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反渗透系统预处理设计参考

作者：发布于：2013-6-27 21:24:25 点击量：

1-1．预处理系统运行时可能遇到的污染物分类说明

悬浮固体

该类污染物普遍存在于地表水和废水的水源中，其颗粒直径往往大于1微米。这类杂质在水流处于未搅动状态时，完全可以沉积下来，它很容易被反渗透系统设置的细砂过滤器和多介质过滤器滤出；当反渗透予处理系统中设置絮凝剂/凝聚剂的投加工艺时，该类杂质也可以被絮凝剂所结成的矾花吸附，之后被多介质过滤器细或砂过滤器滤出。

胶体污染物

该类污染物也普遍存在于地表水和废水的水源之中，其颗粒直径往往小于1微米，这类杂质即使在未处于水流搅动时也不会自由沉降，会始终保持在悬浮状态。此类杂质可能是有机或无机成分组成的单体化合物，也可能是多类化合物组成的复合化合物。如硅酸化合物，铁铝氧化物，硫化物，单宁酸，腐殖质等等。

生物污染物

该类污染物也同样多存在于地表水或废水中。在处理这类水源时，污染产生时开始往往反映在反渗透系统前端的膜元件上，在此类现象发生时，R/O系统前段压力升高较快，最初时反渗透系统的脱盐率还会因此而有所提高，但随着膜系统的持续运行，生物污染将逐渐向整个反渗透系统扩散，从而形成大面积的膜污染。膜系统出现生物污堵时，最终导致系统运行压力大幅度上升和产水量下降。该类污染物同常为细菌、生物膜、藻类和真菌。一般在进行反渗透工艺系统设计时，一定要注意控制原水的活性，当原水细菌含量1000cfu/100mg以上时，在设计时就必须考虑去除措施。

有机污染物

我们说过，原水中的有机物的成份最为复杂，其对反渗透膜元件的污染及影响情况也非常难以预料。但是，该项指标是设计反渗透系统时需要认真考虑防护的主要污染物。有机污染物的来源一般分成两种：一类是由于动植物的腐烂物形成的天然腐殖有机物；另一类是工业废弃物污染所形成的有机物。有机物污染反渗透膜时，往往是有机物被较为牢固的吸附在膜表面上，清洗时较为困难。一般说来，有机物对膜系统的污染后果最难预测：水中的有一些有机物对反渗透膜几乎没有任何破坏作用；但却有个别的微量有机物一旦被吸附在膜面后不仅能污染反渗透膜，甚至还能引起膜的降解和退化。所以我们必须对原水中存在的有机物予以高度重视。所以从原则讲上，在我们设计一个反渗透系统时，当原水TOC含量达到3mg/l，就必须在系统内考虑相应的去除措施。一般说来，在处理地表水和废水的反渗透预处理系统中，应尽量在絮凝、澄清和氧化等预处理工艺过程中，将大部分有机污染物去除或分解转化。假如经过以上处理后仍无法满足进水要求，则可以考虑通过活性炭吸附过滤器、有机物清扫器或超滤设备的设置将其进一步去除，以最终满足反渗透系统的进水要求。

1-2．反渗透预处理系统的设计原则及综述

1)水中存在的难溶无机盐类成份的反渗透预处理系统设计

离子交换软化：此工艺在系统未选择投加有机阻垢剂时且原水硬度含量较低及有一定的钡、锶离子含量水源时，被经常采用。一般说来，目前此工艺在小型反渗透装置的预处理系统和用于饮用水净化的反渗透纯净水制备系统应用最多。

石灰软化辅助投加镁剂：此工艺在原水碳酸盐硬度和溶解二氧化硅含量较高的大型反渗透系统中往往被采用。一般说来，该方法可将原水碳酸盐硬度降低到100mg/l左右，与此同时原水中溶解的二氧化硅含量也可以去除50～60％左右。此工艺在处理水质较差的地表水和工业循环水时应用居多。

给水中计量投加阻垢剂：由于该工艺对原水和现场条件的适用性强，实现自动控制容易，装置运行可靠，故此在大型反渗透系统和原水难溶无机物含量较高的系统中被广泛采用。目前在新建的反渗透系统中，投加的阻垢剂多见于国外进口产品，如：美国ARGO公司的MDC-150/220/200和美国清力公司（KING LEE）的PTP-0100/2000。该类阻垢剂的共同特点是稀释及投加均十分方便，该药剂对水中的多种难溶物质均具有较高的分散能力，药剂生产厂商甚至可以保证在R/O浓水系统LSI或S&DSI指数高达+2.5～+3.0时仍不结垢，另外，CaSO4、SrSO4、BaSO4、CaF2的饱和度而因此可以分别扩展2.3 、8.0、60、100倍；并且有的阻垢剂与预处理系统中投加絮凝剂兼容（如：MDC-150阻垢剂与MPT150型絮凝剂即相互兼容）。而在过去国内被作为阻垢剂经常使用的六偏磷酸钠，由于其具有溶解不便、受温度影响、不十分稳定、分散能力较差等缺点而正在被逐渐取代。另外，六偏磷酸钠水解后生成的磷酸根离子和磷酸盐垢，很可能成为原水中所含有微生物的营养剂，从而促进了微生物在反渗透系统内繁衍，这也是六偏磷酸钠正在被用户逐渐弃用的原因之一。无论是选用哪一种阻垢剂，在应用时应特别注意其浓水系统中LSI 和 S&DSI值的控制，保证系统安全运行。

