反滲透系統設計及運行控制

反滲透系統設計及運行控制（一）

1、高壓泵后面設手動(dòng)調節閥和電動(dòng)慢開(kāi)閥的意義

膜元件設計產(chǎn)水量應該小于標準產(chǎn)水量，如按標準產(chǎn)水量作為設計產(chǎn)水量，則反滲透膜元件很快就會(huì )受到污染，造成膜元件損壞。膜元件生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的設計導則建議應根據不同的進(jìn)水水源來(lái)選取不同的設計產(chǎn)水量，應該選用能夠保證3年后達到設計產(chǎn)水量的給水泵，即需要設計更高壓力的給水泵，但系統初始投運時(shí)不需要很高的壓力就可以達到設計產(chǎn)水量，所以系統在初始運行時(shí)給水泵壓力富裕，隨著(zhù)時(shí)間的推移，壓力富裕逐漸減少，因此高壓泵后面應設手動(dòng)調節閥來(lái)調節給水壓力。有些時(shí)候可以對給水泵設置變頻調節裝置，此時(shí)可以用變頻的方法來(lái)實(shí)現給水壓力的調節。高壓泵后面的手動(dòng)調節閥在設置后一般不需要經(jīng)常調節，在一段時(shí)間內基本上是保持在恒定的位置，在系統每次啟動(dòng)時(shí)也不需要開(kāi)閉此閥門(mén)。如果高壓泵后面沒(méi)有其他閥門(mén)，此時(shí)每次啟動(dòng)系統時(shí)，高壓泵的高壓水源會(huì )直接沖擊膜元件，特別是在系統中存在空氣時(shí)就會(huì )產(chǎn)生“水錘＂的現象，這樣容易造成膜元件的破裂。為了防止上述現象的發(fā)生，應該在高壓泵后面設電動(dòng)慢開(kāi)閥，在啟動(dòng)高壓泵后慢慢打開(kāi)電動(dòng)慢開(kāi)閥，也即慢慢向系統的反滲透膜上加載壓力，電動(dòng)慢開(kāi)閥應該是全開(kāi)全閉閥門(mén)，其全開(kāi)全閉時(shí)間是可以調節的一般設定為 45~ 60s, 所以從反滲透膜元件的安全角度考慮應該設置電動(dòng)慢開(kāi)閥。

2、自動(dòng)沖洗功能

給水進(jìn)入反滲透系統后分成兩路，一路透過(guò)反滲透膜表面變成產(chǎn)水，另一路沿反滲透膜表面平行移動(dòng)逐漸濃縮，在這些濃縮的水流中包含了大量的鹽分，甚至還有有機物、膠體、微生物細菌、病毒等。在反滲透系統正常運行時(shí)，給水／濃水流沿著(zhù)反滲透膜表面以一定的流速流動(dòng)，這些污染物很難沉積下來(lái)，但是如果反滲透系統停止運行這些污染物就會(huì )立即沉積在膜的表面，對膜元件造成污染。所以要在反滲透系統中設置自動(dòng)沖洗系統利用干凈的水源對膜元件表面進(jìn)行停運沖洗，以防止這些污染物的沉積。

3、開(kāi)機時(shí)系統不帶壓沖洗

對于已經(jīng)采取添加停用保護藥劑的系統，應該將這些保護藥劑排放出來(lái)，然后再通過(guò)不帶壓沖洗把這些保護藥劑沖洗干凈，最后再啟動(dòng)系統。對于沒(méi)有采取添加停用保護藥劑的系統，此時(shí)系統中一般是充滿(mǎn)水的狀態(tài)，但這些水可能已經(jīng)在系統中存了一定的時(shí)間，此時(shí)也最好用不帶壓沖洗的方法把這些水排出后再開(kāi)機為好。有時(shí)，系統中的水不 是在充滿(mǎn)狀態(tài)，此時(shí)必須通過(guò)不帶壓沖洗的方法排凈空氣，如果不排凈空氣就容易產(chǎn)生“水錘＂的現象而損壞膜元件。

4、初始運行數據的記錄

在運行過(guò)程當中，由于系統的運行條件，如壓力、溫度、系統回收率和給水濃度的變化會(huì )引起產(chǎn)品水流量和質(zhì)量的改變，為了有效地評價(jià)系統的性能，需要在相同的條件下比 較產(chǎn)品水流量和質(zhì)量數據，因為不可能總是在相同條件下獲得這些數據，因此需要將實(shí)際運行狀況下的 RO 性能數據按照恒定的運行條件進(jìn)行“標準化”，以便評價(jià)RO膜的性能。標準化的參考點(diǎn)是以初投運時(shí)（穩定運行或經(jīng)過(guò)24h)的運行數據，或者由反滲透膜元件制造廠(chǎng)商的標準參數做參考，標準化包括產(chǎn)品水流量的“標準化”和鹽透過(guò)率的 “標準化”。

