引言2021年，我国国家发改委与工信部等多部门联合发布《关于推进污水资源化利用的指导意见》，指出到2025年全国污水收集效能显著提升，县城及城市污水处理能力基本满足当地经济社会发展需要，水环境敏感地区污水处理基本实现提标升级；全国地级及以上缺水城市再生水利用率达到25%，京津冀地区达到35%。发电企业是工业节水和废水治理的重点环节，火电厂在优化供水结构、增加水资源供给、缓解供需矛盾和减少水污染、保障水生态安全方面有着重要作用[1]。在电厂节水和废水零排放政策及要求日趋严格的背景下，使用双膜（超滤+反渗透）处理工艺对城市再生水、工业废水、循环冷却水系统排污水等进行深度处理回用并作为锅炉补给水处理系统的原水成为一条主流的技术路线[2]。然而，城市再生水、工业废水、循环水排污水等水质极其复杂，水中的部分特征污染物以及工艺流程中加入的化学药剂均可能会对反渗透膜造成污染，影响反渗透膜的正常运行，降低系统的工作效率，从而增加运行成本。文中分析某火电厂循环水水塔排污水反渗透膜处理的水样水质、保安过滤器滤芯污堵物、反渗透膜污堵物，结合相关运行情况分析循环水水塔排污水反渗透膜污堵的相关原因。1系统概况某火电厂的循环水水塔排污水处理系统流程如图1所示。系统水源来自机组循环水水塔排污水，其产品水作为电厂锅炉补给水除盐系统水源。系统主要包括2个450 t/h的机械加速澄清池、10个67~83 t/h的多介质过滤器、4个167 t/h的超滤设备、4个100 t/h的反渗透设备及附属系统设备。循环水水塔排污水处理系统的主要工艺流程为：来自机组的循环水水塔排污水进入预处理系统，在生水池添加杀菌剂进行杀菌，进入机械加速澄清池，混凝澄清后进入多介质过滤器（受来水水质影响，机加池未进行混凝处理）、超滤、保安过滤器、反渗透系统，反渗透产水进入锅炉补给水车间进行深度处理。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.F001图1某火电厂循环水水塔排污水处理系统流程2反渗透系统运行状况夏季时，保安过滤器滤芯更换频繁，反渗透系统进水压力快速上升，一段压差升高明显，制水周期短，产水流量快速降低，化学清洗频繁（约1周1次）。以夏季出现污堵的反渗透系统进行分析，反渗透系统运行数据如表1所示。从清洗完成后运行到系统污堵停用设备，系统共计运行86 h，由表1可知，反渗透进水压力由运行初始的1.05 MPa升至1.40 MPa，一段压差由0.10 MPa升至0.25 MPa，一段产水流量由65 t/h降至45 t/h，减少明显。运行期间更换一次保安过滤器，二段压差基本无变化。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.T001表1反渗透系统运行数据运行数据(86 h)一段进水压力/MPa一段浓水压力/MPa二段浓水压力/MPa一段产水流量/(t/h)清洗后运行1.050.950.8565污堵停用1.401.151.04453污堵原因分析3.1保安过滤器滤芯分析3.1.1外观检查及灼烧减量测量对污堵后的保安过滤器表面污堵物进行外观检查及取样分析，保安过滤器外表面存在黄色黏稠状物质，有滑腻感、腥臭味，且很容易被刮掉，此类污堵物造成保安过滤器的污堵，使压差增加[3]。对污堵物取样，105 ℃烘干称重，(600±20)℃（马弗炉）灼烧，得到其灼烧减量。分析步骤参考《固体废物有机质的测定 灼烧减量法》（HJ 761—2015），试验过程中记录灼烧气味。黄色黏稠物灼烧减量为77.73%，灼烧时出现强烈臭味，初步判断引起滤芯污堵原因为有机生物性污堵。3.1.2滤芯电镜能谱检测滤芯表面污堵物的电镜形貌检测结果如图2所示。滤芯中下部污堵严重，上部较轻，说明中、下部的水通量较上部大，与保安过滤器进水结构设计相符，污堵严重处形貌呈板结状，堵塞过滤器滤芯，这应该是过滤器压差高的直接原因，可能主要为胶体与有机类污堵，污堵较轻部位可见颗粒状物质。图2滤芯表面污堵物的电镜形貌检测结果10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.F2a1（a）污堵严重位置10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.F2a2（b）污堵较轻位置对不同位置的污堵物进行能谱元素检测，样品编号为B11~B33，滤芯污堵物元素分析结果如图3所示。污堵物的主要元素组成为C、O、Ca、Fe、Ba，同时存在P、S、N、Mg、Si等元素。板结处C、O元素含量高，结合外观检查及灼烧减量测量结果，污堵物主要为有机生物类物质[4]，颗粒物主要是金属氧化物类物质，如Ca的碳酸盐、硫酸盐及Ba的硫酸盐等。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.F003图3滤芯污堵物元素分析结果3.2膜面污堵物解剖分析3.2.1外观检查及灼烧减量测量对反渗透一段污染膜进行解剖，结果如图4所示。膜表面存在黄褐色污堵物，污堵物按照进水格网形状分布，且在格网边缘沉积较格网中部多，格网堵塞严重，沉积物附着牢固，有滑腻感，污堵物基本覆盖整个膜面，这可能是系统进水压力升高、产水流量下降的主要原因，刮取膜面污堵物进行灼烧，减量测量值为76.5%，应为有机生物类污堵[5]。