微濾+反滲透：新加坡樟宜2新生水廠雙膜系統運行實踐
【谷騰環保網訊】新(xin)加坡樟宜2新(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)項目(mu)產水(shui)(shui)(shui)能力22.8萬m³/d，設計總(zong)回收率(lv)(lv)(lv)＞70%。該項目(mu)利(li)用(yong)城(cheng)鎮污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理廠二(er)級(ji)出水(shui)(shui)(shui)為原水(shui)(shui)(shui)，經過微濾系統(tong)與(yu)反(fan)滲透(tou)系統(tong)雙(shuang)膜(mo)法(fa)兩級(ji)處理，生(sheng)(sheng)產出的新(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)用(yong)于工業用(yong)水(shui)(shui)(shui)及補充飲用(yong)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)源。微濾系統(tong)對濁(zhuo)度的去除率(lv)(lv)(lv)能夠達(da)(da)到93.4%。反(fan)滲透(tou)系統(tong)出水(shui)(shui)(shui)濁(zhuo)度穩定(ding)在（0.04±0.01） NTU；總(zong)有機(ji)碳能夠降至（74.42±4.38） μg/L，去除率(lv)(lv)(lv)達(da)(da)99.4%，脫鹽率(lv)(lv)(lv)＞99%，出水(shui)(shui)(shui)NH3.N能夠達(da)(da)到（0.27±0.03） mg/L。新(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質不(bu)僅滿足新(xin)加坡新(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質要求(qiu)，且優(you)于新(xin)加坡及世界衛生(sheng)(sheng)組(zu)織(WHO)的飲用(yong)水(shui)(shui)(shui)標(biao)準。通(tong)過對反(fan)滲透(tou)重點(dian)位(wei)置膜(mo)組(zu)件的污(wu)堵情況分(fen)(fen)析確認，已使(shi)用(yong)3年的反(fan)滲透(tou)膜(mo)組(zu)件污(wu)染(ran)物主要為無機(ji)組(zu)分(fen)(fen)。
0 引言
新(xin)(xin)加(jia)(jia)坡(po)是一(yi)個人口稠密、經濟發達，但淡(dan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)資源(yuan)嚴重(zhong)缺乏的(de)(de)國(guo)家。當地政府提出開(kai)發“四(si)大水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)源(yuan)”戰略，即通(tong)過淡(dan)化(hua)海水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)、新(xin)(xin)生水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)、蓄存雨水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)與(yu)進口水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)四(si)方面，提升淡(dan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)自主供給(gei)率。新(xin)(xin)生水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)作為(wei)四(si)大水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)源(yuan)之(zhi)一(yi)，正日漸成(cheng)為(wei)新(xin)(xin)加(jia)(jia)坡(po)重(zhong)要的(de)(de)淡(dan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)來源(yuan)。新(xin)(xin)生水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)技(ji)術利用(yong)(yong)城市污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理廠二級處理后的(de)(de)出水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)，經處理后得到再(zai)生水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)，用(yong)(yong)于(yu)工業用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)與(yu)補充飲用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)源(yuan)，這(zhe)是淡(dan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)循環(huan)利用(yong)(yong)領(ling)域的(de)(de)重(zhong)要探索。