5、預處理PH值偏高，系統脫鹽率整體過(guò)低

pH值是水的酸堿度的衡量指標，pH值變化，會(huì )影響到水中各種離子的平衡，尤其是碳酸系統離子的平衡，同時(shí)也會(huì )影響到氫離子和氫氧根離子的含量，而反滲透膜對各種離子的脫鹽率是不一樣的，同時(shí)其脫鹽率會(huì )受到pH值的明顯干擾，只有在pH值介于 6 ~ 8 之間時(shí)，其脫鹽率最高，當pH值過(guò)高或者過(guò)低時(shí)，其脫鹽率均會(huì )大大降低，而石灰軟化預處理工藝pH 值往往都超過(guò)1O, 因而會(huì )導致系統脫鹽率的大大降低。

6、膜元件產(chǎn)水管的破裂

用戶(hù)在安裝時(shí)使用了不恰當的潤滑劑，該潤滑劑與由高分子材料制成的膜元件中心管發(fā)生了反應，同時(shí)由于安裝時(shí)的應力作用，造成了膜元件中心管的破裂。根據膜元件廠(chǎng)家的建議，任何時(shí)候不允許使用石油類(lèi)（如化學(xué)溶劑、凡士林、潤滑油及潤滑脂等）的潤滑劑用于潤滑O形密封圈、連接管、接頭密封圈及濃水密封圈，允許使用的潤滑劑只有硅基膠、水或丙三醇（甘油）。

7、膜元件玻璃鋼外皮的破損

安裝時(shí)并沒(méi)有按照廠(chǎng)家的要求在膜元件與壓力容器的連接處安裝相應的墊片，同時(shí)系統中反滲透入口處也沒(méi)有安裝電動(dòng)慢開(kāi)門(mén)，在系統啟動(dòng)時(shí)，也沒(méi)有進(jìn)行低壓沖洗排氣，因而造成高壓力的給水瞬間加載到膜元件上，造成了“水錘“現象，同時(shí)由于在系統啟動(dòng)時(shí)，沒(méi)有進(jìn)行低壓沖洗排氣，殘留的空氣無(wú)法排出，被壓縮在壓力容器的出口端，因而在系統停運時(shí)膜元件又被反推回來(lái)，造成了膜元件在系統內來(lái)回竄動(dòng)。

8、反滲透系統的設計原則

反滲透系統設計前必須提供完整準確的原水分析報告，水質(zhì)分析報告包括水質(zhì) 類(lèi)型和主要成分指標，所需指標包括溶解離子、硅、膠體、有機物(TOC)。

8.1 典型溶解陰離子

碳酸氫根(HC03-)，碳酸根(CO32-)，氫氧根(OH-)，硫酸根( SO42-)，氯離子 (CL-),氟離子(F-)，硝酸根離子(NO3-), 硫離子(S2-)，磷酸根(P044-)

8.2 典型溶解陽(yáng)離子

鈣離子(Ca2+)，鎂離子(Mg2+），鈉離子(Na+)，鉀離子(K+），鐵離子 (Fe2+或 Fe3+），錳離子(Mn2+）， 鋁離子（Al3+)， 鋇離子(Ba2+），銅 離子 (Cu2+)和 鋅離子(Zn2+).

8.3 反滲透系統中經(jīng)常遇到的難溶鹽是 CaS04、CaC03和硅 。

其他不常遇到的結構有CaF2、BaS04 和SrS04, 其他導致問(wèn)題的下面會(huì )講到。硫酸鹽在大多數原水中大量存在，它們的濃度有時(shí)因人工加硫酸調節PH值而增加。這種情況下，Ba+＋和Sr+＋離子應該被分析并精確到ppb和ppm級別，因為BaS04和SrS04的溶解度比CaS04低，并且它們結垢后很難再溶解。

堿度包括負離子中的碳酸根、碳酸氫根、氫氧根，自然水體中的堿度主要由HC O3-形成。pH在8.3以下的水中，碳酸氫根和二氧化碳平衡存在。當pH高于8.3 時(shí)，HC03-將轉變?yōu)镃O32-存在。如果原水PH達到11.3以上,將存在0H形式。空氣中的二氧化碳會(huì )溶解在水中形成 H2C03 ，酸性水將溶解CaC03, 而CaC03可能是流經(jīng)含CaC03巖石時(shí)帶來(lái)的。許多自然水體中由PH決定的CaC03和Ca(HC03)2的化學(xué) 動(dòng)平衡已接近飽和濃度。Ca(HC03)2的溶解度大于CaC03 如果原水在RO系統中被濃縮，CaC03容易沉淀在系統中。所以加阻垢劑或加酸調低PH值會(huì )經(jīng)常在RO 系統中使用。

