北小河污水处理厂反渗透系统的调试运行和保存.pdf

第26卷第2期中国给水排水Vo1．26No．22010年1月CHINAWATER&WASTEWATERJan．2010雾爨运行与管理甏s鸯《s《§北小河污水处理厂反渗透系统的调试运行和保存张静(北京城市排水集团有限责任公司北小河污水处理厂，北京100012)摘要：北小河污水处理厂采用反渗透系统处理市政污水，规模为1X10m／d，以MBR工艺作为预处理。在北京奥运会期间，反渗透产水供给鸟巢等奥运场馆。结合一年多的运行实践，分析了膜通量、进水电导率、温度、SDI值、水量波动、产水pH值、产水率、阻垢剂投加等因素对反渗透系统的影响；对反渗透前保安过滤器的运行模式、滤芯更换故障进行了探讨；结合清洗实例，分析了系统的污堵和运行情况，对清洗效果进行了评价；对系统停运后的保存方法进行了探讨，提出了反渗透工艺的合理运行模式及改造思路，可为今后市政污水处理反渗透系统的稳定运行提供参考。关键词：反渗透；膜通量；膜保存；阻垢剂；化学清洗中图分类号：X703．1文献标识码：C文章编号：1000—4602(2010)02—0093—06CommissioningOperationandConservationofReverseOsmosisSysteminBeixiaoheWWTPZHANGJing(Beixiaohe腓，BeijingDrainageGroupCo．Ltd．，Beijing100012，China)Abstract：BeixiaoheWWTPusesreverseosmosissystemtotreatmunicipalsewage，thecapacityis1X10m／d。andMBRispretreatmentprocess．DuringtheperiodofBeijingOlympicGames，theefflu—entwassuppliedtoOlympicstadiumslikeBird’SNest．Combinedwiththeoperationpracticeforonemorethanyear．theinfluenceonreverseosmosissystemiSanalyzedintermsofmembraneflux，influentconductivity，temperature，SDIvalue，flowfluctuation，efluentpH，yieldandscaleinhibitordosage．The0Derationmodeofsecurityfilterbeforereverseosmosisandcorereplacementfailurearediscussed．Combinedwithacleaningcase，thefoulingandoperationofthesystemareanalyzed，andthecleaningeffect0fevaluated．Theconservationmethodofthesystemaftertheshutdownisdiscussed，thereasonable0Derationmodeofthereverseosmosissystemandthereconstructionideaareputforward．A1lthesepro—videareferenceforstableoperationofreverseosmosissystemintreatmentofmunicipalwastewater．