嚴(yán)格的給水預(yù)處理是保證反滲透成功運(yùn)行的前提，而微生物污染則始終是反滲透系統(tǒng)面臨的重要風(fēng)險(xiǎn)。微生物污染不只是針對(duì)反滲透膜，在前處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都可能發(fā)生并影響系統(tǒng)運(yùn)行，防止發(fā)生微生物污染是反滲透給水前處理階段重要工作之一。
1、系統(tǒng)概況
某發(fā)電廠采用反滲透膜法技術(shù)進(jìn)行預(yù)脫鹽，再經(jīng)二級(jí)離子交換除鹽制備合格的除鹽水，水源水來自水庫(kù)地表水，反滲透系統(tǒng)預(yù)處理采取澄清及多級(jí)過濾處理，處理流程如圖1所示。
澄清處理使用的絮凝劑為聚合氯化鋁，為控制系統(tǒng)中微生物，在澄清池入口加入殺生劑進(jìn)行殺菌滅藻處理，比較初使用殺生劑為二氧化氯，由于二氧化氯發(fā)生器運(yùn)行不穩(wěn)定，2013年更換為次氯酸鈉。反滲透裝置共兩列，采用一級(jí)兩段組合模式，單列設(shè)計(jì)出力150t/h，每列配4臺(tái)保安過濾器，保安過濾器濾芯使用某進(jìn)口品牌大流量折疊濾芯，過濾精度5μm。
2、保安過濾器壓差異常現(xiàn)象
反滲透系統(tǒng)于2010年投運(yùn)，運(yùn)行中對(duì)保安過濾器壓差進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)保安過濾器進(jìn)出口壓差超過0.3MPa更換過濾器濾芯。系統(tǒng)投運(yùn)后保安過濾器濾芯正常使用周期在3個(gè)月左右，比較長(zhǎng)可達(dá)半年。2013年4月開始經(jīng)常出現(xiàn)保安過濾器壓差異常上升，濾芯使用周期變短的情況：當(dāng)反滲透系統(tǒng)停運(yùn)一段時(shí)間后再投入運(yùn)行，或細(xì)砂過濾器反洗后再次投入運(yùn)行，保安過濾器壓差會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)快速上升至超出允許值。2014年春、夏季情況更加嚴(yán)重，濾芯比較短使用時(shí)間僅兩周。期間對(duì)活性炭過濾器和細(xì)砂過濾器出水污染指數(shù)(SDI)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，均在合格范圍，沒有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)情況，后續(xù)反滲透裝置一段運(yùn)行壓差相應(yīng)也有上升，但在允許范圍，二段運(yùn)行壓差上升速度沒有明顯變化。
3、預(yù)處理系統(tǒng)微生物污染判斷
3.1預(yù)處理系統(tǒng)調(diào)查
保安過濾器壓差升高表明濾芯出現(xiàn)污堵。通常情況下，造成過濾器濾芯污堵的原因不外乎污泥顆粒堵塞和微生物污染。調(diào)查預(yù)處理系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行情況，澄清池、空氣擦洗濾池均運(yùn)行正常，濾池出水濁度小于0.5NTU，活性炭過濾器及細(xì)砂過濾器出水SDI歷史數(shù)據(jù)均在4~5之間，符合反滲透進(jìn)水要求，SDI測(cè)試膜片上未發(fā)現(xiàn)污泥或?yàn)V料粉末截留現(xiàn)象，但在細(xì)砂過濾器觀察孔處觀察到濾料表面有綠色黏泥附著物。取出已污堵濾芯檢查，有較重腥臭味，濾芯圓筒內(nèi)側(cè)(進(jìn)水側(cè))潔凈，外側(cè)(出水側(cè))有淡黃色斑點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)雜物堵塞跡象，系統(tǒng)檢查結(jié)果初步指向微生物污染。
3.2濾芯污堵物檢測(cè)
為進(jìn)一步確定污堵原因，用掃描電鏡和能譜儀對(duì)污堵濾芯進(jìn)行了微觀檢測(cè)。將剛?cè)〕龅奈鄱聻V芯保持濕潤(rùn)狀態(tài)密封后送至檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)時(shí)剪取折疊過濾膜約3cm×4cm大小，展開后按照過濾膜工藝結(jié)構(gòu)將三層濾膜分開，分別用掃描電鏡對(duì)各層進(jìn)水側(cè)放大觀測(cè)，用能普儀對(duì)污堵物質(zhì)進(jìn)行元素分析。圖2、圖3分別為層(表層)、第二層放大250倍后的掃描圖像。
