发明内容
本发明的目的在于提供一种反渗透膜全流程预防性杀菌方法,这种方法采取分阶段、全过程,根据生产用水温度变化进行预防性杀菌参数的选择,能够使反渗透膜系统保持高效的生产状态,而且节省了药品的使用量以及系统进行停运杀菌的次数;同时将预处理的反渗透膜系统中贮水设施及管线全部纳入连续或定期杀菌范围,使反渗透预处理系统杀菌不留死角。
本发明通过下面的技术方案加以实现:
一种反渗透膜全流程预防性杀菌方法,包括生产水池杀菌、原水箱杀菌、超滤装置杀菌、超滤产水箱杀菌、保安过滤器杀菌和反渗透装置杀菌。
所述生产水池杀菌:在生产水池旁设有NaClO加药装置,在生产水池进水口处冲击投加5-10%wtNaClO,投加频次:停加或1次/8小时~1次/24小时,监控指标:投加5-10%wtNaClO的2小时后,水中余氯≤0.5mg/L;
所述原水箱杀菌:用加药计量泵连续向原水箱投加5~10%wtNaClO,实时监测控制水中余氯浓度范围为0.5mg/L~1mg/L;
所述超滤产水箱杀菌:杀菌频次为1次/10天~1次/7天,杀菌时超滤产水箱停运、加非氧化性杀菌剂浸泡2~3小时,投加非氧化性杀菌剂时要保证水箱满水,以水箱水量计算加非氧化性杀菌剂药量,控制水中非氧化性杀菌剂的浓度为25~50mg/L,采用两种及以上非氧化性杀菌剂交替使用,杀菌结束后不必进行排水置换,可直接投产使用;在生产用水由超滤产水箱转移到保安过滤器过程中,通过在保安过滤器前的连接管道加药口依次连续投加15-25%的NaHSO3,彻底去除残留余氯,用25-35%的盐酸HCl控制反渗透进水pH值在7.1~7.4之间,投加质量分数为15-25%的阻垢剂,监测控制保安过滤器前氧化还原电位在200mv~300mv;
所述保安过滤器杀菌:杀菌频次为1次/3天~1次/7天,杀菌时保安过滤器停运、加5~10%NaClO浸泡杀菌1~2小时后,进行冲洗排水,监测控制出水氧化还原电位保持在200mv~300mv即可投产使用;
所述反渗透装置杀菌:杀菌频次为1次/7天~1次/10天,杀菌时反渗透膜装置停运,在反渗透清洗溶液箱配制非氧化杀菌剂溶液,利用反渗透清洗装置的清洗液泵将非氧化杀菌剂溶液加入反渗透装置系统进行循环冲洗1至2小时,使用两种及以上非氧化性杀菌剂交替使用。
而且,所述超滤产水箱杀菌、保安过滤器杀菌和反渗透装置杀菌同步进行。
而且,所述生产水池杀菌:当生产用水温度低于5℃时,停加5-10%wtNaClO;当生产用水温度为5℃-15℃时,5-10%wtNaClO的投加频次为1次/12小时~1次/24小时;当水温高于15℃时,5-10%wtNaClO的投加频次为1次/8小时。
而且,所述超滤产水箱杀菌:当生产用水温度低于5℃不进行杀菌;当生产用水温度5℃~15℃时,杀菌频次为1次/8天~1次/10天;当生产用水温高于15℃杀菌频次为1次/7天。
而且,所述超滤产水箱杀菌:非氧化性杀菌剂选择甲基异噻唑啉酮、2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺和粘泥剥离剂进行交替使用;
而且,所述保安过滤器杀菌:当生产用水温度高于15℃时,杀菌频次为1次/3天。
而且,所述反渗透装置杀菌:通过杀菌前检查保安过滤器滤芯及管内壁是否附滑腻、淡黄色、有腥臭味的生物粘泥迹象,调整杀菌频次为1次/7天。
而且,所述反渗透装置杀菌:当反渗透膜装置系统停运超过24小时,使用非氧化杀菌剂对反渗透膜的浸泡时间12小时以上,冲洗后,再用还原剂NaHSO3进行保护。