新(xin)(xin)加(jia)(jia)坡(po)自1970年代開(kai)始(shi)研究新(xin)(xin)生水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)技(ji)術，并從2002年開(kai)始(shi)在全國(guo)范圍內推廣應用(yong)(yong)。如今(jin)，新(xin)(xin)加(jia)(jia)坡(po)已成(cheng)為(wei)全球領(ling)先的(de)(de)新(xin)(xin)生水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)技(ji)術中心，5家新(xin)(xin)生水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)廠年生產新(xin)(xin)生水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量可滿足全國(guo)近(jin)40％的(de)(de)用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)需(xu)求，且該比例會繼續(xu)上(shang)升，預計到2060年達到55％。
樟(zhang)宜(yi)2新(xin)(xin)生(sheng)水(shui)廠是目(mu)前新(xin)(xin)加坡(po)5座(zuo)新(xin)(xin)生(sheng)水(shui)廠中(zhong)實際(ji)產量(liang)最大(da)的(de)(de)(de)(de)，項(xiang)目(mu)自2016年12月1日正式商(shang)運(yun)起(qi)，已穩(wen)定運(yun)行(xing)(xing)(xing)4年有余。本項(xiang)目(mu)的(de)(de)(de)(de)成功運(yun)行(xing)(xing)(xing)在新(xin)(xin)加坡(po)的(de)(de)(de)(de)水(shui)資(zi)(zi)源(yuan)循環利用方(fang)面發揮(hui)了(le)(le)重(zhong)(zhong)要作用，也為(wei)其(qi)他(ta)水(shui)資(zi)(zi)源(yuan)缺乏(fa)、分布不(bu)均衡的(de)(de)(de)(de)國(guo)家與地區提供了(le)(le)很好(hao)的(de)(de)(de)(de)借鑒思路(lu)。基于樟(zhang)宜(yi)2新(xin)(xin)生(sheng)水(shui)項(xiang)目(mu)的(de)(de)(de)(de)成功案(an)例，國(guo)內也已經開發出了(le)(le)AQUENTTM新(xin)(xin)生(sheng)水(shui)綜合解決(jue)方(fang)案(an)。樟(zhang)宜(yi)2新(xin)(xin)生(sheng)水(shui)廠主要通過微(wei)濾(lv)、反(fan)滲透(tou)、紫外消毒等技術將(jiang)城市污水(shui)處理廠的(de)(de)(de)(de)二級出水(shui)轉(zhuan)化為(wei)“新(xin)(xin)水(shui)”。其(qi)中(zhong)，微(wei)濾(lv)膜與反(fan)滲透(tou)膜雙膜系統(tong)運(yun)行(xing)(xing)(xing)性(xing)能值得關注，為(wei)了(le)(le)評(ping)估雙膜系統(tong)的(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing)(xing)(xing)效(xiao)果和效(xiao)率(lv)，本文重(zhong)(zhong)點(dian)研究(jiu)反(fan)滲透(tou)膜污堵特性(xing)。
1 基本參數與方法
1.1 項目基本信息
新加坡樟(zhang)(zhang)宜(yi)2新生(sheng)水(shui)(shui)(shui)項目廠(chang)址(zhi)位于樟(zhang)(zhang)宜(yi)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理廠(chang)內，采用污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理廠(chang)二級處(chu)理后的(de)出水(shui)(shui)(shui)作為(wei)(wei)原水(shui)(shui)(shui)。樟(zhang)(zhang)宜(yi)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)廠(chang)進水(shui)(shui)(shui)主要為(wei)(wei)生(sheng)活污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)，設計處(chu)理量(liang)為(wei)(wei)112萬m³/d，主體(ti)工藝(yi)(yi)為(wei)(wei)分(fen)段式活性污(wu)(wu)(wu)泥(ni)工藝(yi)(yi)(SFAS)，是世(shi)界首座實(shi)現穩定運行的(de)主流厭氧氨氧化的(de)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理廠(chang)。
