摘要：介绍了印染废水的提标改造及中水回用中，应用膜法水处理技术时出现的关键问题，包括膜处理能力下降，膜使用寿命缩短，需频繁清洗等。分析了问题产生的原因，并给出了解决办法。结合工程经验，分析了关于膜的一些常见误区，包括设备系统操作难、膜系统投资、娇贵且易损坏和膜的数量等，为膜法水处理系统的使用者和工程设计人员提供参考。

关键词：印染废水  膜技术  回用

前言

    印染废水具有水量大、污染物含量高、色度大、生化性差和水质变化大等诸多特点，处理难度高。GB 4287-2012《纺织染整工业水污染物排放标准》的颁布实施，以及产业升级、水价提升和排放总量控制等措施陆续出台，要求印染企业必须对废水进行深度处理及回用。目前，以MBR（膜生物反应器）、UF(超滤)和RO（反渗透）为深度处理核心路线的膜法水处理技术日益得到推广应用。但由于各种原因，这类膜法水处理系统在使用过程中出现多种问题，很多印染企业甚至对该技术的可靠性和有效性产生怀疑。其实，绝大多数问题并非出自膜技术本身，而是设计施工方或运行管理方所致，包括对膜法水处理存在很多技术性误解等。

1 关键问题及解决方案

1.1 膜系统处理能力下降

膜系统运转一段时间后，有时处理能力明显下降，达不到设计产能。产生这种现象的原因主要与膜系统工作环境、选型设计、安装施工、运行管理和膜产品性能等有关。此外，与膜系统（MBR、UF或R0）本身也有一定关系。

    (1) 工作环境

    印染废水水温低于设计温度（常见于季节性变化），会导致膜出水性能下降；水质中污染物种类、浓度和水体黏度的变化，也会导致膜的透水性能低于预期值。解决这些问题，需要在膜系统设计之初，考虑全年最低水温和水质的波动幅度，在选膜面积时留出一定的安全余量。

    (2) 选型设计

    由于设计经验不足，过多考虑成本导致选用的膜面积安全余量不足，对膜的产水通量估计过高等，都会使膜达不到设计产能。无论是MBR膜、UF膜还是R0膜，都必须保证足够的膜面积。

压力不足、流体分布不均，导致水流或气流偏流，也会影响整体膜性能，对于UF系统和Ro系统更是如此。 对于RO系统，膜面流速过低，会导致污染物沉积，引起堵塞。解决的方法是改善泵、水路和气路设计， 使多组膜能均担处理负荷，避免部分膜超负荷产水，而部分膜未发挥作用。

    若清洗维护功能设计不足，尤其是无产水自冲洗功能，可通过改善气洗、水洗和药洗设计，设置合适的冲洗频率和水量等参数加以解决。

进膜前无前置过滤保护设施，会导致膜系统堵塞。解决方法为：对于MBR系统，增设13 mm超细格栅；对于UF系统，增设100um级粗滤器；对于R0系统，增设5um级精密滤器。

UF及RO系统中，还会产生微生物黏泥堵塞，影响膜正常产水。解决方法为：增设紫外线灭菌器或投加杀菌剂；对于RO膜系统，选用无磷阻垢剂，减缓微生物滋生；定期对系统进行清洗维护。

    前处理能力设计过低或效果变差，导致进膜水质恶化，对膜系统尤其是RO系统影响很大。解决方法为：改善前处理，保证膜系统进水水质；对于UF系统，改善其前置过滤器效果；对于RO系统，保证进水污染指数(SDI)合格。

    (3) 安装施工

    膜系统制造安装过程中，未及时清理杂物会导致杂质残留过多，从而影响膜的产水性能。尤其是焊渣，尖锐或丝状物等，严重时会导致膜丝、膜片破损。对于MBR膜，需将池内杂质清理干净后再进水；对于UF及RO系统，先将前段管路系统冲洗干净，运转前置过滤器，然后再进水。

    (4) 运行管理

     正确加入药剂，尤其是阻垢剂，对RO系统非常重要。此外，还要根据工况及时冲洗或采取药洗，恢复膜性能。

    设计经验不足导致回收率过高，或人为操作超过设计回收率，也会导致膜处理能力的下降。对UF系统可采用错流过滤而非死端过滤；对RO膜要加大浓水排放，降低回收率，减少膜串联的数量或加大回流量。

    (5) 膜产品性能   

    膜本身的抗污染性和亲水性PVDF，通量值低运转一段时间MBRUF的处理能力降低。对此可选用抗污染性强、清洗恢复性好的PVDF(聚偏氟乙烯)材质膜。对于MBR和UF系统，要选用耐久且亲水性好的膜。