而且,所述反渗透装置杀菌:所述非氧化杀菌剂溶液为200~400mg/L甲基异噻唑啉酮、100~300mg/L DBNPA2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺或150~200mg/L粘泥剥离剂。
本发明的积极效果是:
1、现有技术中反渗透膜表面微生物膜的形成后,极难清除,经常采用离线清洗的方式进行,离线清洗通常采用高浓度药剂、高流速清洗和浸泡,以及空气擦洗、超声波等清洗手段,往往对反渗透膜的损伤较大,根据以往的清洗实例看,4至5次离线清洗,就会使反渗透膜的脱盐率降至95%以下。而本发明采取分阶段、全过程,根据生产用水温度变化进行预防性杀菌参数的选择,将现有技术中的被动性杀菌改进为预防性和主动性杀菌,可以有效控制膜的微生物污堵,减少化学清洗和离线清洗对反渗透膜的劣化,从而保障和延长反渗透膜的使用寿命,保证反渗透膜系统长周期、满负荷、平稳运行。
2、本发明中的各杀菌阶段的加药频次和杀菌频次是通过生产水温度确定。这种杀菌工艺及参数的选择具有更优的杀菌效果,能够使反渗透膜系统保持高效的生产状态,而且节省了药品的使用量以及系统进行停运杀菌的次数。水温影响的是微生物体内酶的活性进而影响微生物生长繁殖。通过生产水温度,来确定杀菌的节奏、频次,使杀菌过程有的放矢,更加科学有效。
3、本发明采取分阶段、全过程,根据生产水温度变化进行预防性杀菌参数的选择,分阶段是指将整个反渗透膜系统分成若干个工艺段杀菌,包括生产水池杀菌、原水箱杀菌、超滤装置杀菌、超滤产水箱杀菌、保安过滤器杀菌和反渗透装置杀菌,上述设备杀菌连接起来就构成了反渗透膜全流程预防性杀菌,而且在各设备杀菌过程中,杀菌溶液在系统运行杀菌过程中,实现了对反渗透膜系统中的多介质过滤器及系统中连接管道杀菌;本发明将预处理的反渗透膜系统中贮水设施(生产水池)及管线全部纳入连续或定期杀菌范围,使反渗透预处理系统杀菌不留死角。
4、本发明所述超滤产水箱杀菌、保安过滤器杀菌和反渗透膜杀菌同步进行。这种工艺设计可以减少反渗透预处理系统停运杀菌次数,提高生产效率。
5、本发明所述超滤产水箱杀菌和反渗透装置杀菌都选用两种及以上非氧化性杀菌剂交替使用,可以有效减小微生物的抗药性,而且采用非氧化性杀菌剂浓度不高,杀菌结束后,不用进行排水置换,可直接投产使用。
6、本发明根据氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂杀菌机理,同时考虑反渗透膜安全性和经济成本等,在生产水池、原水箱和保安过滤器处,采用氧化性杀菌剂NaClO。反渗透膜易被氧化,超滤产水箱和反渗透膜杀菌采用非氧化性杀菌剂杀菌。本发明选择的氧化性杀菌剂是NaClO。NaClO具有安全、环保、低价等优点。根据条件也可使用H2O2、O3、ClO2、Cl2等氧化性杀菌剂。非氧化性杀菌剂种类很多,通常膜厂家的专用杀菌剂价格昂贵,本发明通过大量实验确定:采用唑啉类的MIT(甲基异噻唑啉酮)或有机溴类DBNPA(2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺)、粘泥剥离剂(由非氧化性杀生剂、表面活性剂、强力渗透剂、稳定剂等组成)等多种非氧化性杀菌剂交替使用,减小微生物的抗药性,保证杀菌效果。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此,不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
