[发明专利]一种监测并防止反渗透膜生物污染和胶体污染的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够防止和监测反渗透膜生物污染和胶体颗粒物污染的方法。

背景技术

反渗透膜技术是目前水深度净化、脱盐的主流工艺，在除盐水生产、污水回用深度处理、海水淡化及苦咸水淡化中被广泛的应用，胶体颗粒物污染及生物污染始终是反渗透技术无法完全克服的一个重大问题，胶体颗粒物污染及生物污染会造成系统运行维护困难和频繁高强度化学清洗，直接导致运行费用大幅度增加、产能降低、系统性能下降、膜元件使用寿命减少、以及与大量使用化学品相关的环境问题和现场操作安全问题。

胶体颗粒物污染主要来自于预处理系统故障和缺陷，比如预处理设计不当、中空纤维超滤膜断丝和保安过滤器泄露等。目前中空纤维超滤或微滤膜被普遍用于原水水质较差的反渗透预处理工艺，由于使用时间长、运行工艺不当或中空纤维膜本身的特性等原因，中空纤维膜断丝现象时有发生，胶体颗粒物自然会泄露，进入下游设备，如果系统装有保安过滤器，会堵在滤芯上，断丝现象越严重，滤芯的更换频率自然也越高。特别是那些在上游直接与澄清池相连的超滤系统，没有完全沉淀的絮体与颗粒物会被超滤膜丝高度浓缩，形成胶体和颗粒物混合在一起的滤饼状物质，这种滤饼碎片会在膜丝破损后的泄露入下游设备。与泥土、细砂等颗粒物不同，这种滤饼碎片含水量高、有机物比例高且有一定粘性，特别容易堵塞保安过滤器，引发微生物滋生，进而导致反渗透系统生物污染。如果系统没有设置保安过滤器，破损超滤膜丝泄露的滤饼碎片会直接进入膜元件，粘附在进水端膜元件进水网格上，不仅造成胶体与细泥的混合堵塞现象，也极易诱发生物污染，形成胶体、颗粒物与微生物污染并发的复杂污染。

生物污染比较复杂，其特点是发生突然难以预测、一旦发生后生物膜爆发生长、生物膜清洗困难、难以彻底治理，因此一直是反渗透膜应用技术研究的重点领域。对于生物污染的机理，目前比较普遍的看法是，次氯酸钠、二氧化氯及氯胺等氧化性杀菌剂的使用是预处理环节是必不可少的，但氧化剂在杀灭、控制微生物的同时，水中的难降解有机物也会被氧化分解，形成易于被微生物吸收的营养物质(AOC)。由于聚酰胺膜对于氧化剂高度敏感，在反渗透设备进水中投加还原剂去除余氯是标准操作，氧化性环境消除后，进水的抑菌性消失了，在适当的温度和微生物接种条件下，那些在预处理过程中由于与氧化剂接触而产生的小分子有机物会随时为微生物生长提供养分，从而在膜元件上形成菌落生长，进而发展成为生物膜，堵塞膜元件进水流道并覆盖反渗透膜，致使产水阻力和过流阻力大幅度增加，系统压力增加、产水量和脱盐率下降、段间压差增加，严重时膜元件会发生望远镜现象，膜元件端板及外套破裂，最终导致反渗透膜破损。实践中采取的措施有尽量减少中间水箱的使用、减少高压泵与还原剂投加点的距离以及投加非氧化性杀菌剂等等，然而微生物污染问题依然是微污染水及污水回用反渗透系统运行维护中最重要的任务，操作人员不得不采用频繁的、长时间的强烈化学清洗来维持反渗透系统的基本性能。从这样的理解出发，也许摆脱生物污染唯一可行的方式是通过预处理完全消除有机物(COD、BOD)，或者不要使用氧化性杀菌剂，显然这两者都是不可能的，其结论是，反渗透膜必须要面对生物污染。

氯胺的使用在市政废水回用处理中被证明可以有效地控制反渗透系统的生物污染，但对于工业废水及微污染地表水来说，可检出的微量亚铁离子无处不在，氯胺对于聚酰胺膜的催化氧化的威胁阻止了推广使用的可能性。

反渗透膜系统发生生物污染和胶体颗粒物污染的普遍现象是，微生物生长和胶体颗粒物堵塞基本局限于第一段，而最严重的是进水端的第一支膜元件。据此我们可以推理，造成第一段压差增加、系统性能下降的主要也是第一支膜元件。在进行化学清洗时，虽然是整个系统或平行的整段膜壳在清洗液中浸泡循环，其实针对的主要是进水端的首支膜元件，结果是其他的膜元件大部分时间里都在陪洗。由于清洗环境相同，先洗净的膜直接暴露在清洗液中的时间较长，受到清洗液的化学腐蚀也较为最严重。

本发明的目的是提供一种能够有效防止并连续监测反渗透膜系统的生物污染和胶体颗粒无污染的方法以及实施这种方法的设备。

发明内容