反滲透預處理系統(tǒng)分析微生物污染的原因及處理

嚴格的供水預處理是保證反滲透成功運行的前提，微生物污染一直是反滲透系統(tǒng)面臨的重要風險。微生物污染不僅針對反滲透膜，還可能發(fā)生在預處理系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，影響系統(tǒng)的運行。防止微生物污染是反滲透給水預處理階段的重要任務之一。

1、系統(tǒng)概況

A電廠采用反滲透膜技術進行預脫鹽，然后通過二次離子交換脫鹽制備合格的軟化水。水源來自水庫地表水。反滲透系統(tǒng)采用澄清和多級過濾進行預處理。處理過程如圖1所示。

澄清處理中使用的絮凝劑是聚合氯化鋁。為了控制系統(tǒng)中的微生物，在澄清池的入口添加殺菌劑進行殺菌和除藻處理。醉中使用的殺菌劑是二氧化氯。由于二氧化氯發(fā)生器運行不穩(wěn)定，2013年被次氯酸鈉取代。反滲透裝置有兩排，采用一級和二級組合方式，單排設計輸出為150噸/小時，每排配有四個安全過濾器。安全濾芯采用進口品牌的高流量折疊式濾芯，過濾精度為5 μ m，

2、保安過濾器壓差異常現(xiàn)象

反滲透系統(tǒng)于2010年投入運行。運行期間，安全過濾器的壓差為監(jiān)測。當安全過濾器入口和出口之間的壓差超過0.3兆帕時，更換濾芯。系統(tǒng)投入運行后，安全濾芯的正常使用期限約為3個月，z大允許長度可達半年。自2013年4月以來，安全過濾器的異常壓差經(jīng)常上升，濾芯的使用壽命變短:當反滲透系統(tǒng)關閉一段時間后再投入運行，或者細砂過濾器反洗后再次投入運行時，安全過濾器的壓差會在很短的時間內(nèi)上升到超過允許值。2014年春夏，情況變得更加嚴重。濾芯zui僅使用了兩周。在此期間，活性炭過濾器和細砂過濾器的水污染指數(shù)均在可接受的范圍內(nèi)。未發(fā)現(xiàn)超標情況。后續(xù)反滲透裝置 級操作的壓差也相應增加，但在允許范圍內(nèi)，第二級操作的壓差增加速率沒有顯著變化。

3、預處理系統(tǒng)微生物污染判斷

3.1預處理系統(tǒng)調(diào)查

安全過濾器壓差增加表明濾芯結垢。正常情況下，濾芯結垢的原因無非是污泥顆粒堵塞和微生物污染?？疾炝祟A處理系統(tǒng)中所有設備的運行情況。澄清器和空氣洗滌過濾器運行正常。過濾出水濁度小于0.5NTU，活性炭過濾器和細砂過濾器出水SDI歷史數(shù)據(jù)在4-5之間，滿足反滲透進水要求。SDI試驗膜上未發(fā)現(xiàn)污泥或濾料粉末截留，但在細砂過濾器觀察孔處的濾料表面觀察到綠色粘性污泥附著。取出污染堵塞的濾芯進行檢查，有很重的魚腥味。濾芯筒內(nèi)側(進水側)為潔凈，外側(出水側)有淡黃色斑點，無異物堵塞跡象。系統(tǒng)檢查結果z初指向微生物污染。

3.2濾芯結垢檢測

為了進一步確定結垢原因，用掃描電子顯微鏡和能譜儀對結垢濾芯進行了顯微檢測。保持剛取出的阻污濾芯處于潮濕狀態(tài)，將其密封，并發(fā)送至檢測機構和檢測。將折疊的過濾膜切割成約3厘米×4厘米的尺寸。展開后，根據(jù)過濾膜工藝結構分離三層過濾膜。用掃描電子顯微鏡分別放大觀察每層的進水側，用能譜儀對阻污物質(zhì)進行元素分析。圖2和3是*層(su)的掃描圖像

掃描電鏡觀察結果表明，濾芯濾膜中確實存在異物，主要發(fā)生在濾膜的第二層和第三層，尤其是第三層嘴。附件幾乎占據(jù)了大部分孔隙空間，這應該是過濾器壓差高的直接原因。附著元素分析的結果表明，碳元素和氧元素的質(zhì)量分數(shù)大于70%，并且有少量的硅元素和鋁元素。從濾芯比例來看，濾芯內(nèi)部的附著物主要是有機物。結合被測濾芯的強烈腥味和出口側表面的黃綠色斑塊，可以確定微生物污染是濾芯堵塞的主要原因。

安全過濾器濾芯的微生物污染反映了預處理階段滅菌和除藻不完全。理論上，預處理系統(tǒng)的所有部分都存在微生物污染的風險。細砂過濾介質(zhì)表面存在綠色粘液表明這種風險確實存在。盡管活性炭過濾器未取樣檢測，但從細砂過濾器的污染嚴重程度來看，微生物污染的可能性非常高。