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.F004图4反渗透一段膜面3.2.2电镜能谱检测分析膜表面污堵物的电镜形貌检测结果如图5所示。膜面被污堵物覆盖，且污堵物呈板结状中间夹杂颗粒物，膜面可观察到杆状微生物存在。对膜表面不同位置的污堵物进行能谱分析，样品编号为M11~M33，膜面生物检测结果如图6所示。污堵物主要元素组成为C、O、Ca、S、Fe、Ba、Si，同时存在P、Al、N、Mg等元素，污堵物中C、O元素含量高与灼烧减量大相对应，污堵物应主要为有机生物类物质，无机物可能为Ca的碳酸盐、硫酸盐，Ba的硫酸盐，硅的氧化物等。图5膜表面污堵物的电镜形貌检测结果10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.F5a1（a）膜表面形态10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.F5a2（b）膜面生物检测10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.F006图6膜表面生物检测结果3.3水质分析反渗透系统污堵期间进水水质如表2所示。通过水质分析，反渗透系统进水的有机物含量COD指标较高，期间测试超滤产水余氯小于0.1 mg/L，有机物含量高且杀菌能力差，容易发生生物性污堵；测试水样铁含量较低，无机离子硫酸根、铝、钙含量较大，与污堵物中无机物对应，测试水样铁含量较低，但检查反渗透进水管道发现管道腐蚀严重，膜污堵物中铁含量高可能由管道腐蚀产物脱落造成。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.021.T002表2反渗透系统污堵期间进水水质编号指标数值1电导率/(μs/cm)3 4502浊度/NTU0.153pH值8.944M碱度(M-A)/(mg/L CaCO3)2925P碱度(P-A)/(mg/L CaCO3)20.66总硬度(T-H)/(mg/L CaCO3)1 0717钙硬度(Ca-H)/(mg/L CaCO3)6298氯离子/(mg/L)4449总含铁量/(mg/L)0.0210总含铜量/(mg/L)0.0111锌离子/(mg/L)0.0112总磷/(mg/L)1.3113正磷/(mgL)0.4914可溶性二氧化硅/(mg/L)20.115硫酸根离子/(mg/L)95016总含铝量/(mg/L)0.2217CODcr/(mg/L)3418氟离子/(mg/L)2.5619总含钡量/(mg/L)0.4220总含镍量/(mg/L)021总含锶量/(mg/L)3.7522总含钴量/(mg/L)0.0123总钒含量/(mg/L)03.4有机生物污堵产生原因循环水中微生物种类繁多，主要有细菌、藻类、真菌、病毒等，夏季循环水受机组负荷、环境温度影响、循环水的不断浓缩使循环水水塔排污水有机物含量高、超滤产水余氯维持浓度低，水中微生物黏附在膜、滤芯表面，不断吸取进水中营养物并繁殖，进而形成生物膜。生物膜具有很强的黏附性，会形成致密凝胶层，能够增强细菌在膜表面的不可逆附着增殖[6]，吸附高浓度的离子，使浓差极化严重[7]，加重无机盐类物质沉积，最终形成以有机生物为主的有机-生物-无机复合污染。4反渗透膜运行控制建议通过分析保安过滤器滤芯外观、灼烧减量、电镜能谱，滤芯出现污堵的主要原因为水质COD含量高、前端预处理杀菌效果差，且反渗透未进行杀菌处理，使微生物繁殖产生的代谢产物污堵滤芯。运行方面应控制超滤产水余氯浓度为0.2~0.3 mg/L，控制前端生物繁殖，在保安过滤器前端进水管设置还原剂加药点，在夏季微生物污堵严重期间，在反渗透入口进行非氧化性杀菌剂投加，控制滤芯中微生物繁殖。通过分析一段膜外观、灼烧减量、电镜能谱，一段膜污堵与保安过滤器污堵类型相似，都是以进水高有机物发生的微生物污堵，且表现为以有机污堵为主、有机与无机结合的复合污堵，污堵物堵塞进水格网，致使反渗透一段运行压差上升快，膜面污堵物沉积造成产水通量降低，运行上应控制超滤产水余氯浓度为0.2~0.3 mg/L，控制前端生物繁殖，定期测量反渗透进水、浓水生物量，出现明显生物增长时在反渗透入口应进行非氧化性杀菌剂投加，控制整个反渗透系统中微生物繁殖，最好通过运行试验选定带黏泥剥离的非氧化性杀菌剂，在杀菌的同时剥离沉积在膜上的污堵物。针对反渗透膜一段出现的有机生物性污堵物，膜清洗应采取先杀菌后清洗策略[8]，先配制一定浓度的非氧化性杀菌剂进行循环杀菌清洗，再进行碱洗、酸洗，清洗过程应检测清洗液浑浊度及清洗药剂浓度、温度，清洗过程中及时调整清洗参数。对于进水有机物含量高、经常出现有机生物性污堵的反渗透系统，可以尝试采用中压物理紫外杀菌进行微生物控制[9]，减少化学药剂使用量，提高设备运行周期，减轻污堵。5结语以循环水水塔排污水为原水的反渗透处理系统的常见污堵类型为有机生物性污堵。文中对反渗透保安过滤器滤芯、反渗透膜进行解剖，并通过外观、灼烧减量、电镜能谱分析、水质分析确认污堵类型主要是有机生物性复合污堵，结合污堵类型提出针对性的运行控制建议，从而有效减少膜元件的受污染程度，是未来延长膜使用寿命的重要方式。