馮禮奎，李廣輝，葛雪靜，徐錦瑩

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，浙江杭州310014；2.神華浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波315612）

經(jīng)驗(yàn)交流

反滲透預(yù)處理系統(tǒng)微生物污染原因分析及處理

馮禮奎1，李廣輝2，葛雪靜2，徐錦瑩2

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，浙江杭州310014；2.神華浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波315612）

反滲透保安過濾器濾芯出現(xiàn)頻繁污堵現(xiàn)象，通過系統(tǒng)調(diào)查、電鏡掃描及能普儀檢測(cè)，確認(rèn)濾芯被微生物污堵，在預(yù)處理系統(tǒng)其他設(shè)備也存在微生物污染。預(yù)處理階段殺生劑使用不足、系統(tǒng)經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)以及工藝流程不合理是導(dǎo)致微生物污染的主要原因。提出對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)全面消毒，清洗被污染過濾器濾料，提高殺菌劑用量并加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，活性炭過濾后增加二次殺菌點(diǎn)等治理和防控微生物污染的措施。

反滲透；預(yù)處理系統(tǒng)；保安過濾器；微生物污染

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。

圖1　反滲透預(yù)處理流程

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，最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150 t/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，最長(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，濾芯最短使用時(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3 cm×4 cm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分別為第一層（表層）、第二層放大250倍后的掃描圖像。

圖2　表層放大250倍的掃描圖像

圖3　第二層放大250倍的掃描圖像

第一層（表層）為進(jìn)水層，過濾精度相對(duì)最低，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%。

第二層過濾孔隙較第一層要小，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。

圖4　第三層放大250倍的掃描圖像

圖5　第三層放大5 000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，尤以第三層最嚴(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〔1〕。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〔2〕，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〔3〕。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)24 h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0.5～1.0 mg/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24 h，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。

［1］李進(jìn)，張葆宗.反滲透水處理系統(tǒng)微生物污染特性分析及對(duì)策［J］.工業(yè)水處理，2000，20（5）：10-12.

［2］GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］GB 50050—2007工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

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Cause analysis and treatmentofm icroorganism pollution in the pretreatmentsystem of reverse osmosis

Feng Likui1，LiGuanghui2，Ge Xuejing2，Xu Jinying2
（1.Stage Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Shenghua ZhejiangGuohua Zheneng PowerGeneration Co.，Ltd.，Ningbo315612，China）

Pollution and blocking problemsoccur frequently to the safety filterofRO systems.Through systematical investigation and SEM and EDSanalysis，it is confirmed that the filter hasbeen polluted bymicroorganisms，and the microorganism pollution hasalso been found in otherequipmentof the pretreatmentsystem.Themain causes resulting in microorganism pollution are as follows：insufficient biocide used in the process of pretreatment stage，long downtime of the equipmentand unreasonable pretreatmentprocess flow.Based on the cause analysis，some steps of prevention and control ofmicroorganism pollution are taken，such as disinfecting the whole pretreatment system，cleaning or replacing the polluted filtermedia，increasing the dosage of biocide，reinforcingwatermonitoring，after enhancingactivated carbon filter，increasing the second disinfection points，etc.

reverseosmosis；pretreatmentsystem；safety filter；microorganism pollution

X703

A

1005-829X（2016）03-0103-03

馮禮奎（1977—），高工。電話：0571-51211545，E-mail：wwwhflk@163.com。

2016-01-12（修改稿）