反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及運(yùn)行控制

1、高壓泵后面設(shè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)慢開閥的意義

膜元件設(shè)計(jì)產(chǎn)水量應(yīng)該小于標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)水量，如按標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)水量作為設(shè)計(jì)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)廠家提供的設(shè)計(jì)導(dǎo)則建議應(yīng)根據(jù)不同的進(jìn)水水源來選取不同的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量，應(yīng)該選用能夠保證3年后達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)水量的給水泵，即需要設(shè)計(jì)更高壓力的給水泵，但系統(tǒng)初始投運(yùn)時(shí)不需要很高的壓力就可以達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)水量，所以系統(tǒng)在初始運(yùn)行時(shí)給水泵壓力富裕，隨著時(shí)間的推移，壓力富裕逐漸減少，因此高壓泵后面應(yīng)設(shè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)給水壓力。有些時(shí)候可以對(duì)給水泵設(shè)置變頻調(diào)節(jié)裝置，此時(shí)可以用變頻的方法來實(shí)現(xiàn)給水壓力的調(diào)節(jié)。高壓泵后面的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥在設(shè)置后一般不需要經(jīng)常調(diào)節(jié)，在一段時(shí)間內(nèi)基本上是保持在恒定的位置，在系統(tǒng)每次啟動(dòng)時(shí)也不需要開閉此閥門。如果高壓泵后面沒有其他閥門，此時(shí)每次啟動(dòng)系統(tǒng)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(tǒng)中存在空氣時(shí)就會(huì)產(chǎn)生“水錘＂的現(xiàn)象，這樣容易造成膜元件的破裂。為了防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該在高壓泵后面設(shè)電動(dòng)慢開閥，在啟動(dòng)高壓泵后慢慢打開電動(dòng)慢開閥，也即慢慢向系統(tǒng)的反滲透膜上加載壓力，電動(dòng)慢開閥應(yīng)該是全開全閉閥門，其全開全閉時(shí)間是可以調(diào)節(jié)的一般設(shè)定為 45~ 60s, 所以從反滲透膜元件的安全角度考慮應(yīng)該設(shè)置電動(dòng)慢開閥。

2、自動(dòng)沖洗功能

給水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)后分成兩路，一路透過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)并逐漸濃縮，在這些濃縮的水流中包含了大量的鹽分，甚至還有有機(jī)物、膠體、微生物和細(xì)菌、病毒等。在反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，給水／濃水流沿著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，但是如果反滲透系統(tǒng)停止運(yùn)行這些污染物就會(huì)立即沉積在膜的表面，對(duì)膜元件造成污染。所以要在反滲透系統(tǒng)中設(shè)置自動(dòng)沖洗系統(tǒng)利用干凈的水源對(duì)膜元件表面進(jìn)行停運(yùn)沖洗，以防止這些污染物的沉積。

3、開機(jī)時(shí)系統(tǒng)不帶壓沖洗

對(duì)于已經(jīng)采取添加停用保護(hù)藥劑的系統(tǒng)，應(yīng)該將這些保護(hù)藥劑排放出來，然后再通過不帶壓沖洗把這些保護(hù)藥劑沖洗干凈，最后再啟動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于沒有采取添加停用保護(hù)藥劑的系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)中一般是充滿水的狀態(tài)，但這些水可能已經(jīng)在系統(tǒng)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機(jī)為好。有時(shí)，系統(tǒng)中的水不 是在充滿狀態(tài)，此時(shí)必須通過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(xiàn)象而損壞膜元件。

4、初始運(yùn)行數(shù)據(jù)的記錄

在運(yùn)行過程當(dāng)中，由于系統(tǒng)的運(yùn)行條件，如壓力、溫度、系統(tǒng)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(píng)價(jià)系統(tǒng)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(shù)據(jù)，因?yàn)椴豢赡芸偸窃谙嗤瑮l件下獲得這些數(shù)據(jù)，因此需要將實(shí)際運(yùn)行狀況下的 RO 性能數(shù)據(jù)按照恒定的運(yùn)行條件進(jìn)行“標(biāo)準(zhǔn)化”，以便評(píng)價(jià)RO膜的性能。標(biāo)準(zhǔn)化的參考點(diǎn)是以初投運(yùn)時(shí)（穩(wěn)定運(yùn)行或經(jīng)過24h)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，或者由反滲透膜元件制造廠商的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)做參考，標(biāo)準(zhǔn)化包括產(chǎn)品水流量的“標(biāo)準(zhǔn)化”和鹽透過率的 “標(biāo)準(zhǔn)化”。

5、預(yù)處理PH值偏高，系統(tǒng)脫鹽率整體過低

pH值是水的酸堿度的衡量指標(biāo)，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(tǒng)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(duì)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(dāng)pH值過高或者過低時(shí)，其脫鹽率均會(huì)大大降低，而石灰軟化預(yù)處理工藝pH 值往往都超過1O, 因而會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)脫鹽率的大大降低。