下述实施实例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法;所使用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1
一种反渗透膜全流程预防性杀菌方法,如图1所示,包括生产水池杀菌、原水箱杀菌、超滤装置杀菌、超滤产水箱杀菌、保安过滤器杀菌和反渗透装置杀菌。
所述生产水池杀菌:在生产水池旁设有NaClO加药装置,在生产水池进水口处冲击投加5-10%wtNaClO,投加频次:停加或1次/8小时~1次/24小时,监控指标:投加5-10%wtNaClO的2个小时后,水中余氯≤0.5mg/L;
所述原水箱杀菌:用加药计量泵连续向原水箱投加5~10%wtNaClO,实时监测控制水中余氯浓度范围为0.5mg/L~1mg/L;
所述超滤装置杀菌:使用在线杀菌方法或离线杀菌方法;
所述在线杀菌方法:设定超滤装置运行周期(本实施例中超滤装置运行周期设置为5000秒),当运行一个周期时清洗系统采用自动程序控制来实现超滤装置在线反洗;当超滤装置反洗45次时,超滤装置要进行在线酸洗,当超滤装置反洗48次时要进行一次在线液碱NaOH+次氯酸钠NaClO化学清洗,每次化学清洗过程为气擦洗15秒,排水30秒,加药300秒,浸泡400秒,重复普通反洗程序,投用,每次18分钟;
所述离线杀菌方法:当超滤装置压差涨至0.15MPa时,用超滤化学清洗装置对超滤装置进行离线化学清洗:包括碱洗、NaClO杀菌和酸洗。
碱洗和NaClO杀菌:利用液碱NaOH和次氯酸钠NaClO进行碱洗和杀菌,去除水中有机污染物,控制微生物在超滤膜表面滋生,造成超滤膜污堵。在超滤清洗装置的清洗水箱投加5~10%的NaClO,保持清洗水箱内水中NaClO配制浓度为0.15%,然后投加30%的NaOH,调整水pH为11~12;清洗液温度控制在30~35℃;利用循环泵及清洗水箱内的药液对超滤装置进行循环清洗20-40分钟、浸泡0.5-1小时,可根据清洗情况重复多次;在清洗过程中监测pH值,有消耗及时补充。清洗结束后,排掉清洗水箱内的药液;冲洗设备内残留药液8-15分钟。
酸洗:碱洗和NaClO杀菌结束后,向超滤清洗装置的洗清水箱投加30%的HCl,主要去除Ca2+、Mg2+等金属无机盐类及氢氧化物;清洗液pH控制在2-3之间,清洗液温度控制在30~35℃;利用循环清洗泵及清洗液对超滤装置进行循环清洗25-35分钟、浸泡0.5-1小时,可根据清洗情况重复多次;在清洗过程中监测pH值,有消耗及时补充。清洗结束后,排掉清洗水箱内的药液;冲洗设备内残留药液8-15分钟。
所述超滤产水箱杀菌:杀菌频次为1次/10天~1次/7天,杀菌时超滤产水箱停运、加非氧化性杀菌剂浸泡2~3小时,投加非氧化性杀菌剂时要保证水箱满水,以水箱盛水量计算加非氧化性杀菌剂药量,控制水中非氧化性杀菌剂的浓度为25~50mg/L,采用两种及以上非氧化性杀菌剂交替使用,杀菌结束后不用进行排水置换,可直接投产使用;在生产用水由超滤产水箱转移到保安过滤器过程中,通过在保安过滤器前的连接管道加药口依次连续投加15-25%的NaHSO3,彻底去除残留余氯,用25-35%的盐酸HCl控制反渗透进水pH值在7.1~7.4之间,投加质量分数为15-25%的阻垢剂,监测控制保安过滤器前氧化还原电位在200mv~300mv,防止后续工艺过程中反渗透膜元件被氧化;本实施例中阻垢剂为PTP-0100反渗透阻垢剂、由美国清力公司提供;
