【生产实践】生活用纸超滤反渗透系统膜污染分析

徐彬 先生 技术员；

主要负责公司生活用纸事业部工艺技术管理工作。

大多数生活用纸企业通过多盘气浮等设备实现白水的循环利用，因此进入系统的清水量和排出的废水量大大减少，导致湿部系统阴离子垃圾和无机盐的积累，引起纸机运行和纸页物理指标的不稳定。目前很少有生活用纸企业利用超滤反渗透设备去除清水中的固形物和微生物，通过提高清水的质量实现系统更长时间、更稳定的运行。

超滤反渗透技术具有占地面积小、能耗低、出水质量稳定等特点。然而在运行中，超滤反渗透膜容易发生污染和性质恶化，造成产水量和脱盐率的下降以及膜压差的升高。其中，微生物污染是超滤反渗透膜的常见问题，特别是进水水质浊度差、杀菌措施不到位，超滤反渗透膜频繁发生污堵。

笔者介绍某公司清水处理项目的超滤反渗透工艺流程，结合出现的超滤反渗透膜污染问题，针对性地 开展超滤反渗透膜在线清洗工艺和杀菌方案的研究，以确保超滤反渗透系统发挥其正常效能，延长膜运行周期和寿命，使产水水质达到设计要求。

1 工艺流程

某公司超滤反渗透系统工艺流程见图1。

电厂清水首先进入HMF超滤装置（如果水温超过40℃，电厂清水首先进入冷却塔冷却），在水位压差和抽吸泵的共同作用下由中空纤维膜丝的外壁进入到膜丝的内壁，污染物被截留在膜丝的表面。为了避免严重的膜丝污染，HMF膜过滤方式采用间歇产水、连续曝气的工作模式，使得膜丝表面的污染物在空气气泡的摩擦作用下松动脱落。膜丝内部产水汇集进入RO进水池，然后经过保安过滤器由高压泵加压进入RO反渗透装置，产水储存在RO产水池供生产车间使用。该反渗透装置包括15个压力容器，一级两段按照2∶1方式排列，每个压力容器内部安装6根RO卷式膜，共90根。另外，本系统还配备一套在线化学清洗装置，当膜元件受到严重污染后可以进行在线化学清洗。

2  原有清洗和杀菌工艺方案

(1）HMF膜设置为产水8min，反冲洗2min。

(2）非氧化型杀菌剂连续添加进RO进水池，浓度25mg/kg。

(3）RO反渗透装置启动前清洗系统2min，产水结束后清洗系统2min。

(4）HMF膜和RO反渗透装置压差超过0.3MPa，利用在线化学清洗装置用质量分数1%NaOH和1%HCl溶液对膜浸泡4h，去除膜端污染物，恢复膜性能。

3 超滤反渗透膜污染分析

超滤反渗透膜污染是指有机物、微生物或者无机盐沉积在膜表面，使膜产水量下降的过程。典型的超滤反渗透系统去除杂质的范围见图2。由图2可知，HMF超滤膜的孔径是0.1μm，比大部分藻类、胶体、颗粒的尺寸小很多，因此HMF超滤膜截留了电厂清水中的藻类、胶体、颗粒等物质，由于该池没有采取杀菌措施，引起池中藻类大量繁殖（见图3）。细菌和微生物尺寸小，可以透过HMF膜进入RO进水池，由于该池始终保持一定液位，非氧化杀菌剂没有大剂量冲击式加投，导致细菌数量猛增到4次方。被污染的水质引起保安过滤器堵塞，反渗透装置一段膜端附着棕黄色、带有腥臭味的滑腻黏泥（见图4）。该黏泥首先用相差显微镜检查（结果见图5），然后在烘箱50℃下干燥8h，随后取部分干燥后样品在马弗炉575℃和900℃下煅烧，测得无机盐含量分别为4.98%和4.92%。因此，干燥后样品有机物含量为95%。该样品点燃后有烧焦羽毛的气味，结合图5可以推断出黏泥的主要成分是含有蛋白质的细菌、线虫及其排泄产物。

虽然该系统使用的电厂清水污染指数SDI≤1，浊度也很低，但杀菌方案没有覆盖HMF超滤装置和RO进水池没有冲击式浸泡加投非氧化型杀菌剂，依然会引起严重的膜污染。这些污染物在超滤反渗透系统中的分布表现出一定的规律性（见表1）。

超滤反渗透装置被有机物、无机物污染后，性能会严重衰退。由图6和图7可知，主要表现在2019年8月份以来HMF膜被污堵后产水泵压力持续下降，甚至出现负压；保安过滤器和反渗透装置一段膜压差增加，反渗透膜产水流量下降。即使10月份在线化学清洗后也很难恢复到原来状态，反渗透装置一段膜压差依然维持超过0.3MPa，产水量20m³/h。

4 杀菌和清洗工艺方案改进

分析超滤反渗透膜污染的原因可知，HMF超滤装置、RO进水池、保安过滤器、RO反渗透装置未进行全过程杀菌是污染的主要原因，膜被污染后未及时在线清洗和没有根据污染物种类制定清洗计划是次要原因。因此，对原有杀菌和在线清洗工艺进行部分改进，实现全过程杀菌和及时有效的在线清洗，确保超滤反渗透膜污染得到有效控制。改进杀菌和在线清洗工艺内容如下：

(1）新增次氯酸钠溶液添加点，添加浓度是1mg/kg，对HMF超滤装置进行预防性间歇杀菌。

(2）非氧化杀菌剂由连续加投改为间歇式冲击浸泡加投，添加浓度大于50mg/kg，对RO进水池每隔24h杀菌一次。

(3）将还原剂硫代硫酸钠改为亚硫酸氢钠，亚硫酸氢钠既可以还原氧化物保护反渗透装置，大剂量加投又可以对保安过滤器和反渗透装置进行还原性杀菌。

(4）HMF膜和RO反渗透装置压差由原先≥0.3MPa改为≥0.2MPa时进行在线化学清洗，在线化学清洗剂由1%HCl和1%NaOH溶液改为依据污染物的类型选择不同的合适清洗剂^[10]（见表2）。

5 效果验证

超滤反渗透装置的杀菌和在线清洗工艺改进后，系统运行参数见图8和图9，各段菌落数见表3。从中可以看出改进后HMF膜产水泵压力稳定在0.95MPa附近，没有出现膜污染导致的产水压力下降现象；保安过滤器压差和一段膜压差小于0.2MPa，反渗透装置产水流量稳定增加。系统各段菌落得到抑制，HMF超滤装置、RO进水池和RO产水池菌落数下降明显。

6 结论

本研究通过分析生活用纸超滤反渗透膜污染的原因，针对性地改善杀菌和在线清洗工艺，得到如下结论：
超滤反渗透系统正常运行受各段杀菌效果的制约,实现全过程杀菌可以明显降低系统菌落数；根据膜污染物的种类选择合适的清洗方案，可以有效减少超滤反渗透装置的压差，提高产水流量，保证系统发挥正常效能。