超濾作為反滲透進水前預處理的應用

鄭廣嶺

摘 要：超濾裝置具有能耗低、占地面積小、自動化程度高等優點，在許多領域得到了廣泛應用。本文對使用超濾替代混凝+過濾+吸附等工藝處理自來水，對反滲透進水進行預處理，在節能及對反滲透的影響等方面進行對比、研究。

關鍵詞：超濾;預處理;反滲透;節能;水質

除鹽水生產工藝采用反滲透+一級復床離子交換工藝，其中反滲透裝置的除鹽量約占95%以上，其余鹽分使用離子交換進行徹底去除，所以反滲透設備運行效果直接影響水處理裝置的運行成本和勞動強度。反滲透的產水通道是膜表面微孔，微孔孔徑一般在10nm以下，且膜表面的脫鹽層很薄，一般在0.1μm -1μm之間，新鮮水中攜帶的大顆粒雜質、膠體物質、微生物等雜質很容易造成膜微孔堵塞和膜表面劃傷，直接影響反滲透的運行和壽命，因此必須對反滲透進水進行預處理。原預處理系統采用的是混凝+過濾+吸附等工藝，在投加混凝劑PAC混凝后通過多介質過濾器、石英砂過濾器過濾，再通過活性碳過濾器吸附，供反滲透使用，出水SDI值能夠穩定在5以下。2016年11月開始停運原預處理系統，改為超濾裝置運行，新鮮水直接進入超濾裝置處理，其產水供反滲透使用，SDI值穩定在3以下。

1、超濾裝置的基本原理及技術優勢

超濾技術是一種納米級薄膜分離技術，是以膜內外壓差為驅動力，按一定的過濾孔徑對溶液中不同物理直徑大小的物質進行分離的過程，分離機理主要是靠物理的篩分作用。相對于原預處理系統，超濾裝置具有明顯的技術優勢

（1）過濾效果穩定：原預處理系統出水效果不但受到原水水質波動的影響，還易受負荷波動、混凝劑投加量、過濾器反洗等操作的影響，并且過濾器濾料的級配、過濾器內水流流動等不易體現的數據對預處理效果影響也非常明顯，水質出現惡化時分析難度大，將不合格水調整合格所需調整周期長。而超濾為純物理孔徑過濾，產水水質受原水水質波動的影響甚微，自動化操作，人為影響因素小，出現水質變化原因查找方便，調整周期也就較短。

（2）能耗低：超濾運行壓力一般小于0.2MPa，無相變，無化學反應。

（3）占地面積小：超濾設備緊湊，輔助設備少，流程短;而過濾器為保證足夠的反洗空間和過濾效果，設備體積大，加藥、反洗等輔助設備多，占地面積大，流程較長。

（4）藥劑投加少，對后期水質影響小，不存在殘余藥劑影響反滲透的運行的情況。

（5）過濾精度廣，各種懸浮顆粒、膠體、蛋白質、微生物和大分子溶質都可被截留;操作簡便，易于實現自動化;擴容簡便。

2、流程改造

減少四套雙介質過濾器、6套中砂過濾器和8套活性炭過濾器，減少了加藥裝置，設備數量降低了原先的三分之一，流通管道減少到原先的八分之一，流程大大縮短。

3、效果對比

（1）藥劑方面：停止投加混凝劑（PAC）和殺菌劑，減少了這些藥劑的加藥量。每年減少PAC加藥量8噸/年，減少殺菌劑加藥量3噸/年，節約藥劑費用8萬元。

（2）電耗：原流程生水泵停運，新流程則啟運了生水增壓泵。生水泵電機功率90kw，揚程0.5MPa，流量400t/h，而生水增壓泵電機功率37kw，揚程23米，流量400t/h。生水增壓泵比生水泵電機功率減少了53kw，再加上高壓泵變頻投用，節電效果非常明顯。

