反渗透预处理系统分析微生物污染的原因及处理

严格的供水预处理是保证反渗透成功运行的前提，微生物污染一直是反渗透系统面临的重要风险。微生物污染不仅针对反渗透膜，还可能发生在预处理系统的各个环节，影响系统的运行。防止微生物污染是反渗透给水预处理阶段的重要任务之一。

1、系统概况

A电厂采用反渗透膜技术进行预脱盐，然后通过二次离子交换脱盐制备合格的软化水。水源来自水库地表水。反渗透系统采用澄清和多级过滤进行预处理。处理过程如图1所示。

澄清处理中使用的絮凝剂是聚合氯化铝。为了控制系统中的微生物，在澄清池的入口添加杀菌剂进行杀菌和除藻处理。醉中使用的杀菌剂是二氧化氯。由于二氧化氯发生器运行不稳定，2013年被次氯酸钠取代。反渗透装置有两排，采用一级和二级组合方式，单排设计输出为150吨/小时，每排配有四个安全过滤器。安全滤芯采用进口品牌的高流量折叠式滤芯，过滤精度为5 μ m，

2、保安过滤器压差异常现象

反渗透系统于2010年投入运行。运行期间，安全过滤器的压差为监测。当安全过滤器入口和出口之间的压差超过0.3兆帕时，更换滤芯。系统投入运行后，安全滤芯的正常使用期限约为3个月，z大允许长度可达半年。自2013年4月以来，安全过滤器的异常压差经常上升，滤芯的使用寿命变短:当反渗透系统关闭一段时间后再投入运行，或者细砂过滤器反洗后再次投入运行时，安全过滤器的压差会在很短的时间内上升到超过允许值。2014年春夏，情况变得更加严重。滤芯zui仅使用了两周。在此期间，活性炭过滤器和细砂过滤器的水污染指数均在可接受的范围内。未发现超标情况。后续反渗透装置 级操作的压差也相应增加，但在允许范围内，第二级操作的压差增加速率没有显著变化。

3、预处理系统微生物污染判断

3.1预处理系统调查

安全过滤器压差增加表明滤芯结垢。正常情况下，滤芯结垢的原因无非是污泥颗粒堵塞和微生物污染。考察了预处理系统中所有设备的运行情况。澄清器和空气洗涤过滤器运行正常。过滤出水浊度小于0.5NTU，活性炭过滤器和细砂过滤器出水SDI历史数据在4-5之间，满足反渗透进水要求。SDI试验膜上未发现污泥或滤料粉末截留，但在细砂过滤器观察孔处的滤料表面观察到绿色粘性污泥附着。取出污染堵塞的滤芯进行检查，有很重的鱼腥味。滤芯筒内侧(进水侧)为洁净，外侧(出水侧)有淡黄色斑点，无异物堵塞迹象。系统检查结果z初指向微生物污染。

3.2滤芯结垢检测

为了进一步确定结垢原因，用扫描电子显微镜和能谱仪对结垢滤芯进行了显微检测。保持刚取出的阻污滤芯处于潮湿状态，将其密封，并发送至检测机构和检测。将折叠的过滤膜切割成约3厘米×4厘米的尺寸。展开后，根据过滤膜工艺结构分离三层过滤膜。用扫描电子显微镜分别放大观察每层的进水侧，用能谱仪对阻污物质进行元素分析。图2和3是*层(su)的扫描图像

扫描电镜观察结果表明，滤芯滤膜中确实存在异物，主要发生在滤膜的第二层和第三层，尤其是第三层嘴。附件几乎占据了大部分孔隙空间，这应该是过滤器压差高的直接原因。附着元素分析的结果表明，碳元素和氧元素的质量分数大于70%，并且有少量的硅元素和铝元素。从滤芯比例来看，滤芯内部的附着物主要是有机物。结合被测滤芯的强烈腥味和出口侧表面的黄绿色斑块，可以确定微生物污染是滤芯堵塞的主要原因。

安全过滤器滤芯的微生物污染反映了预处理阶段灭菌和除藻不完全。理论上，预处理系统的所有部分都存在微生物污染的风险。细砂过滤介质表面存在绿色粘液表明这种风险确实存在。尽管活性炭过滤器未取样检测，但从细砂过滤器的污染严重程度来看，微生物污染的可能性非常高。