樟宜2新(xin)(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)項目(mu)，設(she)計產(chan)水(shui)(shui)(shui)(shui)能(neng)力(li)22.8萬(wan)m³/d，設(she)計總回收率＞70%。項目(mu)分為三個區域，分別為進水(shui)(shui)(shui)(shui)及均質(zhi)區（1區）、膜(mo)(mo)處理車間(jian)（2區）、新(xin)(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)儲(chu)存及提(ti)升(sheng)泵站(zhan)（3區）。項目(mu)生(sheng)(sheng)產(chan)的新(xin)(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)直接用于提(ti)供工業用水(shui)(shui)(shui)(shui)，并可(ke)補(bu)入蓄水(shui)(shui)(shui)(shui)池作為飲用水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)源。新(xin)(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)項目(mu)工藝流程如圖1所示(shi)，主要通過(guo)雙膜(mo)(mo)系統制備新(xin)(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)。污水(shui)(shui)(shui)(shui)處理廠(chang)二沉池出水(shui)(shui)(shui)(shui)通過(guo)進水(shui)(shui)(shui)(shui)泵提(ti)升(sheng)，進入自(zi)清洗(xi)過(guo)濾器(qi)與微濾系統(MF)，去除水(shui)(shui)(shui)(shui)中懸浮物(wu)及部分微生(sheng)(sheng)物(wu)，之后(hou)通過(guo)反滲透(tou)高壓(ya)泵加(jia)壓(ya)，經(jing)過(guo)保安過(guo)濾器(qi)與一級兩段反滲透(tou)系統(RO)，去除污水(shui)(shui)(shui)(shui)中的有機(ji)物(wu)、可(ke)溶性(xing)鹽(yan)類、膠體成分和微生(sheng)(sheng)物(wu)。RO產(chan)水(shui)(shui)(shui)(shui)經(jing)過(guo)紫(zi)外消毒系統后(hou)，進入新(xin)(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)儲(chu)罐，之后(hou)泵送至新(xin)(xin)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)管(guan)網。
圖1 樟宜2新生水廠新生水制備工藝(yi)流程
1.2 雙膜系統參數
本項(xiang)目的(de)新生水(shui)制(zhi)備(bei)工(gong)藝(yi)(yi)流程主要依靠微(wei)濾與(yu)反滲透聯合使(shi)用的(de)雙膜法進(jin)行新生水(shui)制(zhi)備(bei)，雙膜法工(gong)藝(yi)(yi)在國內電子廢水(shui)和鋼(gang)鐵廢水(shui)等領域也(ye)有(you)廣泛應用。雙膜系(xi)統(tong)的(de)參數對新生水(shui)制(zhi)備(bei)系(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)、有(you)效(xiao)運行起著至關重(zhong)要的(de)作用。
1.2.1 微(wei)濾(lv)系統
工藝中設置自清洗(xi)過濾(lv)(lv)(lv)系(xi)統（Amiad，Israel）11套，過濾(lv)(lv)(lv)精度(du)為0.5 mm，可根據進(jin)(jin)水水質變化實現(xian)全自動在線清洗(xi)。微(wei)濾(lv)(lv)(lv)系(xi)統包括進(jin)(jin)水泵、微(wei)濾(lv)(lv)(lv)膜設備、壓縮空氣系(xi)統和化學強化反洗(xi)單元、就地清洗(xi)單元（MF Clean-in-Place，MF CIP）等。微(wei)濾(lv)(lv)(lv)進(jin)(jin)水泵共(gong)有(you)4套（3用1備），流量(liang)4316 m³/h，揚程25.4m。微(wei)濾(lv)(lv)(lv)系(xi)統膜組件設計參數(shu)見表1。
表1 微濾(lv)系統(tong)與反滲透系統(tong)設計參數
1.2.2 反滲透系統
工(gong)藝中(zhong)設(she)(she)置(zhi)(zhi)保安(an)過濾器12臺(tai)（11用1備(bei)），過濾精度5 μm，單臺(tai)流(liu)量1190 m³/h。反(fan)(fan)滲透系統(tong)(tong)包括進水(shui)池(chi)、進水(shui)泵、反(fan)(fan)滲透膜設(she)(she)備(bei)、清洗(xi)(xi)單元以及(ji)能量回(hui)收(shou)裝置(zhi)(zhi)等。反(fan)(fan)滲透進水(shui)池(chi)4座，每座有效容積220 m³，停(ting)留時間5.5 min；高壓進水(shui)泵4臺(tai)（3用1備(bei)）（KSB，Germany），單臺(tai)流(liu)量4400 m³/h，揚程(cheng)86.5 m；RO系統(tong)(tong)設(she)(she)計(ji)參數(shu)見表(biao)2。配套RO清洗(xi)(xi)系統(tong)(tong)設(she)(she)置(zhi)(zhi)酸洗(xi)(xi)泵、堿洗(xi)(xi)泵等。每套反(fan)(fan)滲透裝置(zhi)(zhi)段間設(she)(she)置(zhi)(zhi)1套能量回(hui)收(shou)系統(tong)(tong)（FEDCO，America），單臺(tai)流(liu)量570 m³/h。反(fan)(fan)滲透系統(tong)(tong)設(she)(she)計(ji)參數(shu)見表(biao)1。