Keywords：reverseosmosis；membraneflux；membraneconservation；scaleinhibitor；chemicalcleaning反渗透技术的应用领域包括海水淡化、食品加北小河污水处理厂反渗透系统以市政污水为处工、医药卫生、饮料、纯净水制取以及工业供水等，是理对象，出水水质在理论上超过自来水，但是考虑到一项成熟的高新技术，可用于脱盐，在除盐的同时去人们的心理接受程度，暂不作为饮用水。除了几乎所有的细菌、病毒、重金属和有机污染物自2008年4月建成安装以来，该系统运行一年等。有余，在奥运会期间反渗透产水作为高品质再生水·93· 第26卷第2期中国给水排水w、^．watergasheat．com向鸟巢等奥运场馆供水。在不影响供水的前提下解系统反渗透工艺的设计、建设、调试、运行提供思路。决系统突发故障，如系统的急停、不启动、不进入产1反渗透工艺介绍水程序等，在运行和管理上寻找合理的方式以适应1．1全厂工艺流程污水厂从排水向供水的角色转换，为今后市政污水全厂工艺流程如图1所示。图1工艺程Fig．1FlowchartofwastewatertreatmentprocessMBR膜池的出水(6×10In／d)经过UV消毒进水量为185ITI／h，回收率为75％。低压抽升水泵后进入RO加压泵的取水总管中。RO系统的规模将原水提升通过保安过滤器，然后进入高压泵，经过为1×10113。／d，其余MBR出水进入MBR清水池，加压后进入反渗透膜组件。反渗透产水输送至RO经配水泵房加压后进入厂外市政再生水管网。在市清水池，浓液则排入厂区污水系统再处理。政再生水用量减小时，经MBR系统出水溢流管溢流MBR出水(50000m／d)排人城市再生水管外排网，执行《城市污水再生利用城市杂用水水质》1．2基本参数(GB／T18920-2002)车辆冲洗水质标准；RO系统反渗透是利用半透膜两侧的压力差脱除水中的出水(1×10In／d)作为奥运公园高品质用水，参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类水盐类和低分子物质，采用陶氏抗污染膜BW30—365FR。设计平均膜通量(20oC)为19L／(Ill·h)，体的部分标准(除TN外)，如表2所示。表2产水量及出水水质自2008年4月安装调试以来共运行2400h。Tab．2YieldwaterandefluentqualityRO系统的基本参数见表1。项目数值表1反渗透装置的基本参数RO系统净产品水量／≥3000Tab．1BasicparametersofRO(Ill·d)基本参数数值BOD5／(mg·L)．≤4一段膜数量／支432COD／(mg·L)≤20二段膜数量／支216总氮／(mg·L)≤2(25℃)1(13℃)膜元件排列方式1级2段总磷／(mg·L)≤O．2压力容器排列方式24：12浊度／NTU0．2反渗透膜壳／支36溶解氧／(mg·L一)≥2每个压力容器中膜数量／支6pH6～9最大运行压力／MPa1．6脱盐率／％≥97系统脱盐率／％≥97总大肠菌群／(个·L)≤3设计平均膜通量／(L·m～·h)18．92膜通量的控制膜类型聚酰胺复合膜在实际生产中控制膜通量不超过设计值[19L／最大给水浊度／NTUl连续运行pH1～12(m·h)]，一般膜通量小可减少污染物在膜表面的最大给水污染指数SDI5沉淀，降低污染速度，减少清洗次数。膜通量是反渗游离氯容忍量／(mg·L)0．1透的关键参数之一。高压泵克服渗透压和运行阻RO系统共设3套，每套产水能力为1381TI。／h，力，为进入反渗透膜元件的原水提供足够的压力，定·94· 张静：北小河污水处理厂反渗透系统的调试运行和保存第26卷第2期期核算膜通量并通过调整高压泵频率以达到额定的滤器后的SDI值严重超标，通过及时纠正预处理系进水流量，高压泵满频为50Hz，调试运行以来该值统的问题，如更换腐蚀的螺栓，并对断裂的膜丝进行为30～35Hz，与之对应的运行压力为0．