1.2 膜使用寿命缩短或需频繁清洗

    膜使用寿命周期短体现在两个方面：一是膜本身永久性受损，不能再产出足量、足质的水，需能解决；二是膜受严重污染后暂时性受损，需要频繁清洗才能恢复产水能力，实际使用时间和清洗周期较短，难以适应生产要求。该问题可从工艺设计上加以解决，如提高膜本身的质量，同时加强环境、制造施工和运行管理等。

    (1) 设计

    保护性设计不足，会导致膜产生不可恢复性受损。根据受损的种类不同，其解决方法也各异。列如：为避免膜丝、膜片被划伤，可加装前置过滤器；为防止RO膜被氧化性物质氧化，加装ORP仪表和还原剂自动投加装置；为防止超压性物理损伤，可加装压力保护设施；为防止膜丝、膜片受水锤冲击破裂，需设计减缓水锤细节。

设计经验欠缺或过于节省材料成本，会造成实际选用膜面积严重不足；单位面积超负荷运转、污染严重，也需频繁清洗。为此，膜面积需要根据稳定膜通量选型设计，对无经验水质，需通过中试验证设计数据o   

对于R0系统，膜串联数量过多，亦会导致后段膜污染严重且难以清洗恢复。解决方法是合理设计RO 膜的串联数量，当采用两段式RO设计时，设计分段清洗。

此外，前处理能力偏小，导致膜进水水质超标，强行运转，亦会缩短膜的使用寿命。对此，需改善前处理工艺，保证膜系统进水水质符合要求。

    (2) 膜产品

    UF/MBR膜受膜丝材料和制造工艺限制，易断丝，抗污染性和抗老化性差，反洗及拉伸强度低。推荐选用长寿命、高抗拉强度的编织管增强PVDF膜。

    RO膜流通通道小、膜片抗污染性差，应尽量选用宽流道RO膜，根据水质有针对性地选取抗污染膜。

    (3) 制造、施工

    制造安装过程中，膜系统混入杂物尤其是尖利异物，会划伤膜丝、膜片。解决方法为：对于MBR膜，需将池内杂质清理干净后再进水；对于UF及RO系统，必须先将前段管路系统冲洗干净后，运转前置过滤器，然后再进水。

    (4) 运行管理

    未正确或及时加药，尤其是RO系统的阻垢剂投加不及时，会导致膜严重堵塞。在设计正确的前提下，按操作规程正确运营维护。

    膜系统在高压差下运转，会导致超微滤膜丝断裂和RO膜片受损。为此，需巡检跨膜压差和膜组压降，根据工况及时进行恢复性清洗，严防超压差运转。

    化学清洗时，强酸、强碱和强氧化性药剂会使膜产生不可恢复性的化学损伤。因此，操作者需熟练掌握化学清洗工艺，避免强酸和强碱环境；而RO膜则严禁采用强氧化性药剂清洗。

    (5) 环境

    水温高于45℃，会使膜的使用寿命缩短。一般需将水温控制在40℃以下，必要时采取降温措施。

    对于RO系统，废水中含有强氧化性物质或易沉淀物质，会导致膜使用周期缩短。设计系统时，从其安全性角度考虑，增加预处理安全余量，加装保护性停机设计，可避免引发这类问题。

1.3 膜系统运行成本高

    MBR、UF统的运行成本并非很高；RO系统因为有高压泵，且需投加专用阻垢剂，运行成本较高。从优化设计角度入手，可从以下几方面降低RO系统的运行成本：

    （1）选择超低压反参透膜

    常规反参透膜运行压力为1.3～1.5 MPa，超低压反渗透膜运行压力为0.8 MPa左右甚至更低（与水温密切相关），可节约30％以上电耗。对于大型RO系统，基本可抵消膜70%以上的年折旧费用，节约更为显著。