1.2.3 消毒系統(tong)和新生(sheng)水儲存系統(tong)
管(guan)式紫外消毒(du)系統(tong)共有8套(tao)（7用(yong)1備(bei)）（Wedeco，Germany），每套(tao)處理(li)能力1429 m³/h，額定紫外劑量(liang)50 mJ/cm²。設新生水(shui)(shui)(shui)儲(chu)罐(guan)5座(zuo)，每座(zuo)容積18000 m³，總容積占設計水(shui)(shui)(shui)量(liang)的(de)39%，材質(zhi)為(wei)碳鋼(gang)內襯(chen)環(huan)氧樹脂，可(ke)滿足水(shui)(shui)(shui)廠間歇運行或新加坡國家稅務局（PUB）臨時(shi)調配時(shi)的(de)水(shui)(shui)(shui)量(liang)需(xu)求。系統(tong)共有新生水(shui)(shui)(shui)提升(sheng)泵5臺（3用(yong)2備(bei)），流(liu)量(liang)3167 m³/h，揚程65.5m。
1.3 反滲透膜(mo)污堵檢(jian)測(ce)方法
當所有的自(zi)動無損檢測程(cheng)序和評估都不能揭示RO系統性能下降的原因時，需要進行元件解(jie)剖，用以分析反(fan)滲透(tou)(tou)膜(mo)污堵(du)(du)特性，為新生水系統的正常運行提(ti)供(gong)重要數據參數支持。圖(tu)2位反(fan)滲透(tou)(tou)膜(mo)污堵(du)(du)檢測流程(cheng)。選(xuan)取(qu)樟宜2新生水廠(chang)現場，反(fan)滲透(tou)(tou)系統二段(duan)的一個(ge)膜(mo)元件（ESPA2 MAX, Hydranautics, 美國(guo)），用于(yu)膜(mo)解(jie)剖，該膜(mo)已使用3年。
圖2 反滲透膜(mo)污堵(du)檢測流程(cheng)
2 結果與討論
2.1 進(jin)出水(shui)水(shui)量水(shui)質(zhi)
樟(zhang)宜2新(xin)(xin)生(sheng)水(shui)廠進出(chu)水(shui)水(shui)質檢測(ce)(ce)分為(wei)微生(sheng)物(wu)(wu)指(zhi)標(biao)(biao)、物(wu)(wu)理指(zhi)標(biao)(biao)、化(hua)(hua)學指(zhi)標(biao)(biao)三大類(lei)。微生(sheng)物(wu)(wu)指(zhi)標(biao)(biao)主要(yao)有(you)大腸埃希(xi)氏(shi)菌和異養細菌；物(wu)(wu)理指(zhi)標(biao)(biao)有(you)色度、電導率、濁度等；化(hua)(hua)學指(zhi)標(biao)(biao)包括氨氮(dan)（NH3-N）、鋁、氟化(hua)(hua)物(wu)(wu)等，各項(xiang)(xiang)指(zhi)標(biao)(biao)都要(yao)求較高。項(xiang)(xiang)目設計(ji)出(chu)水(shui)指(zhi)標(biao)(biao)要(yao)求總計(ji)30余項(xiang)(xiang)，定期(qi)監測(ce)(ce)產水(shui)檢測(ce)(ce)指(zhi)標(biao)(biao)達189項(xiang)(xiang)，實際處(chu)理的新(xin)(xin)生(sheng)水(shui)水(shui)質不但滿足新(xin)(xin)生(sheng)水(shui)水(shui)質要(yao)求，且優于新(xin)(xin)加坡的飲用水(shui)標(biao)(biao)準。
項目(mu)設計進(jin)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質、2019年(nian)上半年(nian)實際進(jin)、出(chu)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質（部分）及新加坡(po)出(chu)水(shui)(shui)標準(zhun)見表2。樟(zhang)宜2新生水(shui)(shui)廠雖對BOD5(≤30mg/L)等指標要求較新加坡(po)污水(shui)(shui)排放標準(zhun)(≤20mg/L)寬(kuan)松，但實際進(jin)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質良好(hao)，為(wei)膜系統(tong)穩定高效(xiao)運行提(ti)供了(le)有(you)利條件。
表2 樟宜2新(xin)生(sheng)水(shui)廠設計與實際進、出水(shui)水(shui)質及(ji)其(qi)與相關標(biao)準的對比
2.2 雙膜(mo)系統處(chu)理效果(guo)
統(tong)計2019全年運(yun)行雙膜系(xi)統(tong)進水(shui)及(ji)雙膜系(xi)統(tong)凈化，經紫外消毒后(hou)的(de)(de)(de)出水(shui)指(zhi)標，如圖3所示。微濾(lv)(lv)系(xi)統(tong)主要對濁度(du)(du)有明顯(xian)的(de)(de)(de)去(qu)除效果，濁度(du)(du)從微濾(lv)(lv)系(xi)統(tong)進水(shui)的(de)(de)(de)（2.58±1.02） NTU降(jiang)至出水(shui)平均(jun)值（0.17±0.03） NTU，去(qu)除率達到(dao)93.4%。微濾(lv)(lv)系(xi)統(tong)對總有機碳(tan)（TOC）無明顯(xian)去(qu)除作用。NH3-N通(tong)過微濾(lv)(lv)系(xi)統(tong)后(hou)有一定(ding)程度(du)(du)降(jiang)低，從微濾(lv)(lv)系(xi)統(tong)進水(shui)的(de)(de)(de)（3.38±0.84） mg/L降(jiang)至（2.33±0.77） mg/L。