7～0．8打结处理等恢复进水指标。MPa。3．3进水流量波动的影响控制进水温度对反渗透的影响较为显著，夏季7、8装置允许启动的数量与MBR产水流量(400、月进水温度最高为26cI=，系统的膜通量、产水量、产600、800nq／h)对应。除了限制反渗透的运行数量水率都上升，高压泵频率为30Hz可满足进水量要外，流量的波动也是要考虑的因素。调试初期经常求，冬季12月水温最低可到10℃，高压泵频率为发生数个膜池同时或顺序进入松歇状态，瞬问MBR35Hz可满足目前的水量要求。这是因为温度上升产水量减小导致反渗透系统进水流量低而报警停时水分子的粘度下降，扩散能力增加，同时盐透过膜机，这种非正常停机使反渗透的膜元件受损概率增的扩散速率也加快，导致脱盐率降低。加，因为膜元件在压力容器中处于松弛状态，频繁启膜通量增加与进水压力增加存在直线关系。此停会使膜元件在膜壳中撞来撞去，受到机械应力的外，进水含盐量、回收率也会对通量产生影响。进水损伤可能性增加。因为紫外消毒渠容积限制了对水压力恒定时，进水含盐量和回收率增加，会导致产水量波动的缓冲能力，所以应尽量使超滤系统的膜池通量下降。松歇时间错开。3系统的调节3．4超滤产水中气体对系统的影响3．1根据进水电导率进行调节控制超滤系统膜池冲洗膜丝的大量气体存在于进入超滤产水作为反渗透进水，其电导率一直稳定反渗透前的紫外消毒渠和进水管道中，对抽升系统在900—1100IxS／cm，自2008年11月起逐月上升，运行有较大影响，此时溶解氧为8~ng／L，大量气体2009年初电导率出现大幅上升，由原来的l000txS／来不及排出便被低压抽升水泵提升，对2号系统运cm升至】700IxS／cm，2月最高达到1750p．S／cm，3行影响最大，不能进入正常的产水程序。分析认为，月底恢复正常。这种指标的上升来自于北小河污水低压抽升水泵取水点位于水平布置的进水总管的中厂的总进水指标上升，而非超滤系统产水所致。此部，根据水平管道中间气体最多的理论，气体在2号时下调高压泵频率，降低进水压力，膜通量降低，产抽升管道中聚集最多。解决的办法是在竖向管道上水量下降；为防止结垢，调节设置在浓水管道上的阀安装用于排气的快速插头，低压泵启动后打开阀门门，通过降低系统回收率来降低浓水中的盐浓度，防排掉管道内聚集的气体进入正常的产水程序。建议止由于盐浓度增加导致的反渗透过程减慢和盐类等今后在占地空间允许的情况下，在设计上可考虑延杂质的过饱和而发生沉淀。长此段管线并且增加排气装置。3．2用SDI值、浊度监测控制4产水pH的控制SDI参数用来监测进水水质变化，判断反渗透反渗透产水pH值呈酸性(5．36)，低于反渗透的预处理MBR系统的过滤效果。的进水pH值(7．36)，因此在产水总管道中适量添在低压抽升泵的进水管道上测定SDI值，SDI加NaOH调整出水pH值为中性。计量泵满负荷运也是表征膜污染潜在风险的一个参数，即一张0．45行时NaOH投加率为1．6mg／L，出水pH值<6．0，m过滤孔径的膜片的污染速度。从2008年3月开分析认为加碱计量泵的设计容量(7．6L／h)偏小，始调试到稳定运行，SDI基本无大的波动(1．0～导致出水pH值调节范围达不到最低要求(6．5)。1．9)，如果SDI>3．0则要考虑超滤工艺的问题了。如果将NaOH的配制浓度由8％提高到24％，则可超滤产水浊度在线值通常在0．2NTU以下。通过弥补计量泵偏小的不足，出水pH值可达6．5，但浓在线监测浊度，也能帮助正确判断预处理系统不正碱配制时带来操作上的安全隐患，故不采用此法。常的原因和找到解决办法。