所述保安过滤器杀菌:杀菌频次为1次/3天~1次/7天,杀菌时保安过滤器停运、加5~10%NaClO浸泡杀菌1~2小时后,进行冲洗排水,监测控制出水氧化还原电位保持在200mv~300mv即可投产使用;
所述反渗透装置杀菌:杀菌频次为1次/7天~1次/10天,杀菌时反渗透膜装置停运,在反渗透清洗溶液箱配制非氧化杀菌剂溶液,利用反渗透清洗装置的清洗液泵将非氧化杀菌剂溶液加入反渗透装置系统进行循环冲洗1至2小时,使用两种及以上非氧化性杀菌剂交替使用。
本实施例中,所述超滤产水箱杀菌、保安过滤器杀菌和反渗透膜杀菌同步进行。
本实施例中,所述生产水池杀菌:当生产用水温度低于5℃时,停加5-10%wtNaClO;当生产用水温度为5℃-15℃时,5-10%wtNaClO的投加频次为1次/12小时~1次/24小时;当水温高于15℃时,5-10%wtNaClO的投加频次为1次/8小时。
本实施例中,所述超滤产水箱杀菌:当生产用水温度低于5℃不进行杀菌;当生产用水温度5℃~15℃时,杀菌频次为1次/8天~1次/10天;当生产用水温高于15℃杀菌频次为1次/7天。
本实施例中,所述超滤产水箱杀菌:非氧化性杀菌剂选择甲基异噻唑啉酮、2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺和粘泥剥离剂进行交替使用;
本实施例中,所述保安过滤器杀菌:当生产用水温度高于15℃时,杀菌频次为1次/3天。
本实施例中,所述反渗透装置杀菌:通过杀菌前检查保安过滤器滤芯及管内壁是否附滑腻、淡黄色、有腥臭味的生物粘泥迹象,调整杀菌频次为1次/7天。
本实施例中,所述反渗透装置杀菌:当反渗透膜系统停运超过24小时,使用非氧化杀菌剂对反渗透膜的浸泡时间12小时以上,冲洗后,再用还原剂NaHSO3进行保护。
本实施例中,所述反渗透装置杀菌:所述非氧化杀菌剂溶液为200~400mg/L MIT(甲基异噻唑啉酮)、100~300mg/L DBNPA(2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺)或150~200mg/L粘泥剥离剂。
本实施例中,根据生产需要还会对反渗透装置进行化学清洗,反渗透膜采用的是芳香族聚酰胺复合材料,当反渗透膜压差上涨10~20%,产水量下降10%,脱盐率下降10%,或者确定系统已经污染或结垢,此时利用反渗透化学清洗装置对反渗透装置进行化学清洗,清洗药剂主要是清洗成份,不含杀菌剂。清洗药剂包括碱洗药液和酸洗药液;
反渗透装置具体化学清洗步骤如下:
碱洗:在反渗透化学清洗水箱中配制以下碱洗药液(NaOH配制浓度0.1%、EDTA(乙二胺四乙酸)配制浓度0.2%、十二烷基苯磺酸钠配制浓度0.025%),加热温度至30℃,pH为11~12,利用循环清洗泵及碱洗药液对反渗透装置循环清洗2-35分钟,浸泡0.5-1.5小时;同时监测回流端的pH值,若pH<10,继续加碱,控制pH值在11~12左右;可根据清洗情况重复多次,清洗结束后,冲洗设备内残留碱洗药液8-15分钟,排掉清洗水箱内的碱洗药液;可去除超滤膜表面有机物和微生物污染物。
酸洗:采用酸洗药液(配制HCl浓度0.2%,控制pH值在2左右)对反渗透装置循环清洗30分钟左右,浸泡1小时;同时监测回流端pH值,若pH>4,继续加酸,控制pH值在2左右;视污染情况重复多次。清洗结束后,冲洗设备内残留反渗透装置药液8-15分钟,排掉清洗水箱内的药液;可去除膜表面Ca2+、Mg2+等金属无机盐类及氢氧化物。