4、微生物污染原因分析

微生物存在于几乎所有的地表水，但零星微生物不会形成菌落，也不会造成微生物污染的威胁。导致微生物污染的因素很多，如水源、温度、季节、处理方法、操作条件等。就电厂而言，微生物污染的发生主要是杀菌剂处理、运行方式、季节因素和系统缺陷综合作用的结果。

(1)预处理阶段杀菌剂处理不足。从时间角度来看，微生物污染发生在杀生物剂从二氧化氯变为次氯酸钠之后，这反映了次氯酸钠剂量不足导致杀生物不完全。就消毒性能而言，在相同剂量条件下，次氯酸钠比二氧化氯弱。电厂使用次氯酸钠后，澄清池出水的余氯质量浓度一般约为0.1毫克/升。参考相关行业标准，如生活饮用水卫生标准要求出水余氯≥0.3毫克/升，循环冷却水处理设计规范要求连续加氯时，水中余氯含量控制在0.1 ~ 0.5毫克/升。为了在后续过滤器、清洁水箱和过滤器的长期停留期间保持澄清池出水的持续杀灭能力，澄清池出水0.1毫克/升的余氯含量明显较低。随着余氯含量的消耗和衰减，水体失活消失，生物在适当的环境中繁殖和聚集。

(2)工艺缺陷。由于在活性炭过滤器的离子交换除盐系统的基础上增加了细砂过滤器和反渗透装置，活性炭过滤器在反渗透预处理系统流程中位于细砂过滤器之前。这种相反的常规过程布置使得清洁水箱的流出物在活性炭过滤过程中被去除，即使它含有足够的余氯，杀生物剂也不能到达细砂过滤器和安全过滤器，并且活性炭床后面的微生物不能被杀死。由于长期运行，细砂过滤器中的微生物大量积累，成为安全过滤器和反渗透膜中微生物污染源。

(3)系统的长期关闭会助长微生物污染。受少量软化水的限制，反渗透和预处理系统通常会关闭24小时以上。在预处理阶段灭菌不完全的情况下，水流的静止状态为微生物在水体中的积累和繁殖提供了更好的环境。微生物生长在活性炭过滤器、细砂过滤器和安全过滤器在关闭期间容易拦截污染物的位置，即快速。微生物代谢形成生物粘膜，其粘性强，几乎不受水流剪切力的影响。一旦形成，很难通过常规方式(如反冲洗和正向冲洗)将其集中移除，从而累积很长时间

5、处理对策及效果

(4)在活性炭过滤器出口添加杀菌剂投加点进行二次杀菌处理，并添加次氯酸钠控制后续系统中的微生物污染。运行时，安全过滤器入口处的余氯控制在0.1-0.3毫克/升，通过控制还原剂的加入量，保证反渗透膜入口处的余氯小于0.1毫克/升。

(5)缩短反渗透系统的关闭时间，每次关闭时间不得超过24h，以避免关闭过程中微生物的繁殖和积累。

以上处理措施应根据实施难度进行。2015年5月，活性炭过滤器出口二次杀菌加药设备进行改造，细砂过滤器进行高浓度杀菌清洗处理。之后，反渗透预处理系统按调整后的方式运行，二次杀菌处理继续投入运行。从改造后的运行情况来看，防治措施取得了良好的效果。截至2015年7月15日，安全滤芯已连续使用两个多月，过滤器压差保持良好状态。

6、结语

严格的供水预处理是保证反渗透成功运行的前提。随着微滤、超滤等精密过滤设备的日益应用和成熟，胶体和悬浮颗粒、大分子有机物对反渗透膜的威胁程度已经大大提高到降低，而微生物污染一直是反渗透系统面临的重要风险。微生物污染不仅针对反渗透膜，还可能发生在预处理系统的各个环节，影响系统的运行。防止微生物污染是反渗透给水预处理阶段的重要任务之一。由于微生物污染受多种因素影响，如水源、季节、处理方法、设备条件等。目前尚无统一的防治标准可供参考。要求操作人员根据实际情况选择合适的处理方法，强化监测，不断总结经验，形成一套适合自己的安全有效的防治方法。