反滲(shen)(shen)(shen)透系統(tong)對濁度、電導率、TOC和NH3-N的去(qu)除(chu)效果都較為明顯(xian)，且出(chu)水(shui)(shui)各指標數(shu)據離(li)散度小、穩定(ding)性(xing)高(gao)。新加坡地處熱(re)帶，全年溫度較高(gao)且恒定(ding)，氣候條件為膜的穩定(ding)高(gao)效運行營造了良(liang)好環境。反滲(shen)(shen)(shen)透系統(tong)出(chu)水(shui)(shui)濁度穩定(ding)在（0.04±0.01） NTU；TOC從進水(shui)(shui)的（12.96±0.23） mg/L降至(zhi)（74.42±4.38） μg/L，去(qu)除(chu)率達99.4%。反滲(shen)(shen)(shen)透系統(tong)進水(shui)(shui)電導率數(shu)值為617.48~1073.42 μS/cm，出(chu)水(shui)(shui)電導率穩定(ding)在（65.31±4.43） μS/cm。NH3-N由（2.33±0.77） mg/L降至(zhi)（0.27±0.03） mg/L。可見(jian)，反滲(shen)(shen)(shen)透系統(tong)對TOC及鹽分脫(tuo)除(chu)效果極好，產水(shui)(shui)的該兩(liang)項指標完(wan)全優于(yu)飲用(yong)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質標準。
圖3 樟(zhang)宜(yi)2新生水廠雙(shuang)膜系統進(jin)、出(chu)水水質在線監(jian)測結果
2.3 雙膜系統運(yun)行及清洗
2.3.1 微濾系統(tong)的運行及清洗
2019年6至(zhi)(zhi)9月微濾(lv)(lv)系統跨(kua)膜(mo)壓(ya)(ya)差和(he)通(tong)量(liang)(liang)(liang)情況如圖4所示。在(zai)每個過(guo)濾(lv)(lv)周期內，瞬時(shi)過(guo)膜(mo)通(tong)量(liang)(liang)(liang)由大(da)于150 L/(m²·h)逐漸(jian)(jian)降(jiang)低至(zhi)(zhi)50 L/(m²·h)左右，與此(ci)同時(shi)，跨(kua)膜(mo)壓(ya)(ya)差同步從小于0.5 bar逐漸(jian)(jian)升高(gao)至(zhi)(zhi)1.5 bar甚至(zhi)(zhi)以上。微濾(lv)(lv)在(zai)線強化(hua)通(tong)量(liang)(liang)(liang)維護清(qing)(qing)洗(xi)(xi)頻率(lv)約為(wei)2天1次，但就(jiu)地清(qing)(qing)洗(xi)(xi)周期時(shi)長(chang)并(bing)不固定(ding)。這是(shi)因(yin)為(wei)目前運行(xing)(xing)程序設定(ding)為(wei)：當跨(kua)膜(mo)壓(ya)(ya)差高(gao)于1.5 bar或通(tong)量(liang)(liang)(liang)低于40 L/(m²·h)或在(zai)線強化(hua)通(tong)量(liang)(liang)(liang)維護清(qing)(qing)洗(xi)(xi)達到(dao)60次時(shi)，進行(xing)(xing)微濾(lv)(lv)系統的(de)恢復(fu)性就(jiu)地清(qing)(qing)洗(xi)(xi)。因(yin)此(ci)，微濾(lv)(lv)的(de)就(jiu)地清(qing)(qing)洗(xi)(xi)周期在(zai)1至(zhi)(zhi)2個月之間(jian)浮(fu)動。
圖4 微(wei)濾(lv)系統(tong)跨膜壓差及(ji)通量變化
2.3.2 反(fan)滲透系統的運(yun)行及(ji)清洗(xi)
反(fan)滲(shen)透系(xi)統連(lian)續運(yun)(yun)行(xing)時，可(ke)根據不(bu)同的(de)(de)原水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)，通過調節二段(duan)(duan)反(fan)滲(shen)透進水(shui)(shui)阻(zu)力以限制輸送至二段(duan)(duan)反(fan)滲(shen)透系(xi)統的(de)(de)流量，提(ti)升一段(duan)(duan)回收率，調整系(xi)統總體運(yun)(yun)行(xing)狀態。反(fan)滲(shen)透進水(shui)(shui)高壓泵維持在6.5 bar左(zuo)右運(yun)(yun)行(xing)，統計(ji)2019年6至9月(yue)反(fan)滲(shen)透系(xi)統一段(duan)(duan)、二段(duan)(duan)相(xiang)對壓差(cha)值(即進水(shui)(shui)與濃水(shui)(shui)之間壓差(cha))隨運(yun)(yun)行(xing)時間的(de)(de)變化情況，如圖(tu)5所示。
圖5 一段及二(er)段反(fan)滲透系統的壓差變化
每(mei)個運行周(zhou)(zhou)期中，一段壓(ya)差(cha)(cha)(cha)自初始1.0 bar快速(su)上升(sheng)，二段壓(ya)差(cha)(cha)(cha)初始為1.3 bar左右，但上升(sheng)較緩慢，說(shuo)明兩段反滲(shen)透膜污染均加(jia)重，且(qie)由于進(jin)水水質和產水量的原因，一段膜污染速(su)率更快。每(mei)日啟(qi)停機時(shi)對反滲(shen)透系(xi)統進(jin)行沖洗，并根據壓(ya)差(cha)(cha)(cha)及通量情況采用酸液、堿液進(jin)行不同程度(du)(du)化學(xue)清(qing)洗，低(di)濃度(du)(du)化學(xue)清(qing)洗周(zhou)(zhou)期約10天，就(jiu)地化學(xue)清(qing)洗周(zhou)(zhou)期約為1~3個月。
