耐污染反渗透膜在中水回用中的应用

陶正兴，朱加生

（中电环保股份有限公司，南京 211102）

耐污染反渗透膜在中水回用中的应用

陶正兴，朱加生

（中电环保股份有限公司，南京 211102）

反渗透是采用膜法分离的水处理技术，利用该技术可以有效去除水中的溶解盐、胶体和细菌等杂质。本文以耐污染反渗透膜在某中水回用系统的应用为例，对其进出水水质指标进行监测和分析，研究了耐污染反渗透膜的性能随时间变化的趋势。结果表明，耐污染反渗透膜的回收率、产水电导率和脱盐率等性能指标在短时间内保持稳定，膜的性能衰减较小；良好的预处理设计对反渗透系统的稳定运行具有重要作用。

耐污染；反渗透；中水回用；脱盐率；回收率

反渗透技术是目前较先进和有效的除盐技术[1]。与传统的离子交换法相比，反渗透具有脱盐率高，产水水质稳定；设计和运行维护简单；占地面积小，结构紧凑，空间利用率高；建造周期短以及环境友好等独特优势，已广泛应用于中水回用、海水和苦咸水淡化、纯水和超纯水的制备等领域[2-3]。

反渗透是采用膜法分离的水处理技术，反渗透膜元件的主要脱盐部分的机理类似于半透膜，对水中的离子具有选择透过性，其原理是在压力作用下，透过反渗透膜的水成为纯水，水中的杂质被反渗透膜截留并被带出。利用反渗透技术可以有效地去除水中的溶解盐、胶体、细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质[4-5]。

反渗透膜对进水水质要求严格，进水水质或者反渗透预处理工艺的好坏直接影响系统的稳定运行[6]。此外，随着运行时间的延长，膜的性能也会有所变化[7-8]。本文分析了某中水回用系统的工程设计和运行数据，以期为工程后续的运行提供理论依据，为以后的工程设计提供基本参数。

1 工程概况

1.1 工程简介

本项目进水水质为经过处理后的废水，废水种类包括：循环水站排污、脱盐水站浓排水、全厂未预见水量排水和污水处理站出水等。

表1 设计进出水质

1.2 工艺流程

根据原水水质和产水水质，本项目采用“预处理（BAF生物滤池+石灰软化澄清池+UF）+反渗透”系统，浓水考虑回收利用，最终进行蒸发结晶，具体如图1所示。反渗透系统运行的好坏很大程度上取决于预处理以及相关配套工程的运行效果。

原水排水进入回用水调节池，经提升泵提升，先进入BAF曝气生物滤池去除来水中的有机物污染物和氨氮，出水自流进入石灰软化澄清池中进行软化处理，并依次加入石灰乳、PAC、PAM药剂进行混凝反应沉淀，沉淀后的澄清水调节pH后进入滤池进行过滤。滤池出水加压后进入膜处理工段。膜处理工段包括超滤、反渗透、浓水反渗透及提浓工段四部分，产水回用于循环水系统，浓水去蒸发装置。BAF反洗水、滤池反洗水、超滤装置自用水自流至调节池再处理，以提高系统产水率，减少系统外排水量，最终产水满足出水要求。

图1 工艺流程图

1.3 反渗透系统设计

1.3.1 反渗透保安过滤器

反渗透保安过滤器用在反渗透装置前面去除大的颗粒，防止划伤、污堵膜元件，当过滤器进出口压差大于设定的值时，应当更换滤芯。

1.3.2 反渗透装置

反渗透膜组是整个系统的重要执行机构。它主要负责脱除水中的可溶性盐份、胶体、有机物及微生物。

本系统反渗透装置设置2套，每套设备的净产水量≥150 m3/h。

本系统要求系统脱盐率≥98%（一年内），系统脱盐率≥95%（三年内），系统总回收率≥70%，膜元件的使用寿命及使用性能保证不小于3年。

反渗透选用原装进口低压宽流道抗污染膜产品，平均通量不大于18 L/m2·h。采取一级两段25:13排列比。

1.3.3 加药系统

还原剂加药装置：在进水母管设置加药点，去除预处理超滤出水中会含有少量的余氯，减少对膜的氧化风险。

阻垢剂加药装置：在每套反渗透进水口设置加药点，降低反渗透浓水结垢的风险。

2 结果与讨论

2.1 反渗透回收率随时间变化

反渗透回收率随时间变化如图2所示。

图2 反渗透回收率随时间变化

从图2可以看出，系统的回收率随系统的运行会出现波动，但回收率基本保持在70%左右。从图2还可以看出，系统回收率在前期波动相对较大，后期相对稳定，后期回收率相对前期有轻微的下降。这和反渗透膜随运行时间的延长，膜受污染的情况有关，但整体相对稳定。反渗透使用寿命一般在3年以上，本系统运行时间约半年，因此膜性能衰减相对较小，回收率相对稳定[9]。

2.2 反渗透进出水电导率和脱盐率随时间变化

图3、图4为反渗透进出水电导率随时间变化，图5为反渗透脱盐率随时间变化。

图3 反渗透进水电导率随时间变化

图4 反渗透产水电导率随时间变化

图5 反渗透脱盐率随时间变化

从图3可以看出，反渗透进水电导基本维持在1 900 us/cm左右，从图4可以看出产水电导维持在30 us/cm左右，进出水电导率基本稳定。从图5可以看出，反渗透脱盐率随时间延长有所波动，但变化相对较小，均在98%以上，该脱盐率是符合设计要求的。反渗透膜在第一年脱盐率基本能达到98%，随时间延长，脱盐率会有所降低。从图3、图4和图5可以看出，系统目前处于稳定运行状态，运行情况良好。