    2）高压泵配变频器

高压泵配变频器除了可以减缓水泵启动时的水锤冲击，还可通过设定合理的运行压力，降低阀门节流耗能，全年至少可季度性节能15%以上。

(3) 合理计算阻垢剂投加量通过分析水质数据，优化药剂投加量，通常可节约20%甚至更高的药剂费用。

    (4) 适当增加膜的数量，降低运行压力

    通过适当增大膜面积，可在一定程度上降低膜的运行压力，降低电耗。

(5) MBR或UF产水与RO产水混用

RO产水水质较优，通常可以与一定比例的MBR或UF产水混合，提高系统回收率，降低RO系统的运行规模，从而节约运行成本。

2 关于膜的误解及说明

    2.1 误解一：膜法水处理设备是高难操作系统

  膜法水处理系统的自控要求远高于常规生化处理系统，很多使用者误以为膜法系统操作困难。事实上，膜法水处理系统操作高度自动化，启停、加药和在线冲洗等操作都由PLC系统程控执行，可以做到无人值守，仅需人工定时巡检配药、周期性维护清洗，基本不需要额外增加操作员工。膜的常规清洗维护，培训一天即可掌握，难度远低于对员工综合技能要求较高的生化系统。

2.2 误解二：投资大，买得起用不起

    有观点认为，膜的一次性投资和折旧更换成本很高，买得起但用不起。事实上，随着国内膜制造企业的发展，膜的价格在不断下降。采用MBR膜系统，可节省土建和占地成本，减少污泥量和污泥处置费用，综合性价比高，是很好的选择；对于UF及RO系统，实现污水资源化再生利用后，其产生的经济效益远超设备本身的投资。将MBR或UF与RO膜组合在一起折旧更换，一般膜折旧费也不会超过0.6元／t进水，甚至低于系统吨进水的药剂投加费用。

     2.3 误解三：膜娇贵易损坏

    —些工程公司由于经验不足，设计施工的膜系统出现膜断丝、膜片报废等问题，使用者误以为膜产品难以维护。其实，主要问题出自工艺设计和膜自身两个方面。通过合理的前处理设计和安全性保护设计，优质的编织管理增强PVDF膜可使用5年以上，RO膜的更换周期在3年以上。

2.4 误解四：品牌和RO数量比膜面积和系统设计重要

     一些企业建立膜系统时，过度关注膜是否为进口产品，对系统设计的重要性认识不足。事实上，一些国产超微滤膜的性能已接近甚至达到国际先进水平，性价比超过进口膜。膜系统故障问题更多来自于工程设计。

    很多使用者较多地关注膜回用系统中RO膜数量，而非前处理MBR或UF的膜面积和系统设计。事实上，当采用MBR+RO或UF+RO双膜法回用工艺时，RO系统运行不佳，往往与前处理MBR或UF的膜面积不足和设计不合理有关，导致RO系统进水水质超标。而且，作为前处理的MBR或UF系统，其膜造价常超过 RO系统，因而不能简单地关注后段的RO膜。

2.5 误解五：膜技术是万能的

    膜法技术是一项单元处理技术，它有出水浊度低、脱色、除盐和软化强等特色。但是，处理工业废水时，膜法技术通常需要与传统的物化、生化处理工艺相结合，才能更好地发挥膜法深度处理的优势。而且膜法水处理通常有浓水排放问题，其自身也有配套其他技术的需要，并非万能。

    2.6 误解六：膜的数量越多越好

   在一定范围内，增加膜的数量可以提高膜系统的产水安全性，降低运行成本。但是，膜数量增加至一定程度后，均摊到单位膜上的水量降低，错流过滤的水流膜面流速低于临界值，不能将膜面的沉积杂物带走，导致膜的污染堵塞加重，产水性能下降。而且，膜数量增加后，需要的冲洗水量增加，若冲洗水泵及压缩空气量不能满足单位膜面积的冲洗量要求，就难以彻底冲洗，加重膜污染，影响其产水性能，这对MBR或UF膜来说尤为重要。此外，膜数量增加后，系统的一次性膜投资和折旧费也会增大。

    2.7 误解七：RO膜一定要用抗污染膜    

   理论上，抗污染RO膜比常规RO膜更适合用于废水回用处理，但选择抗污染膜要视其抗污染机理而定。抗污染RO膜分为两种：一是膜的流通通道更宽，不易堵塞而抗污染，这种膜普遍适用；另一种是通过RO膜表面改性，使RO膜呈负电性、正电性或电中性，依据电性同性相斥的原理，使特定性质的污染物不易沉积在膜表面，从而实现抗污染特性。后者抗污染性的发挥，很大程度上取决于水质的特性。由于印染废水中助剂种类繁多，必须根据RO系统的进水特性，选择合适电性的抗污染膜种类，否则会适得其反。此外，在废水回用中，因为RO膜表面会较快地被一层污染物覆盖而同质化，膜面本身的电性特点不鲜明，因此其抗污染的实际效用有待研讨。抗污染RO膜的价格远高于常规RO膜，且很少有超低压抗污染膜，因此其在废水回用中并无显著的综合优势。

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