狀的水流通道，當污水在層流盤與濾膜組件間流動時可形成湍流，最大程度減少膜表面結垢、污染及濃差極化現象的產生，使膜組件易于清洗，清洗后通量恢復性非常好，大大延長了濾膜的使用壽命。

圖1 反射通道的導流盤和八邊形DTRO膜片

2 DTRO運行中去除膜污染的措施分析

在實際垃圾滲濾液處理的工程應用中，通過優化膜污染的內因來控制膜污染難度大，實際操作很難實現。在工程應用中主要通過優化進水水質、運行條件和工藝參數等外因來控制膜污染。

2.1 預處理進水水質

進水水質是影響膜污染的主要因素，預處理進水水質，能夠延長膜使用壽命，主要的預處理方法有：調pH值，氯化、加預處理藥劑、前置超濾系統、預微濾、熱處理、活性炭吸附等等。在實際工程應用中，垃圾滲濾液調pH值是最常見的預處理方法。

在湖南某垃圾填埋場進行了RCDT膜處理系統預處理試驗，在RCDT系統前增加了pH自動調節裝置、砂濾罐、污泥基罐和保安過濾器等前處理裝置，在保證污水處理效果的同時，解決了RCDT膜柱結垢的問題，延長了RCDT膜柱的使用壽命，在有效提高污水處理效率的同時，還節省了成本。其工藝流程見圖2。

圖2 加前端預處理的RCDT處理滲濾液工藝流程

滲濾液進入膜處理系統前，調節pH后進行第一次過濾，濾出雜質的一次濾液經污泥基吸附劑進行吸附處理后進行第二次過濾。二次濾液再次進入碟管式反滲透膜進行處理。經過該預處理后的滲濾液解決了碟管式反滲透膜柱產生結垢的問題，延長了碟管式反滲透膜柱的使用壽命，在有效提高污水處理效率的同時，節省成本。

2.2 阻垢劑的使用

阻垢劑是一種預處理溶液，在進料水進入RO薄膜至前注入到進料水中，起到延緩鈣鎂和重碳酸鹽之間的反應的作用，在RO進行水純化處理時抑制水垢的生成。因為水在處理過程中在薄膜系統中停留的時間相對較短，可以防止水垢的形成。

當滲濾液的回采率為75%時，進水水質中硅酸鹽的濃度不能超過40mg/L。阻垢劑濃度一般為為1:20，添加速度根據進水流量調節，其添加量需測定進水水質中硅酸鹽含量，計算阻垢劑添加量。

2.3 膜的清洗

膜清洗是為了去除敷在膜表面的污染物，恢復和提高膜通量。在實際工程應用中需要定期對膜進行清洗。一般來說清洗在每次系統關閉時進行，正常運行狀態下需停機時，一般都采取先沖洗后再停機模式。定期清洗不僅能夠維護系統的正常運行，還可以避免永久性膜污染的產生，延長膜片的使用壽命，降低運營成本。

2.3.1 膜清洗的依據

膜通量、出水電導率等常作為判別膜污染狀況的指標，同時膜通量、電導率常常受到進水溫度、壓力、水質等因素的影響，因此在實際工程應用中常根據膜控制系統顯示的數據判斷清洗時間，如系統產水量減低等作為清洗的判斷標準。一般來說，膜需每周進行化學清洗，若不及時清洗，膜處理系統將很難恢復到初始性能。

2.3.2 物理清洗

物理清洗是指用機械的原理對膜表面進行清洗，常見的清洗方法有高壓水流清洗、超聲波清洗等清洗方法。物理清洗不會改變膜表面污染物的化學結構，不會造成環境二次污染，對不損害操作技術員的健康，也不會改變膜結構。目前，在垃圾滲濾液膜處理工藝上最常用的水力清洗方法對膜進行清洗，還未見到超聲波清洗、氣體脈沖清洗工程應用的報道。

2.3.3 化學清洗化學清洗是指利用化學藥劑去除膜表面的污染物的方法。化學清洗因化學藥劑具有反應迅速，作用強烈，容易均勻地去除膜表面的污染物，去除膜表面污染物比較徹底，不會產生清洗死角。但是若清洗藥劑選擇不當會對膜造成損害，其次化學清洗還會產生二次污染，在使用過程中需要配備廢水處理裝置。另外化學劑操作處理不當時也會對工人的健康和安全造成。

化學清洗的方法有很多，按照化學清洗劑的種類可分為堿清洗、酸清洗、表面活性劑清洗、有機溶劑清洗、復合型藥劑清洗和酶清洗。酸清洗可以去除膜表面的金屬氧化物垢、水垢等。清洗藥劑主要有硫酸、鹽酸等酸性物質。酸清洗可以去除膜片表面和膜孔內的無極物及其不溶性物質。酸清洗對微生物、脂類和懸浮物形成的覆蓋物清洗效果差。堿清洗主要去除膜表面的油脂和二氧化硅垢等，清洗藥劑為氫氧化鈉、碳酸鈣、磷酸鈉、硅酸鈉、過硼酸鹽等，堿清洗可同時去除有機物和無機物，其中過硼酸鹽還可清洗膜孔的膠體物質。表面活性劑清洗可以去除膜表面的油脂類和微生物產生的沉積物，改善清洗藥劑與膜表面的接觸，強化清洗效果。常見的表面活性清洗劑為低泡型非離子表面活性劑、乳化劑，用來去除油脂。絡合劑清洗可以去除鐵的氧化物、碳酸鈣和硫酸鈣等污垢。常用的絡合劑為檸檬酸。除此之外，還有酶清洗、聚電解質清洗和有機溶解清洗等，酶對親水性較好的醋酸纖維膜的清洗效果較好，但清洗時間慢且價格昂貴。

3 結語

RCDT系統已廣泛地應用到我國生活垃圾滲濾液處理中，控制膜污染是保證膜穩定運行的關鍵。有效地控制膜污染對提高膜運行效率和降低運行成本有著積極地作用。控制膜污染除了在項目實施前期充分調研，選擇好的RCDT膜材料和膜組件等先天條件來降低膜污染。其最主要的控制膜污染措施還是日常的維護與保養，在項目實際運行中通過最優的工藝條件，增加前端預處理工藝、定期清洗等措施控制膜污染。

[1]王寶貞,王琳.水污染控制新技術—新概念、新工藝、新理論[M].北京:科學出版社,2004.

[2]劉研萍.處理垃圾滲濾液的反滲透膜污染研究[J].環境工程學報,2007.7.

[3]劉研萍,劉碩,李秀金.垃圾滲濾液處理中膜污染的防治[J].環境污染與防治,2007,29(11)：854-861.