考虑3台反渗透设备同时满负荷运行时段较少，在2009年初，MBR膜挂架固定端支架部分的化学投加冲程不变的情况下，改变投加的频率设定，将原螺栓、螺母腐蚀松动以及个别膜丝出现断裂现象，7、1、2、3台设备的运转时频率(分别为15、30、45Hz)8号膜池产水浊度异常(超过20NTU)，进入保安过改为45、50、50Hz，即可安全有效地增加投加率，保-95· 第26卷第2期中国给水排水WWW．watergasheat．corn证运行1—2台设备产水的pH值在6．5～6．7之间，6保安过滤器的运行基本满足要求。6．1滤芯的更换周期另外，向管网中供水时发现管网中pH值升至保安过滤器位于反渗透系统前，截留预处理超7．3左右，分析认为是产水中CO。析出所致。在密滤工艺产水中粒径>5Ixm的颗粒性杂质，防止其划闭体系内CO、HCO3-、CO、H之间存在一个动态伤高压泵叶轮以及经高压泵加速后的颗粒击穿膜组平衡：CO+H2O—HCO3-+H，RO膜可以脱除件。滤芯在运转初期更换周期最长为1500h，随着时间推移，更换的周期缩短。随着更换保安过滤器HCOf、CO一，而CO：可以通过且占产水的主要部前后压差的升高，反渗透的产水通量下降，更换后通分，此时pH值降低，产水中的CO在管网中不断析量恢复。出，H和HCO；结合，上述平衡向左侧移动，pH值2009年初由于预处理MBR设备故障，产水异不断降低直至建立新的平衡。常，导致后续进入保安过滤器的负担加重，滤芯更换NaOH投加计量泵设计压力为0．35MPa，由于周期缩短为400h，增加了运行成本。药品的投加点低于泵的出口，实际计量泵出口运行6．2保安过滤器的前后压差压力为零，没有背压。长期停运时管道中的pH值保安过滤器的滤芯在短期内截留大量污染物，会大幅升高，最高达到11。分析认为，在停运状态滤芯过压超期使用、污染严重引起滤芯支撑管变形，下药液靠重力向管道中微小渗漏导致管道中的pH膜通量下降。此时出现高压泵进水压力低报警，无值不断升高。有待将泵出口的投加管线向上作爬坡法进入正常的产水程序。故障修复后系统各项指标敷设，形成一定的出口背压。正常，膜元件未见受损，可见保安过滤器对RO系统5阻垢剂等药品的投加控制的保护作用是非常重要的。5．1投加依据当压差达到0．12MPa时，发现通量下降10％，当浓水侧可溶解性无机盐被浓缩超出溶解度更换滤芯后通量恢复正常。时，会在膜表面形成硬垢，故需在进水中添加阻垢6．3定期清理管道内的杂质剂；同时为避免微生物在膜表面滋生，在进水中同时MBR系统调试初期运行尚不稳定，且管道中有投加杀菌剂；因为反渗透膜容易氧化，所以在进水中未冲洗净的残留杂质。由于紫外消毒渠无泄空，故添加还原剂(亚硫酸氢钠)，氧化还原电位>350mV拆下二氧化氯增压水泵上的Y型过滤器，使杂质被时报警，当MBR进行化学清洗时，需要加大投量。水带出系统。定期清理中间环节管道上的杂质以减5．2投加率确定和调节轻后续保安过滤器负担。阻垢剂投加率需根据超滤出水中易结垢离子浓7维护和化学清洗度进行计算确定。根据水中的结垢离子(A1¨、7．1膜元件的维护Ba“、ca“、Fe“、SO：一、POi一、HCO；、F一)浓度，用如果24h内没有产水，就在上位机执行强制冲药剂公司专用软件核算碳酸钙结垢的朗格利尔指数洗程序，用低压泵冲洗浓水侧以置换系统的存水，如(LSI)以及铁、锰的污染指数(FI)、硫酸钙等的固结果超过3d不产水就需要执行一次产水程序维护。指数(SI)。反渗透装置发出化学清洗请求的时间通过累计LSI全年平均值为I．35，运行调试初期(2008产水时间和段间压差升高比两个参数来控制。段间年3月)最高为1．91，阻垢剂投加率为3．6mg／L。压差升高比初始值设定为2倍。