層(表層)為進(jìn)水層，過濾精度相對(duì)比較低，從放大圖像來看表層過濾纖維間孔隙清晰，附著物極少，基本沒有堵塞現(xiàn)象。對(duì)其附著物進(jìn)行元素分析，分析結(jié)果顯示主要元素為C、O、Si、Al，所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為27.56%、38.52%、25.13%、1.89%。
第二層過濾孔隙較層要小，在纖維孔隙間有較多的絲絮狀附著物。對(duì)絲絮狀附著物進(jìn)行元素檢測(cè)，結(jié)果為C、O、Si、Al所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)57.81%、16.53%、10.21%、2.87%，碳元素占大多數(shù)，推斷絲絮狀附著物主要為有機(jī)物。
圖4和圖5為第三層分別放大250倍和5000倍的掃描圖像。
與前兩層相比，第三層外觀上顏色有變化，呈黃綠色。圖像顯示第三層過濾孔隙更小，纖維孔隙間絲絮狀附著物非常多，基本占據(jù)50%以上孔隙空間，附著物形貌特征與第二層類似。對(duì)絲絮狀附著物元素檢測(cè)結(jié)果為C、O、Si、Al所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到58.94%、26.92%、5.28%、4.03%，碳元素占大部分。
掃描電鏡觀測(cè)結(jié)果表明，濾芯過濾膜內(nèi)部確實(shí)存在異物附著情況，主要發(fā)生在過濾膜第二層和第三層，尤以第三層比較嚴(yán)重，附著物幾乎占據(jù)了大半孔隙空間，應(yīng)是導(dǎo)致過濾器壓差高的直接原因。附著物元素分析結(jié)果顯示碳和氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%以上，另有少量硅、鋁元素。從元素比例判斷，濾芯內(nèi)部附著物主要是有機(jī)物，結(jié)合被檢濾芯有較濃的腥臭味，出水側(cè)表面呈現(xiàn)黃綠色斑塊，可以確認(rèn)微生物污染是造成濾芯堵塞的主要原因。
保安過濾器濾芯受微生物污染反映了預(yù)處理階段殺菌滅藻處理不夠徹底。理論上在預(yù)處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)備都存在微生物污染風(fēng)險(xiǎn)，細(xì)砂過濾器濾料表面出現(xiàn)綠色黏泥表明這一風(fēng)險(xiǎn)確實(shí)發(fā)生，活性炭過濾器雖未取樣檢測(cè)，但從細(xì)砂過濾器污染嚴(yán)重程度來看，發(fā)生微生物污染的可能性很大。
4、微生物污染原因分析
微生物幾乎在所有地表水都存在，但零星的微生物未形成菌落，并不構(gòu)成微生物污染的威脅。導(dǎo)致微生物污染發(fā)生的因素很多，如水源、溫度、季節(jié)、處理方式、運(yùn)行條件等。就該電廠來說，發(fā)生微生物污染主要是殺生處理、運(yùn)行方式、季節(jié)因素、系統(tǒng)缺陷幾方面綜合作用結(jié)果。
(1)預(yù)處理階段殺生處理不足。從時(shí)間節(jié)點(diǎn)來看，微生物污染發(fā)生在將殺生劑由二氧化氯更換為次氯酸鈉之后，反映出次氯酸鈉加藥量不足導(dǎo)致殺生不徹底。在消毒性能上，同等加藥量條件下次氯酸鈉要弱于二氧化氯，電廠在使用次氯酸鈉后澄清池出水余氯質(zhì)量濃度一般在0.1mg/L左右，參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求出廠水余氯≥0.3mg/L，循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范要求連續(xù)加氯時(shí)控制水中余氯含量在0.1~0.5mg/L。要保持澄清池出水在后續(xù)濾池、清水池和過濾器內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留期間有持續(xù)的殺生力，澄清池出水0.1mg/L余氯量顯然是偏低的，隨著余氯含量消耗和衰減，水體滅活作用消失，活性生物在合適的環(huán)境下再次繁殖聚集。
(2)工藝流程缺陷。由于細(xì)砂過濾器和反滲透裝置是在活性炭過濾器+離子交換除鹽系統(tǒng)基礎(chǔ)上另地新增的，導(dǎo)致在反滲透前處理系統(tǒng)流程中活性炭過濾器在細(xì)砂過濾器之前。這一反常規(guī)流程布置使得清水池出水即使含有足量余氯也會(huì)在活性炭過濾環(huán)節(jié)被去除，殺生劑到達(dá)不了細(xì)砂過濾器和保安過濾器，活性炭床后的微生物無法被滅殺，長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果是細(xì)砂過濾器內(nèi)微生物大量聚集，成為保安過濾器和反滲透膜微生物污染的源頭。