4、微生物污染原因分析

微生物存在于幾乎所有的地表水，但零星微生物不會形成菌落，也不會造成微生物污染的威脅。導致微生物污染的因素很多，如水源、溫度、季節(jié)、處理方法、操作條件等。就電廠而言，微生物污染的發(fā)生主要是殺菌劑處理、運行方式、季節(jié)因素和系統(tǒng)缺陷綜合作用的結果。

(1)預處理階段殺菌劑處理不足。從時間角度來看，微生物污染發(fā)生在殺生物劑從二氧化氯變?yōu)榇温人徕c之后，這反映了次氯酸鈉劑量不足導致殺生物不完全。就消毒性能而言，在相同劑量條件下，次氯酸鈉比二氧化氯弱。電廠使用次氯酸鈉后，澄清池出水的余氯質(zhì)量濃度一般約為0.1毫克/升。參考相關行業(yè)標準，如生活飲用水衛(wèi)生標準要求出水余氯≥0.3毫克/升，循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范要求連續(xù)加氯時，水中余氯含量控制在0.1 ~ 0.5毫克/升。為了在后續(xù)過濾器、清潔水箱和過濾器的長期停留期間保持澄清池出水的持續(xù)殺滅能力，澄清池出水0.1毫克/升的余氯含量明顯較低。隨著余氯含量的消耗和衰減，水體失活消失，生物在適當?shù)沫h(huán)境中繁殖和聚集。

(2)工藝缺陷。由于在活性炭過濾器的離子交換除鹽系統(tǒng)的基礎上增加了細砂過濾器和反滲透裝置，活性炭過濾器在反滲透預處理系統(tǒng)流程中位于細砂過濾器之前。這種相反的常規(guī)過程布置使得清潔水箱的流出物在活性炭過濾過程中被去除，即使它含有足夠的余氯，殺生物劑也不能到達細砂過濾器和安全過濾器，并且活性炭床后面的微生物不能被殺死。由于長期運行，細砂過濾器中的微生物大量積累，成為安全過濾器和反滲透膜中微生物污染源。

(3)系統(tǒng)的長期關閉會助長微生物污染。受少量軟化水的限制，反滲透和預處理系統(tǒng)通常會關閉24小時以上。在預處理階段滅菌不完全的情況下，水流的靜止狀態(tài)為微生物在水體中的積累和繁殖提供了更好的環(huán)境。微生物生長在活性炭過濾器、細砂過濾器和安全過濾器在關閉期間容易攔截污染物的位置，即快速。微生物代謝形成生物粘膜，其粘性強，幾乎不受水流剪切力的影響。一旦形成，很難通過常規(guī)方式(如反沖洗和正向沖洗)將其集中移除，從而累積很長時間

5、處理對策及效果

(4)在活性炭過濾器出口添加殺菌劑投加點進行二次殺菌處理，并添加次氯酸鈉控制后續(xù)系統(tǒng)中的微生物污染。運行時，安全過濾器入口處的余氯控制在0.1-0.3毫克/升，通過控制還原劑的加入量，保證反滲透膜入口處的余氯小于0.1毫克/升。

(5)縮短反滲透系統(tǒng)的關閉時間，每次關閉時間不得超過24h，以避免關閉過程中微生物的繁殖和積累。

以上處理措施應根據(jù)實施難度進行。2015年5月，活性炭過濾器出口二次殺菌加藥設備進行改造，細砂過濾器進行高濃度殺菌清洗處理。之后，反滲透預處理系統(tǒng)按調(diào)整后的方式運行，二次殺菌處理繼續(xù)投入運行。從改造后的運行情況來看，防治措施取得了良好的效果。截至2015年7月15日，安全濾芯已連續(xù)使用兩個多月，過濾器壓差保持良好狀態(tài)。

6、結語

嚴格的供水預處理是保證反滲透成功運行的前提。隨著微濾、超濾等精密過濾設備的日益應用和成熟，膠體和懸浮顆粒、大分子有機物對反滲透膜的威脅程度已經(jīng)大大提高到降低，而微生物污染一直是反滲透系統(tǒng)面臨的重要風險。微生物污染不僅針對反滲透膜，還可能發(fā)生在預處理系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，影響系統(tǒng)的運行。防止微生物污染是反滲透給水預處理階段的重要任務之一。由于微生物污染受多種因素影響，如水源、季節(jié)、處理方法、設備條件等。目前尚無統(tǒng)一的防治標準可供參考。要求操作人員根據(jù)實際情況選擇合適的處理方法，強化監(jiān)測，不斷總結經(jīng)驗，形成一套適合自己的安全有效的防治方法。