北小河污水厂进行随着超滤工艺紫外消毒渠的稳定运行，以上离子浓化学清洗是产水累计时间触发，使用相应的化学药度降低，LSI降低，浓水侧的结垢趋势减弱，投加率剂以改变污染物的组成或属性，然后从膜元件排出，下调为2．5mg／L。还原剂和杀菌剂的投加率都在2恢复膜元件性能。一般3—6个月进行一次化学清mg／L以下。洗，浸泡、循环1～2h，如果碱洗时浸泡24h效果更计量泵冲程和频率设定遵循少量多次投加原好。则，可使药液在管道内混合均匀，一般冲程的设定小7．2清洗实例和效果分析于频率设定。因为不可预见性的自动清洗不能保证清洗效·96· 张静：北小河污水处理厂反渗透系统的调试运行和保存第26卷第2期果，所以清洗现场手动进行。采取先碱洗再酸洗的从以上数据可以看出，因清洗前反渗透装置的步骤。碱洗重点清洗一段，主要去除微生物膜和有运行状态保持良好，清洗效果并不是太明显。但碱机污垢胶体，氢氧化钠为8kg、十二烷基苯磺酸钠为洗后，在高压泵频率保持在35Hz时，装置进水流量250g、盐酸少量，调pH值为12．5。一段、二段分段和产水率有所上升，说明碱洗对微生物污染起到了清洗循环和浸泡时间为30～60rain，再同时浸泡。一定的作用。酸洗后段间压差有所下降，说明酸洗完成后进行清水置换再进行酸洗，重点是去除二段对无机污染的清洗效果较好。的无机盐垢，取柠檬酸200kg配制后用氨水调节根据运行数据，将“反渗透系统上位机参数设pH值至3，时间同上，完成后恢复到“自动”产水状定表”中“产水装置发出CIP请求的累计产水时间”态。延长为2160h；清洗后装置产水率增至77．4％。通一段压差升高时用碱洗，因为有机物和金属氧过降低高压泵频率或调节浓水阀的方式，将产水率化物的污堵主要在一段，并向二段推进，此时表层的降至75％。冬天清洗时需要加热，温度以30℃为宜。但发污染物通过大流量的冲洗可以带出系统，压实的污染物经过长时间浸泡变得蓬松，然后用大流量冲洗现加热装置功率(50kW)偏小，加热10m水需要8h左右，应考虑改造。掉，污染严重时重复进行。二段压差升高时表现为8停运后的膜保存和再次启动二段结垢，并向一段推进，结垢时可能是进水结垢离子增多或阻垢剂投加存在问题、药品失效。采用柠8．1封存方法国内的反渗透装置基本处于长期稳定运行状檬酸洗时不易快速冲洗，因为颗粒易划伤膜的表面，所以应用i1、流量冲洗。态，尚没有长期封存的案例。2009年4月北小河污水厂高品质再生水管网需水量减少，为了防止微生随着时间的推移，进水压力和产水量缓慢下降，物滋生，用充分溶解的1．5％的食品级亚硫酸氢钠系统各段压差和透盐率没有明显变化。根据反渗透冲洗并低流量向膜组件进药，同时排净膜组件里的膜污染的一般特征，初步判断膜元件污染的主要原水，确保膜组件内均匀地充满保护液，结束时关闭所因是胶体污染，而有机胶体大多是有机聚合物和微有进、出口阀门。保安过滤器内滤芯离线或者泄空。生物，所以在制定清洗方案时认为清洗一段很重要。每周检查一次保护液的pH值，当pH<3或时间达清洗前、后的运行数据对比分别见表3。一个月时更换一次保护液。表3化学清洗前、后运行数据记录8．2产水取样管漏药补救措施Tab．3Datarecordbeforeandafterchemicalwashing封存一周后产水侧部分UPVC取样接头出现断项目清洗前(已碱清洗后酸清洗后运行1320h)裂损坏漏药现象，一个月内陆续更换了45个断裂件原水电导率／(s·cm)116311971203．7(2台总量为72个)，漏出的药液腐蚀了15个紧固原水温度／℃181818．2管卡。分析认为在产水和停运之间的转换可能导致原水ORP／mV319329323．8密封橡胶圈受压变形失去弹性。用四氟生料带替代原水压力／MPaO．80．749O．75普通橡胶丁烯密封圈，发现其对亚硫酸氢钠的耐受浓水压力／MPa0．6760．6180．