(3)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)助長(zhǎng)了微生物污染。受除鹽水用量較少限制，反滲透及前處理系統(tǒng)經(jīng)常停運(yùn)24h以上，在前處理階段滅菌不徹底情況下，水流靜止?fàn)顟B(tài)為水體中微生物聚集繁殖提供了更好的環(huán)境，活性炭過濾器、細(xì)砂過濾器和保安過濾器易截留污染物的位置在停運(yùn)期間微生物滋長(zhǎng)更為快速。微生物新陳代謝形成生物黏膜，生物黏膜有較強(qiáng)的黏性，幾乎不受水流剪切力影響，一旦形成，很難通過反洗、正洗等常規(guī)手段集中去除，長(zhǎng)期積累形成生物黏泥。保安過濾器過濾精度較高，對(duì)微生物滋長(zhǎng)造成的通量變化敏感，宏觀表現(xiàn)就是濾芯壓差短期內(nèi)快速上升，春、夏季隨著水溫的持續(xù)上升，微生物繁殖速度加快，濾芯堵塞現(xiàn)象表現(xiàn)得更加明顯。
5、處理對(duì)策及效果
在原因分析基礎(chǔ)上，電廠根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況制定了反滲透前處理系統(tǒng)微生物污染處理及防控的措施。
(1)首先對(duì)空氣擦洗濾池到保安過濾器流程段(活性炭過濾器除外)的設(shè)備及管線進(jìn)行全面沖擊式殺菌滅藻處理。
(2)對(duì)已被污染的細(xì)砂過濾器進(jìn)行化學(xué)清洗處理。化學(xué)清洗方案包括殺菌、堿洗、反洗等工藝，確保附著的生物黏泥被徹底清除。
(3)提高澄清池出口余氯控制標(biāo)準(zhǔn)為0.5~1.0mg/L，保證后續(xù)系統(tǒng)水體殺生力，同時(shí)兼顧過高余氯對(duì)活性炭負(fù)擔(dān)的增加，控制活性炭過濾器進(jìn)水余氯含量不超0.3mg/L。
(4)在活性炭過濾器出口增加殺菌劑加藥點(diǎn)進(jìn)行二次殺菌處理，加入次氯酸鈉控制后續(xù)系統(tǒng)微生物污染。運(yùn)行過程中控制保安過濾器入口余氯在0.1~0.3mg/L，同時(shí)通過控制還原劑加入量保證反滲透膜入口余氯小于0.1mg/L。
(5)減少反滲透系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間，每次停運(yùn)時(shí)間不超過24h，盡量避免停運(yùn)期間微生物繁殖聚集。
上述處理措施按照實(shí)施難易程度分別進(jìn)行，2015年5月活性炭過濾器出口二次殺菌加藥設(shè)備改造完成，對(duì)細(xì)砂過濾器進(jìn)行高濃度殺菌和清洗處理，之后反滲透前處理系統(tǒng)按照調(diào)整后的方式運(yùn)行，二次殺菌處理持續(xù)投運(yùn)。從改造后的運(yùn)行情況來看，治理和防控措施取得了良好效果，截止2015年7月15日，保安過濾器濾芯已連續(xù)使用超過兩個(gè)月，過濾器壓差仍保持良好狀態(tài)。
6、結(jié)語
嚴(yán)格的給水預(yù)處理是保證反滲透成功運(yùn)行的前提，隨著微濾、超濾等精密過濾設(shè)備應(yīng)用越來越多、越來越成熟，膠體和懸浮微粒，以及大分子有機(jī)物對(duì)反滲透膜的威脅程度已經(jīng)大為降低，而微生物污染則始終是反滲透系統(tǒng)面臨的重要風(fēng)險(xiǎn)。微生物污染不只是針對(duì)反滲透膜，在前處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都可能發(fā)生并影響系統(tǒng)運(yùn)行，防止發(fā)生微生物污染是反滲透給水前處理階段重要工作之一。由于微生物污染受水源、季節(jié)、處理方式、設(shè)備條件等多因素影響，對(duì)其防控沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供參考，需要運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的處理方式，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，形成一套適合自己的安全有效的防控方法。