硝酸鹽：很容易在水中溶解，所以不會(huì )在RO系統中形成沉淀。硝酸鹽與健康關(guān)系更密切，當哺乳動(dòng)物包括人在內攝取了硝酸鹽后會(huì )轉變?yōu)閬喯觖}，它會(huì )干擾血液中血紅素和氧氣的結合，會(huì )引起很?chē)乐睾蠊�，尤其對于胎兒和兒童，由于這個(gè)原因，飲用水中硝酸鹽含量要求低于40mg/l。反滲透對硝酸鹽的典型脫鹽率是90-96%。

鐵和錳：通常在水中以二價(jià)溶解狀態(tài)存在或以三價(jià)非溶解氫氧化物形成存在。Fe2+可能來(lái)源自井水本身或來(lái)自泵、管路、水箱的腐蝕，尤其上游系統中投加了酸。如果原水中鐵、錳濃度大于O.O5mg/L;并且被空氣或氧化劑氧化為 Fe(OH)3 和Mn(OH)2，當pH值偏高時(shí)會(huì )在系統中形成沉淀。分析表明鐵錳的存在會(huì )加速氧化劑對膜的氧化降解，因此在預處理中必須去除鐵錳。

鋁 ：一般不存在干自然水體中。三價(jià)鋁會(huì )象三價(jià)鐵一樣在RO系統中形成難溶的 Al(OH)3, 當pH在5.3至8.5范圍內時(shí)候，因為鋁高價(jià)正電特性，所以 Al2(SO4)3和NaAl02 可以用于地表水的預處理去除水中負電性膠體，千萬(wàn)小心鋁鹽不要過(guò)多投加，殘留的鋁離子對膜有污染 。也可用 FeCl3 和Fe(S04)3代替鋁鹽作為混凝劑。

銅和鋅：在自然水體中很少存在。有時(shí)水中微量的銅和鋅來(lái)自管道材料。在pH 值5.3至8.5范圍內，Cu(OH)2和Zn(OH)2 不溶于水， 因為它們一般在水中的含量較低，所以只有當系統長(cháng)時(shí)間不清洗，它們積累到一定程度時(shí)，才會(huì )對膜系 統造成污染。可是如果銅鋅與氧化劑（比如過(guò)氧化氫）同時(shí)存在于原水中，那么會(huì )造成膜材質(zhì)的嚴重降解。

硫化物：以H2S氣體形式溶于水中，去除硫化氫可以用脫氣裝置或用氯氧化或空氣接觸變?yōu)椴蝗苄粤蚧牵�用多介質(zhì)過(guò)濾去除 。

磷酸鹽：具有較強負電性，容易和多價(jià)離子形成難溶鹽。磷酸鈣在PH中性時(shí)溶解度很有限，PH值高時(shí)溶解度也不高。進(jìn)水中投加阻垢劑或調低PH（小于7)可以防止磷酸鹽沉淀。

硅：存在大多數自然水體中，濃度從1至100mg/L。而且PH低于9.0時(shí)主要以Si(OH)4存在 。當PH低時(shí)，硅酸可以聚合形成硅膠體。當PH高于9.0時(shí)它會(huì )分離成SiO32-離子而且會(huì )和鈣、鎂、鐵或鉛形成沉淀。硅和硅酸鹽沉淀很難溶解。氟化氫胺溶液清洗硅垢比較有效，可是氟化氫胺溶液排放會(huì )造成環(huán)境污染。當進(jìn)水中硅含量超過(guò) 20mg/L 時(shí)，要注意硅結垢的潛在危險。

膠體（懸浮物顆粒）分析：淤泥密度指數(SDI)，也被稱(chēng)為污染指數 (FI)， 是衡量RO進(jìn)水中膠體（顆粒物）潛在污染性的重要指標。RO 進(jìn)水中的膠體是各種各樣的經(jīng)常包括細菌、黏土、硅膠體和鐵腐蝕產(chǎn)物。預處理中的澄清器中會(huì )用一些化學(xué)品，例如明磯 、三氯化鐵或陽(yáng)離子型聚合劑來(lái)去除膠體污染或通過(guò)后續介質(zhì)過(guò)濾器去除。

細菌總數和有機物含量: 有兩種方法測定水中細菌數,一種是培養法,另一種是熒光染色法，后者更 常用因為很方便快捷。原水中的有機物一般是油類(lèi)－表 面活性劑 、水溶性聚合物和腐質(zhì)酸 。檢測指標有總有機炭 (TOC) ，生化需氧量(BOD ) 和化學(xué)需氧量(COD )。要想更精確地分析有機物成份，需要使用液相色譜和氣質(zhì)聯(lián)用儀器分析 。如果原水中的TOC含量大于3mg/l，預處理單元要 考慮去除有機物工藝。