2.4 反滲透膜(mo)污堵情況
反(fan)滲透(tou)膜(mo)(mo)(mo)的(de)污(wu)堵會(hui)導致膜(mo)(mo)(mo)通量下降、產水(shui)水(shui)質下降等問題，這也(ye)是限制污(wu)水(shui)再生(sheng)處理(li) RO 工藝穩(wen)定(ding)運行(xing)的(de)主(zhu)要問題。解剖(pou)反(fan)滲透(tou)系統(tong)二段的(de)膜(mo)(mo)(mo)組件(jian)，分(fen)別進行(xing)物理(li)評價和(he)化學分(fen)析測試的(de)膜(mo)(mo)(mo)評價。反(fan)滲透(tou)系統(tong)膜(mo)(mo)(mo)的(de)污(wu)堵情況(kuang)分(fen)析，有(you)利于對雙膜(mo)(mo)(mo)系統(tong)的(de)運行(xing)效果和(he)效率(lv)進行(xing)評估，并(bing)為新生(sheng)水(shui)制備(bei)工藝的(de)高(gao)效運行(xing)提(ti)供(gong)技術(shu)支撐。
2.4.1 物理評價(jia)
對膜組件進行外部檢查發現，鹽水(shui)密封缺失(shi)，玻璃鋼外殼存(cun)在大量污(wu)染物，但滲(shen)透管狀(zhuang)況良好。
將膜組件打開(kai)進行內部檢查發現：膠線有明(ming)顯(xian)污(wu)染。膜上有濃(nong)密的(de)深褐色污(wu)垢，粘在(zai)(zai)表面，很難被(bei)刮掉(diao)。污(wu)垢嚴重的(de)地方將兩(liang)片膜葉和(he)間隔層(ceng)粘在(zai)(zai)一起，使膜在(zai)(zai)展開(kai)時受到損壞。進水墊片位置也能觀察到明(ming)顯(xian)污(wu)垢，出水墊片處較為(wei)正常，詳見(jian)圖6。
圖6 膜組件內部(bu)整(zheng)體狀況(kuang)
（a打(da)開視圖， b進(jin)水墊片， c膜污染，不易刮掉(diao)， d膠(jiao)線入口， e膠(jiao)線出口， f、g 膜展開時觀察到的膜損傷）
2.4.2 膜(mo)評價
2.4.2.1 鹵代(dai)烴測試(shi)
鹵(lu)代(dai)烴測試能夠(gou)指(zhi)示膜的(de)鹵(lu)素損(sun)傷情況。從膜表(biao)面不同部(bu)分(fen)切下的(de)3個樣(yang)品，每份樣(yang)品的(de)±1 cm×1cm的(de)區域(yu)切割后與氫氧化(hua)鈉和吡啶反應。假如有粉(fen)紅色形(xing)成表(biao)明存在鹵(lu)化(hua)有機(ji)物(wu)，即可確定鹵(lu)化(hua)有機(ji)物(wu)（如氯或其他鹵(lu)素）損(sun)壞了聚(ju)酰(xian)胺膜。但對于分(fen)析的(de)膜組(zu)件，測試結果表(biao)現為陰性。這說明膜未受鹵(lu)素損(sun)傷，證明反滲透膜系統在運行中的(de)游(you)離(li)氯控制較好。
2.4.2.2 單元(yuan)測(ce)試
取膜(mo)切片，測(ce)定“A”和(he)“B”值(zhi)(zhi)(zhi)。“A”值(zhi)(zhi)(zhi)為水(shui)(shui)通道常數(shu)(shu)，是(shi)滲透(tou)流量的(de)函數(shu)(shu)，A值(zhi)(zhi)(zhi)越高(gao)(gao)，通過(guo)膜(mo)的(de)流量就越好。“B”值(zhi)(zhi)(zhi)為鹽(yan)(yan)通道常數(shu)(shu)，是(shi)抗鹽(yan)(yan)性的(de)函數(shu)(shu)，B指數(shu)(shu)越高(gao)(gao)，滲透(tou)液中的(de)鹽(yan)(yan)分越多。低A值(zhi)(zhi)(zhi)和(he)中高(gao)(gao)B值(zhi)(zhi)(zhi)可能表(biao)示膜(mo)有污染，低A和(he)高(gao)(gao)B（>10）可能表(biao)示已經水(shui)(shui)垢(gou)形成(cheng)，非(fei)常高(gao)(gao)的(de)A（>50%的(de)制造商出(chu)廠(chang)值(zhi)(zhi)(zhi)）或(huo)B（>500）可能表(biao)明(ming)膜(mo)降解(jie)或(huo)膜(mo)破損。測(ce)試所得(de)的(de)A和(he)B的(de)值(zhi)(zhi)(zhi)見表(biao)3，分析(xi)沖洗前(qian)數(shu)(shu)據(ju)，A和(he)通量都(dou)小于(yu)出(chu)廠(chang)值(zhi)(zhi)(zhi)，說明(ming)膜(mo)有污堵；B值(zhi)(zhi)(zhi)和(he)脫鹽(yan)(yan)率均(jun)明(ming)顯劣于(yu)出(chu)廠(chang)值(zhi)(zhi)(zhi)，膜(mo)可能存(cun)在破損現象；沖洗后，通量增大，B值(zhi)(zhi)(zhi)劇增，脫鹽(yan)(yan)能力幾乎(hu)喪失(shi)，證明(ming)膜(mo)確實(shi)存(cun)在破損。
表3 單(dan)元測試結果
2.4.2.3 染色試(shi)驗
在(zai)單元測(ce)試(shi)之后(hou)，對(dui)膜樣片進行龍(long)膽紫(zi)染色試(shi)驗。被機械損(sun)(sun)壞(huai)的薄(bo)膜會吸(xi)收這種染料，嚴重(zhong)損(sun)(sun)壞(huai)區域，甚(shen)至會使染-料滲入到背面。如圖7所示(shi)，膜的染料染色試(shi)驗陽性(xing)，表(biao)明(ming)膜具有(you)明(ming)顯(xian)損(sun)(sun)傷。
