汙水回用反滲透係統中膜用阻垢劑的性能研究

某汙水處理廠汙水回用係統反滲透設備單元原使用的膜用阻垢劑為進口膜用阻垢劑 FLOCON135（有機磷酸鹽類，美國大湖公司）。在使用過程中出現以下問題：

第 一、其清洗周期在 15 d 左右，較一般汙水係統清洗周期 （30 d 左右 ） 要短，並且在清洗周期內運行產水量衰減明顯；

第 二、在 FLOCON135 推薦的加藥量範圍內，其加藥量越大，反滲透膜係統衰減越快；

第三、運行過程中，反滲透係統的一、二段運行壓差增加較快；

第四、由於化學清洗頻繁，反滲透係統的脫鹽率下降明顯 。

針對上述問題，筆者將自主國產品牌膜用阻垢劑應用於該反滲透係統中，並對自主品牌膜用阻垢劑與進口產品的綜合性能（ 靜態阻垢性能、藥劑兼容性、穩定動態運行） 進行比較，試驗結果表明該膜用阻垢劑更有利於係統的穩定運行。

一、試驗部分

1、試驗用水

試驗用水取自天津市開發區某汙水處理廠上遊原水，其水質為 ： Ca2+ 147.64 mg/L，Mg2+ 69.19 mg/L，硬 度 6.53 mmol/L，Cl- 874.11 mg/L，pH=6.94，堿 度 3.48 mmol/L，電 導 率 2 640 μS/cm，濁 度 1.18 mg/L，鐵 1.44 mg/L，總磷 2.31 mg/L，COD 50 mg/L。

2、靜態阻垢試驗

針對水質情況，選擇了適合的膜用阻垢劑 TS- 150（ 有機磷酸類）、TS-191 （ 有機無磷類 ）、TS-52738 （ 有機高分子類） 及 FLOCON135 進行循環水靜態阻垢試驗。 將現場原水加藥濃縮 4 倍（ 反滲透設備回收率一般為百分之七十左右），在 60 ℃下水浴保溫 12 h，加藥量為 12 mg/L（ 模擬實際係統加藥量 3 mg/L）。

根據水中 Ca2+濃度的變化，計算其阻垢率和相對阻垢率。 計算式見式（1）、式（2），相關結果如表 1 所示。

由表1可以看出，與係統原先使用的FLOCON135 相比，TS-150、TS-191 、TS-52738 的阻垢性能與之接近，甚至更好，其中以 TS-150 的靜態阻垢性能好。

3、靜態兼容性試驗

模擬現場加藥工藝，在原水中加入5 mg/L的聚合氯化鋁1 mg/L 的亞硫酸氫鈉，過濾，向濾液中加入3 mg/L的膜用阻垢劑，分別在原水和濃縮4倍條件下考察其兼容性能，結果見表 2。

由表 2 看出，進口膜用阻垢劑 FLOCON135 對現場汙水的兼容性較差，會對反滲透係統的進水端、 濃水端產生影響，該結果與現場運行情況相符合。

國產膜用阻垢劑TS-150 具有較好的兼容性能，可進一步進行現場調試試用。

二、現場應用

1、現場工藝情況

該汙水處理廠的汙水回用處理工藝流程如圖 1 所示。

在反滲透係統中，采用兩套生產規模相同的反滲透設備 （ROA、ROB） 進行對比試驗，ROA 使用原有阻垢劑 FLOCON135，ROB 使用國產阻垢劑 TS-150。設備加藥量均為 3 mg/L。

試驗為期1個月，對兩套反滲透設備的產水量、脫鹽率、進水壓力、壓差等進行了對比，考察兩種膜用阻垢劑的實際使用性能。

2、產水量變化

由於兩套設備使用同一原水，水源溫度、水質變化等外在幹擾因素可相互抵消，因此產水量可以作為評價阻垢劑的重要因素之一。試驗期間兩套反滲透設備的產水量變化如圖 2 所示。從圖 2 可以看出，在 30 d 的運行過程中 ，ROA 產水量由 155 t/h 衰減 至 112.4 t/h，衰減量為 42.6 t/h; ROB 產水量由160 t/h 衰減為130.2 t/h，衰減量為 29.8 t/h，說明 TS-150 在穩定產水量方麵比 FLOCON135 有較大的優勢。而維持較高的產水量意味著噸水生產成本（ 用電費用等） 和維護清洗頻率較低，清洗成本更低。

3、脫鹽率變化

對 ROA和ROB係統的脫鹽率進行考察，見表3。

反滲透係統的脫鹽率是評價反滲透係統產水水質的重要指標之一。 由表 3 可見，ROA、ROB 都保持了較穩定的脫鹽率，ROB 的脫鹽率還得到一定的提升。說明膜用阻垢劑TS-150和FLOCON135 在穩定反滲透膜脫鹽率方麵有相當性能，且TS-150對反滲透係統的脫鹽率有一定改善作用。

4、進水壓力變化

考察了ROA、ROB的一、二段進水壓力變化情況，如圖 3、圖 4 所示。

在相同的進水條件下，一段進水壓力的變化可反映反滲透膜對膜用阻垢劑的吸附效應與汙染情況。

從圖3可以看出ROA的一段進水壓力增加了0.32 MPa；ROB 的一段進水壓力隻增加了0.12 MPa。由此可見，反滲透係統對TS-150的吸附比FLOCON135要少，更利於反滲透係統的穩定運行。ROB 的二段進水壓力較穩定ROA運行20d後上升趨勢明顯，出現吸附汙染現象。 

在運行過程中，ROB 進水壓力受到的幹擾較小，說明膜用阻垢劑TS-150對反滲透係統的影響較FLOCON135小。TS-150的清洗成本更低。

5、壓差分析

ROA 和 ROB 的壓差分析如圖 5 、圖 6 所示 。

由圖5、圖6可見，ROA的一、二段壓差明顯高於ROB單元，說明 TS-150 比 FLOCON135 有更好的阻垢性能 。

三、結論

1、靜態阻垢試驗結果表明 TS-150 的阻垢能力較優 。

2、靜態兼容性試驗結果表明 TS-150 對汙水有較強的兼容匹配能力，不會造成反滲透膜元件的二次汙染。

3、現場實際應用表明TS-150不會對膜元件產生吸附汙染。

4、使用TS-150的反滲透膜設備保持了較穩定的產水量、較低的段間壓差，因此具備更低的噸水生產成本以及清洗成本。