629浓水流量／(m·h)44．242．442．7性较好，漏水现象明显改善(据厂家介绍，最初反渗产水流量／(m·h)l37．4145146透系统用生料带密封，后为了美观改用密封圈)。产水电导率／(IxS·cnq)15．523．319同时，产水侧出现负压回水现象，表现为产水支提升泵电流／A29．730．2管上侧的膜壳产水软管不满水，用另一组反渗透产高压泵电流、频率／A、Hz2l0．3／35214／35进水流量／(I|1·h)181．6187．4188．7水分段循环保存的装置，使产水立管、支管、膜的中脱盐率／％98．798．198．4心管内充满液体，再按步骤封存重新配制封存液循产水率／％75．777．477．4环。一段压差／MPa0．0610．0680．0628．3更换压力容器的膜壳以解决端板渗漏问题二段压差／MPa0．0630．0630．059注：经碱洗、酸洗后产水电导率上升，原因是该数据采2号装置在保存期间端板处渗漏严重，记录膜自清洗后24h内，系统运行48h后均恢复正常。壳编号，将装置内的药液放掉用清水置换，拆下端·97· 第26卷第2期中国给水排水WWW．watergasheat．corn板，倒出一支压力容器内6支膜，观察膜及膜壳表采用自来水配药的另一个问题是自来水中含有面，基本保持正常形态，没有腐蚀、损伤、干化等现氯，可能对膜元件造成影响，无形中增加了还原剂的象，然后回装。继续检查壳体与端盖密封面，认为划投加量。在实际运行中曾发生了几次系统运行时突伤是造成渗漏的原因，当2号装置由保存转入产水然停机现象，检查后发现设备状态完好，报警记录显后，端板的漏药明显增加，水呈线状下落。示ORP超高。同时配制适量的保护液给正在保存的1号装10结论置，用清洗系统升压到0．3MPa，检查泄漏情况，对4①根据进水水质、温度、膜通量、产水pH、高支渗漏膜壳予以更换。压泵频率等参数调节控制系统使其运行最优化。8．4保存转入产水后运行稳定②对MBR预处理工艺的产水进行SDI、浊度2号RO系统用药液封存45d后转入产水运在线监测，排除气体和解决膜丝断裂设备异常对反行，按照原始开机状态调试系统，转入运行后状态稳渗透系统稳定运行有着重要意义。定，在不提高进水压力的前提下，产水率、脱盐率、膜③保安过滤器前后压差达0．12MPa时应更通量稳定，说明该封存方法可行。换滤芯，此时水量降低10％，更换后恢复水量。8．5封存的弊端④由于MBR预处理工艺稳定，北小河污水厂保护液的酸性对材质的耐腐蚀性提出很高的要的反渗透系统运行也较为稳定，间歇运行时可通过求，装置上方的自动排气阀门内球阀点蚀现象严重，强制冲洗、产水程序维护、化学清洗等恢复膜元件性不锈钢点蚀后导致运行时漏水严重。能。9存在的问题⑤在设备密封保障的前提下，用1．5％的亚①后奥运现象。奥运会后外管网需水量减硫酸氢钠封存是可行的，用生料带替代普通橡胶密少，设备间歇运行使滤芯的污染速度增加，污染的滤封取样管接头完全可以解决封存渗漏的难题，但应芯在湿润的环境下容易滋生细菌，缩短更换周期。避免不锈钢点蚀对封存保护转入产水运行时的影故长期停机不运行时，应放空保安过滤器内的水，保响持内部滤芯干燥，或取出滤芯使其离线。间歇运行还会导致系统频繁启停。参考文献：②自来水配药存在的问题。阻垢剂主要成分[1]陶氏化学公司．陶氏化学产品与技术手册[M]．美(膦酸盐)是一种小分子有机磷，是微生物的营养国：陶氏化学公司，2008．源，能促进菌藻的滋生，加快膜污染。药箱使用一年内开始长生物膜。用反渗透产水配药可抑制生物膜电话：13718583991生长。此外，对药品投加间窗户玻璃贴膜的目的在E—mail：zhangjing2308@yahoo．COB．en于减缓生物膜的生长。收稿Et期：2009—06—24·98·