圖7 膜片(pian)染色結果
2.4.3 雜(za)質分析
2.4.3.1 燒失(shi)量（LOI）
從膜上(shang)收(shou)集(ji)污物(wu)，干燥、稱(cheng)重(zhong)、點燃(ran)并(bing)重(zhong)新稱(cheng)重(zhong)。定義計算如式（1）所示：
LOI可(ke)用作樣(yang)品有(you)機物(wu)/水含量的粗(cu)略估計，LOI大(da)于約(yue)35%時，說明樣(yang)品中(zhong)存在明顯的有(you)機物(wu)。經測定(ding)，膜元件膜表面沉積污垢(gou)的LOI為15%，說明污垢(gou)的主要成分(fen)(fen)并非有(you)機組分(fen)(fen)。由(you)于LOI<20%，未進(jin)一步進(jin)行紅外(wai)光譜分(fen)(fen)析和(he)有(you)機化合物(wu)定(ding)量分(fen)(fen)析。
2.4.3.2 X射線熒光（XRF）
用(yong)X射線(xian)束照(zhao)射從(cong)膜(mo)表(biao)面獲得的(de)(de)污(wu)物，這些(xie)元(yuan)素(su)(su)被主(zhu)光束吸收激發(fa)(fa)，并發(fa)(fa)射出自己(ji)的(de)(de)熒(ying)光X射線(xian)，從(cong)而為(wei)氟和鈾(you)之間(jian)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)提供(gong)了元(yuan)素(su)(su)分(fen)析。未報告(gao)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)即為(wei)低于檢測限值(zhi)。從(cong)膜(mo)組件(jian)表(biao)面去除污(wu)垢的(de)(de)結果(guo)分(fen)析如表(biao)4所示，結果(guo)說明(ming)污(wu)染(ran)物主(zhu)要為(wei)無機組分(fen)，用(yong)氧化物形(xing)式表(biao)征膜(mo)污(wu)染(ran)物成分(fen)，包括CaO、P2O5、SO3和硫酸鹽、CaCO3、MgO、Fe2O3。
表4 無機(ji)物分析(xi)結果
注：硫酸(suan)鹽定性點檢結果為陽(yang)性。
2.4.3.3 沉積物重量密度（DWD）
膜元件上切下的膜片分成兩部分，一半不經處理(li)作為對照，另一半用去離子水(shui)沖洗水(shui)，烘(hong)干后冷(leng)卻稱重，并測(ce)量膜片的寬度(du)和長(chang)度(du)。DWD計算如式（2）所示：
結果表(biao)(biao)明膜表(biao)(biao)面(mian)污(wu)(wu)垢的(de)沉積(ji)重量密度（DWD）約為(wei)(wei)3.50 mg/cm²。輕污(wu)(wu)染的(de)典型DWD值為(wei)(wei)0.05~0.3 mg/cm²；嚴重污(wu)(wu)染元素的(de)DWD值>1 mg/cm²，結果表(biao)(biao)明反滲透膜處(chu)于嚴重污(wu)(wu)染狀態。
2.4.4 避免污堵注意事項及建議
為避(bi)免雙膜(mo)(mo)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)出現嚴重污(wu)堵影響出水(shui)效率(lv)(lv)與質量(liang)，保(bao)證反滲透(tou)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的高效穩定(ding)運行(xing)(xing)，建(jian)議可采(cai)取如下措施：① 需要(yao)定(ding)期(qi)(qi)根(gen)據產水(shui)電導率(lv)(lv)情況，評估微濾(lv)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)處理(li)效果，對(dui)(dui)重點位置膜(mo)(mo)元件進(jin)行(xing)(xing)檢(jian)測分析(xi)，檢(jian)測方法如1.3中所述。② 為保(bao)證雙膜(mo)(mo)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)進(jin)水(shui)水(shui)質達到要(yao)求，降低污(wu)堵頻(pin)率(lv)(lv)，需要(yao)定(ding)期(qi)(qi)更換保(bao)安過濾(lv)器濾(lv)芯。③ 及時(shi)進(jin)行(xing)(xing)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)清洗(xi)，確保(bao)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)穩定(ding)運行(xing)(xing)。對(dui)(dui)于反滲透(tou)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)，建(jian)議每(mei)日啟(qi)停機時(shi)對(dui)(dui)反滲透(tou)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)進(jin)行(xing)(xing)沖洗(xi)，并(bing)根(gen)據壓(ya)差及通量(liang)情況采(cai)用酸(suan)液、堿液進(jin)行(xing)(xing)不同(tong)程度化(hua)學(xue)清洗(xi)。對(dui)(dui)于微濾(lv)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)，在(zai)新加坡等溫度較高的地(di)區(qu)，為了有效避(bi)免微生物和部分有機物污(wu)染，也要(yao)保(bao)證足夠頻(pin)率(lv)(lv)的在(zai)線(xian)強化(hua)通量(liang)維護清洗(xi)頻(pin)和就地(di)清洗(xi)周期(qi)(qi)。