2.3 讨论

反渗透膜的脱盐率、水通量是反渗透系统设计的关键参数，这两个参数将受到压力、温度、反渗透回收率、水含盐量等因素的影响[7-8]。

反渗透膜是通过压力驱动进行盐分的去除，反渗透进水压力对膜的设计有着重要影响，因此反渗透膜前端设置高压泵，而且设置变频调节，以保持进水所需压力。压力升高会导致产水量增加，但是溶解盐透过速度随压力变化较小，需要结合能耗综合考虑反渗透压力[2]。

本项目进水为几股水源合并的水质，在系统运行过程中水质和水温有时会有所变化。水质和水温的变化对系统的影响主要在于三个方面：一是影响膜通量，温度升高，由于水粘度下降，扩散性提高，产水通量会增加；二是影响膜系统所需渗透压，温度较低，系统所需要的压力越高；二是影响脱盐率，温度升高，水中溶解盐的扩散加快[7-8]。为解决这三方面的问题，系统设计要考虑两点：当冬季温度较低时可设置换热器，当夏天温度较高时可以不启动换热器；在反渗透高压泵出口设有手动截止阀。当水温和水源发生变化时，反渗透高压泵通过变频的方式来满足反渗透膜的渗透压变化。其间，当反渗透高压泵在变频过程中，压力和水量不能满足系统要求时，可手动调节反渗透高压泵出口手动截止阀来满足系统的要求。

反渗透回收率大小影响系统的设计，它与进水水质有着密切关系。反渗透系统本身就是一个不断浓缩的过程，如果超过膜元件的溶解度极限时，它们就会在膜表面发生结垢，如反渗透系统采用50%的回收率操作时，其浓水中的盐浓度就会增加到进水浓度的两倍，回收率越高，浓缩程度越高，结垢的风险越大[7-8]。因此，回收率的设计需要综合考虑水质因素，尤其是原水中的Ca2+、Mg2+、SO42-、CO3

2-、HCO3

-等容易结垢的离子。一般通过反渗透软件都能模拟计算反渗透浓水是否有结垢的倾向。如果进水中结垢离子或者污染离子含量较多，需要进行预处理设计。本项目前端设置BAF生物滤池、石灰软化澄清池、超滤等，目的就是为了去除原水中的悬浮物、胶体和结垢离子等，为反渗透系统的良好稳定运行奠定基础。

本项目耐污染反渗透膜的回收率、产水电导率和脱盐率等性能在短时间内保持稳定，衰减较小，主要依赖于以下几个因素：前端预处理措施的完善和正常运行，保证了反渗透系统的进水水质；反渗透膜采用耐污染膜，在较短时间内，膜的性能衰减较少；反渗透进水设置阻垢剂装置，降低反渗透膜结垢风险[9]。

3 结论

随着膜技术的发展以及国家对排放标准要求的严格，耐污染反渗透膜由于其独特的优势，将在中水回用中应用得越来越广泛。良好的预处理设计和系统运行维护，保证了反渗透系统的稳定运行以及产水水质。结果表明，反渗透装置回收率完全可以达到70%，并且第一年脱盐率能达到98%。

1 许 骏，王 志，王纪孝，等.反渗透膜技术研究和应用进展［J］.化学工业与工程，2007，27（4）：351-357.

2 刘 平.620 t/h反渗透脱盐装置的应用及工艺优化［D］.大连：大连理工大学，2013.

3 王 湛.膜分离技术基础［M］.北京：化学工业出版社，2000.

4 王 茹.反渗透在水处理中的应用研究［J］.内蒙古石油化工，2009，（20）：12-13.

5 张 烽，徐 平.反渗透、纳滤膜及其在水处理中的应用[J].膜科学与技术，2003，（8）：242-245.

6 靖大为.反渗透系统优化设计［M］.北京：化学工业出版社，2006.

7 陶氏化学公司.反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册［M］.上海：陶氏化学公司，2011.

8 美国海德能公司.反渗透和纳滤膜产品技术手册［M］.上海：美国海德能公司，2012.

9 李毓亮.反渗透膜污染过程与膜清洗的实验研究［D］.大连：大连理工大学，2009.

Application of Fouling Resistant Reverse Osmosis Membranes to the Regenerated Water Recycle

Tao Zhengxing，Zhu Jiasheng
(CEC Environmental Protection Co., Ltd.，Nanjing 211102, China)

Reverse osmosis is the use of membrane separation of water treatment technology, the use of the technology can effectively remove the dissolved salt in water, colloids and bacteria and other impurities.In this paper, the application of anti-polluted reverse osmosis membrane in a water reuse system as an example, its water quality indicators to monitor and analyze the study of resistance to reverse osmosis membrane performance with time trends.The results show that the performance of anti-polluted reverse osmosis membrane, the conductivity of water production and the desalination rate are stable in a short time and the performance of the membrane is less.The good pretreatment design is important for the stable operation of reverse osmosis system effect.

fouling resistant; reverse osmosis; recycle of regenerated water; desalination ratio; recovery

TU991.57 文献标识码：A 文章编号：1008-9500(2017)08-0022-04

2017-06-24

本文系南京高端人才团队引进计划“抗污染反渗透膜产业化”（项目编号：宁人才办（2016）2号）的阶段性研究成果。

陶正兴（1989-），男，安徽安庆人，硕士研究生，应用工程师，研究方向：工业水处理、反渗透膜研制和膜法水处理应用等。