终于有人把膜污染成本算清楚了

文章出处：本站浏览次数：501发表时间：2022-06-10

从事水研究的朋友估计或多或少都知道膜污染对纳滤和反渗透的负面影响，这方面的文献也有很多。我们也常说膜污染会产生巨大的运行成本，但是鲜有科学文献对其进行核算。最近，荷兰和比利时的水科学家决定一起来算一算这一笔账，并将计算结果发表在2021年的期刊《Desalination》上。

图. 膜污染成本解构 | 图源：Elsevier

膜污染的影响

膜污染对纳滤/反渗透系统的影响包括：透水性的损失、压力损失的增加、膜更换频率的增加、自动清洗的化学品定期投加。然后这些运行问题会导致更高的能耗、更高的药耗以及处理能力的降低，此外还包括自动清洗设备的废物管理、故障和维修工人的费用，总之，这些最终会增加工厂的运行成本(OPEX)。

在荷兰，卷式膜常用于去矿物质水和饮用水的过滤。荷兰代尔夫特理工(TU Delft)、比利时根特大学、荷兰KWR水应用研究所的学者开展合作，对这种膜系统的膜污染成本进行综合性的经济分析。

膜污染是膜处理工艺中无法避免，因为不可能有一个没有膜污染的空白样本，他们的处理方法是对膜污染的成本进行标准化转化，以便对不同工厂的情况进行比较。本次研究的目的包括：

得出RO/NF膜占总运行成本的比例
列出成本的组成细节以及其对清洗和膜污染的贡献情况
对比自动和手动清洗的成本

考察对象

研究团队一共考察了荷兰7座使用膜系统的水厂，其中4座使用纳滤，3座使用反渗透。四座纳滤水厂的进水都是缺氧的地下井水，并采用相同的前处理工艺(10μm滤芯+膦酸酯阻垢剂)。反渗透水厂处理的则是地表水或者市政污水处理厂的出水。纳滤水厂生产的饮用水，而反渗透厂生产的则是去矿物质水，用于工业。

纳滤厂本身的膜污染情况不太严重，这是因为由于在缺氧环境下，金属离子多处于还原态，因此不像经曝气的水那么容易产生沉淀结垢，而且因为缺氧，也减慢了生物膜的形成。四座纳滤厂都包含原位清洗，方法也相当接近，都有酸洗和碱洗两步，并循环三次，最后会用滤后水冲洗。但一般只需两年做一次清洗。

三座反渗透水厂都采用两段式工艺，都采用超滤作为预处理手段，并配有自动清洗系统。清洗步骤包括碱洗、去矿物质水冲洗、酸洗，最后再用去矿物质水冲洗。

图. 各水厂概况

研究参数

研究团队对影响膜污染的参数进行标准化转化，考察参数如下表所示：

这次研究的经济分析只考虑了运行成本(OPEX)，因为每个项目的投资成本(CAPEX)差别太大，且较为主观。预处理也没有考虑在内，因为纳滤厂都有相同的预处理工艺，而反渗透厂都有前置超滤。他们认为膜污染成本主要有增加的泵费用、膜更换和清洗产生的费用组成。第一部分主要因为膜污染导致进水通道压力损失的增加、透水性的降低，这些都增加了泵的能耗。第二部分是指当盐透过率超过5%的时候，一般就要进行膜的更换。原位清洗(Cleaning In Place - CIP)主要包括了化学品的使用、故障损失、清洗溶剂的加热成本和废物的处理。以为这些厂都使用了全自动的清洗设备，所以无需考虑清洗的人工费用，另外因为清洁用水小于产水量的0.5%，所以也忽略不计。