3 結論
樟(zhang)宜(yi)2新生(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)項目(mu)采用MF+RO膜(mo)(mo)法處(chu)(chu)理(li)城鎮污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)廠二級處(chu)(chu)理(li)出水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)，出水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)不但(dan)滿(man)足新生(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)標準(zhun)還(huan)優(you)于新加(jia)坡飲用水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)標準(zhun)。MF作為(wei)RO的(de)(de)預處(chu)(chu)理(li)，可有(you)效(xiao)(xiao)降低(di)進(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)濁度(du)，保(bao)(bao)障(zhang)RO系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)穩定(ding)(ding)運(yun)(yun)行(xing)。新生(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)經雙(shuang)膜(mo)(mo)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)處(chu)(chu)理(li)，濁度(du)、電(dian)導(dao)(dao)率、TOC和NH3-N指標都有(you)明顯(xian)下降，且出水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)各指標數據離(li)散度(du)小，穩定(ding)(ding)性高(gao)。雙(shuang)膜(mo)(mo)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)通過規律的(de)(de)周(zhou)期性清洗(xi)，可以保(bao)(bao)證(zheng)其運(yun)(yun)行(xing)狀態的(de)(de)穩定(ding)(ding)。通過對(dui)(dui)已(yi)使用3年的(de)(de)重點部位反滲(shen)透膜(mo)(mo)組件的(de)(de)污堵情(qing)況分(fen)析，部分(fen)反滲(shen)透膜(mo)(mo)存在(zai)污染和破(po)損狀態，污染物主要為(wei)無機組分(fen)。為(wei)保(bao)(bao)證(zheng)反滲(shen)透系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)高(gao)效(xiao)(xiao)穩定(ding)(ding)運(yun)(yun)行(xing)，需要根據產水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)電(dian)導(dao)(dao)率情(qing)況對(dui)(dui)重點位置膜(mo)(mo)元件進(jin)行(xing)檢測分(fen)析，并(bing)重點關(guan)注微濾(lv)(lv)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)處(chu)(chu)理(li)效(xiao)(xiao)果，定(ding)(ding)期更換保(bao)(bao)安(an)過濾(lv)(lv)器濾(lv)(lv)芯(xin)，及(ji)時對(dui)(dui)雙(shuang)膜(mo)(mo)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)進(jin)行(xing)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)清洗(xi)，確保(bao)(bao)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)穩定(ding)(ding)運(yun)(yun)行(xing)。樟(zhang)宜(yi)2新生(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)項目(mu)后(hou)續研究(jiu)將以雙(shuang)膜(mo)(mo)法的(de)(de)設計(ji)與運(yun)(yun)行(xing)兩方面為(wei)基礎，在(zai)其降低(di)能耗(hao)、減少(shao)藥耗(hao)、優(you)化濃水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)與排放等方面進(jin)一(yi)步開(kai)展研究(jiu)。
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