（3）水耗：由于原預處理系統過濾器反洗采用的是反滲透濃水，可以說原預處理系統新鮮水基本無損耗。新上超濾裝置采取死端過濾，不會產生濃水排放，水耗主要集中在每間隔半小時反洗一次，每次反洗1分鐘，反洗用水為超濾產水，以及為防止大顆粒雜質對膜表面造成損傷而設置的刷式過濾器，運行60分鐘或達到壓差時進行的自清洗排放，所以回收率只有90%左右。為減少水耗，車間對超濾反洗水和刷式過濾器自清洗排放水進行回收， 為保證超濾反洗水回收后不會對超濾運行帶來不良影響，對生水池出水濁度和超濾反洗水、新鮮水等濁度指標進行檢測。筆者認為，新鮮水中所攜帶的雜質在超濾膜表面截留，截留的過程本身就是雜質凝聚的過程，雖然反洗時被反洗水打碎，仍有部分可被石英砂過濾器截留，再加上超濾反洗水量遠遠小于新鮮水進水量，通過上表的數據來看，回收超濾反洗水對生水池出水（即超濾進水）的濁度影響不大。而那些未能被石英砂過濾器截留的雜質通過超濾時，仍然會被超濾所截留，再次回到蓄水池中，蓄水池中雜質濃度會越來越高，凝聚的幾率也隨之提高，直徑變大，通過石英砂過濾器時被濾料截留，慢慢達到動態平衡，這樣超濾進水的雜質不會無限累積，穩定在一定的范圍內。運行后，通過長時間（現已運行9個月）觀察，對比超濾的跨膜壓差增長程度、速度以及超濾產水水質，都未發現明顯異常增長，可證明此改造成功。因此，超濾階段的新鮮水也基本無損耗，噸除鹽水的制水比耗沒有變化。

（4）水質情況：超濾產水水質穩定，基本可以去除直徑大于孔徑（0.01-0.1μm）以上的所有雜質，出水濁度可以降到0.2NTU以下，而過濾出水濁度一般很難降到2NTU以下，通過二次混凝后，過濾出水濁度才可以小于1。通過長時間運行，超濾產水的濁度一般在0.15-0.17NTU，污染指數穩定在3以下。反滲透進水要求主要指標還有pH、水溫、游離氯、鐵含量、COD等，其他指標都在合格范圍內，只有COD出現不合格項。 不難看出，運行超濾后COD明顯高于原預處理系統運行時，且多次出現COD大于3的情況，主要是因為超濾無法去除或降低自來水中的COD，而混凝和活性炭吸附能除去或降低水中的COD。去除自來水中COD的辦法還有氧化法，根據我廠情況，可以向超濾進水投加氧化劑來降低水中COD，為避免氧化劑對反滲透膜造成損傷，應在超濾產水（即反滲透進水）投加還原劑，去除水中游離氯。

（5）勞動強度：超濾實現反洗自動和液位自動調節，除運行3-6個月一次化學清洗需要人為操作，日常運行基本可以達到無人操作，而原預處理系統幾乎隔天需要配置50kg藥劑和進行過濾器的反洗，超濾運行后，勞動強度大大降低。

（6）安全環保：超濾化學清洗藥劑主要是鹽酸、氫氧化鈉和次氯酸鈉，3-6個月化學清洗一次，每次用水量不會超過80噸，與再生一次陰陽床所產生的廢液量幾乎相等，且清洗廢液也排入污水中和池，沒有增加額外的環保壓力。相對而言，沒有了活性炭吸附再生和濾料破碎所產生的廢液、廢渣，以及配置藥劑所產生的粉塵、刺激性氣味和腐蝕性液體對操作人員身體的危害，自動化運行減少了人為操作，降低了出現工傷的幾率，安全環保壓力有所減輕。

4、結語

無論從運行成本、勞動強度、安全環保等方面來看，超濾比原預處理系統有著明顯的優勢，對于產水水質，解決掉COD的問題，超濾產水水質也優于原預處理系統產水水質，對于反滲透的長周期運行和生產穩定都有積極的作用。

參考文獻：

[1]丁桓如，吳春華，龔云峰等 《工業用水處理工程》北京：清華大學出版社，2014