对比例1
某煤化工项目化学水处理装置膜工艺流程如下(见图2):生产用水进入生产区首先进入储水系统(生产水池),通过水泵送入脱盐水的原水箱,经过水泵加压进入多介质过滤器、超滤进行预处理,后进入预处理超滤产水箱,再由水泵进入保安过滤器、反渗透膜生产脱盐水。
设计杀菌工艺包括步骤:
1)如图2所示,通过在多介质过滤器前连续加入5~10%氧化性杀菌剂NaClO,来完成反渗透预处理过程的杀菌;正常生产运行过程中,通过在保安过滤器前连续投加还原剂20%的NaHSO3,彻底去除残留余氯;用30%的盐酸(HCl)控制反渗透进水pH值在7.1~7.4之间,同时将阻垢剂稀释5倍后投加,监测控制保安过滤器前ORP(氧化还原电位)在200mv~300mv;
2)超滤装置杀菌方法:同实施例1;
3)反渗透装置:反渗透装置不进行杀菌、只进行化学清洗,化学清洗同实施例1。
本发明效果评价实验
实验装置:以化学水处理A套反渗透装置为实验对象,研究2016年至2017年8月的不同杀菌方法运行情况,该项目化学水处理A套反渗透装置设计进水量133m3/h,产水量100m3/h。
实验方法1:从2016年1月至2016年10月采用对比例1的方法进行杀菌,2016年11月至2016年12月采用实施例1的方法进行杀菌,实验结果如图3所示:从2016年运行情况看(见图3),1月初,一段压差在上涨至0.5MPa后,产水量降至85m3/h左右,经过第一次化学清洗压差降至0.4MPa以下,产水量恢复至100m3/h左右;3月中旬,一段压差在上涨至近0.6MPa,进行第二次化学清后一段压差仍在0.4MPa以上,产水量降至85m3/h以下,4月初,进行换膜、离线清洗,一段压差降至0.2MPa左右;5月底一段压差逐步上涨至0.4MPa以上,7月下旬一段压差逐步上涨至0.6MPa左右,由于生产要求,保证制水量100m3/h左右,使膜的安全运行带来隐患;9月初,一、二段压差上涨至0.7MPa,再次对装置的反渗透膜进行全部换膜、离线清洗,同时对预处理加强杀菌控制。11月以后,改用实施例1方法杀菌,通过对全系统进行杀菌调整,逐步使杀菌由被动化学清洗、突击杀菌转入预防性为主的杀菌策略,膜系统压差逐渐好转。
实验方法2:2017年1月至2017年10月采用实施例1的方法进行杀菌,实验结果如图4所示:
从图4运行数据看,2017年以来至10月,由于采用全系统预防性杀菌策略,一、二段压差一直稳定在0.2MPa,产水量一直保持在100m3/h左右;5月中旬以后,通过在线化学清洗,使一、二段压差进一步降低至0.1MPa;经过对以往系统运行的数据进行分析,8月中旬以来是地表水微生物生长暴发的时节,一、二段压差有所上涨,此时更要及时加强全系统的预防性杀菌。
本发明根据环境温度变化、停留时间等因素,造成微生物生长繁殖能力的变化以及杀菌剂的特点,设计杀菌工艺,实践证明,对全系统进行预防性杀菌,可有效防止反渗透装置微生物污堵。
现有技术中,离线清洗通常采用高浓度药剂、高流速清洗和浸泡,以及空气擦洗、超声波等清洗手段,对膜的损伤较大,根据以往的清洗实例可知,4至5次离线清洗,就会使反渗透膜的脱盐率降至95%以下,通过全系统预防性杀菌,可以有效控制膜的微生物污堵,减少化学清洗和离线清洗对膜的劣化,从而保障生产和延长膜的使用寿命。