6、膜元件產(chǎn)水管的破裂

用戶在安裝時(shí)使用了不恰當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑，該潤(rùn)滑劑與由高分子材料制成的膜元件中心管發(fā)生了反應(yīng)，同時(shí)由于安裝時(shí)的應(yīng)力作用，造成了膜元件中心管的破裂。根據(jù)膜元件廠家的建議，任何時(shí)候不允許使用石油類（如化學(xué)溶劑、凡士林、潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑脂等）的潤(rùn)滑劑用于潤(rùn)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(rùn)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)并沒有按照廠家的要求在膜元件與壓力容器的連接處安裝相應(yīng)的墊片，同時(shí)系統(tǒng)中反滲透入口處也沒有安裝電動(dòng)慢開門，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，也沒有進(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(xiàn)象，同時(shí)由于在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，沒有進(jìn)行低壓沖洗排氣，殘留的空氣無法排出，被壓縮在壓力容器的出口端，因而在系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)膜元件又被反推回來，造成了膜元件在系統(tǒng)內(nèi)來回竄動(dòng)。

8、反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)前必須提供完整準(zhǔn)確的原水分析報(bào)告，水質(zhì)分析報(bào)告包括水質(zhì) 類型和主要成分指標(biāo)，所需指標(biāo)包括溶解離子、硅、膠體、有機(jī)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(tǒng)中經(jīng)常遇到的難溶鹽是 CaS04、CaC03和硅 。其他不常遇到的結(jié)垢有CaF2、BaS04 和SrS04, 其他導(dǎo)致問題的離子下面會(huì)講到。硫酸鹽在大多數(shù)原水中大量存在，它們的濃度有時(shí)因人工加硫酸調(diào)節(jié)PH值而增加。這種情況下，Ba+＋和Sr+＋離子應(yīng)該被分析并精確到ppb和ppm級(jí)別，因?yàn)锽aS04和SrS04的溶解度比CaS04低，并且它們結(jié)垢后很難再溶解。

堿度包括負(fù)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(dāng)pH高于8.3 時(shí)，HC03-將轉(zhuǎn)變?yōu)镃O32-存在。如果原水PH達(dá)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(tǒng)中被濃縮，CaC03容易沉淀在系統(tǒng)中。所以投加阻垢劑或加酸調(diào)低PH值會(huì)經(jīng)常在RO 系統(tǒng)中使用。

硝酸鹽：很容易在水中溶解，所以不會(huì)在RO系統(tǒng)中形成沉淀。硝酸鹽與健康關(guān)系更密切，當(dāng)哺乳動(dòng)物包括人在內(nèi)攝取了硝酸鹽后會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯觖}，它會(huì)干擾血液中血紅素和氧氣的結(jié)合，會(huì)引起很嚴(yán)重后果，尤其對(duì)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(duì)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+可能來源自井水本身或來自泵、管路、水箱的腐蝕，尤其上游系統(tǒng)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(dāng)pH值偏高時(shí)會(huì)在系統(tǒng)中形成沉淀。分析表明鐵錳的存在會(huì)加速氧化劑對(duì)膜的氧化降解，因此在預(yù)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(tǒng)中形成難溶的 Al(OH)3, 當(dāng)pH在5.3至8.5范圍內(nèi)時(shí)候，因?yàn)殇X高價(jià)正電特性，所以 Al2(SO4)3和NaAl02 可以用于地表水的預(yù)處理去除水中負(fù)電性膠體，千萬小心鋁鹽不要過多投加，殘留的鋁離子對(duì)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自管道材料。在pH 值5.3至8.5范圍內(nèi)，Cu(OH)2和Zn(OH)2 不溶于水， 因?yàn)樗鼈円话阍谒械暮瘦^低，所以只有當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不清洗，它們積累到一定程度時(shí)，才會(huì)對(duì)膜系 統(tǒng)造成污染?？墒侨绻~鋅與氧化劑（比如過氧化氫）同時(shí)存在于原水中，那么會(huì)造成膜材質(zhì)的嚴(yán)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?，用多介質(zhì)過濾去除 。

磷酸鹽：具有較強(qiáng)負(fù)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(diào)低PH（小于7)可以防止磷酸鹽沉淀。

硅：存在大多數(shù)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(dāng)PH低時(shí)，硅酸可以聚合形成硅膠體。當(dāng)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(dāng)進(jìn)水中硅含量超過 20mg/L 時(shí)，要注意硅結(jié)垢的潛在危險(xiǎn)。

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

細(xì)菌總數(shù)和有機(jī)物含量: 有兩種方法測(cè)定水中細(xì)菌數(shù),一種是培養(yǎng)法,另一種是熒光染色法，后者更 常用因?yàn)楹芊奖憧旖?。原水中的有機(jī)物一般是油類－表 面活性劑 、水溶性聚合物和腐質(zhì)酸 。檢測(cè)指標(biāo)有總有機(jī)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(jī)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(yù)處理單元要 考慮去除有機(jī)物工藝
   （來源：水處理新視野）