弱酸型阳离子交换脱碱软化：该法在原水含盐量较高和碱度成分高（占阴离子含量70％以上时）的大型反渗透系统中应用居多。但经过此工艺处理后，被处理水PH值较低（4～5），这样往往会由于反渗透系统的无机酸透过量增加，而使反渗透系统脱盐率较低；即便再对脱碳后的被处理水进行调节PH值处理或采用不脱除二氧化碳的工艺，其脱盐率也无法达到原来较为理想的水平。尽管如此，该工艺在高盐量、高碱度的水质条件情况下还是得到了较多的应用。

2)针对原水溶解硅含量较高的反渗透预处理系统设计

对此种水源条件下运行的反渗透预处理系统设计一般有如下几种方法：

在现场条件允许的情况下，通过系统内设置的换热器将给水温度调整至28～35℃左右，进而提高水中硅酸化合物的溶解度，并与控制系统水回收率的工艺设计相结合，来确保反渗透系统在运行过程中无硅胶垢形成.这是在工程中经常采用的方法。在此种条件下，一般应注意将反渗透浓水系统的二氧化硅的含量控制在150mg/l以下。

采用石灰预软化和投加镁剂(菱苦土)相结合的方法除硅。该方法可以将溶解在原水中的二氧化硅去除60％以上，另外，本工艺在用户实际操作时比较麻烦，故此本工艺在小型水处理系统中应用很少，而在大型反渗透系统中被广泛采用。

投加硅分散剂。目前，由于进口硅分散剂的优越性能而导致该方法在国内最近开工的大型反渗透工程中已被广泛采用。在此类系统中，常见的是投加美国ARGO公司提供的MSI-300和美国KING LEE公司提供的PTP-0100型号的药剂。从药剂供应商提交的技术文件和相关信息来看，在应用时，有的甚至允许反渗透浓水系统二氧化硅的含量达到240~290PPM左右。但对一个反渗透系统设计者来说，具体工程中反渗透浓水系统二氧化硅的所允许的最高含量，应根据具体投加药剂所允许的技术指标和符合现场条件的药剂投加计算软件的模拟结果而最终确定。

3)针对原水含有金属氧化物的反渗透预处理系统设计

在预处理系统中设置对原水的预氧化工艺，然后通过混凝、沉降和砂滤或锰砂过滤等工艺，将原水中的铁、锰离子及其化合物去除。

在预处理系统中，增设石灰预软化和混凝、澄清、沉降的组合处理工艺一般均可以将原水中的大部分金属氧化物去除。

采用电化学凝聚、沉降和多介质过滤的预处理组合工艺，也可将水中的绝大部分铁金属氧化物去除。

投加化学分散剂。在可以有效地防止无机盐结垢的同时，还可以防止一定量的金属氧化物在反渗透膜系统中的沉积。如在系统中投加美国ARGO公司的MDC-200化学分散剂。

4)针对原水含有天然有机物的反渗透预处理系统设计

在预处理系统中，设置石灰预软化、混凝、澄清组合处理工艺，然后再通过多介质过滤和细砂过滤的工艺处理，以去除原水中的被吸附的天然腐殖质有机物。该工艺在地表水和循环水脱盐净化处理的大型反渗透预处理系统中被广泛采用。

在预处理系统中设置活性炭吸附过滤工艺，去除原水中尚存的有机物。该工艺在中小型反渗透预处理被经常采用，尤其在纯净水生产和生活饮用水净化系统中应用最多。

在预处理系统中增设有机物清扫器工艺，以便较为彻底地去除原水中的有机物。该工艺在电子行业的超纯水系统和原水为江、河、湖水，水中有机物含量相对较多或成分也较为复杂的反渗透预处理系统中多被采用。

将微滤器（0.2μm）和超滤器（截留分子量在6000～20000）作为清除有机物的预处理设备使用，该工艺在小型反渗透系统中被经常使用。

在预处理系统中以纳滤膜分离设备作为反渗透系统的预处理设备，可以将分子量在200以上的有机物和微生物、病毒、热源去除。在二级海水淡化系统中和以地表水为水源的超纯水制备系统及生活饮用水净化系统中应用较多。

5)针对原水是含有微粒和胶体的地表水的反渗透预处理设计

在预处理系统中设置石灰预软化工艺，并在澄清器中辅助投少量的铝酸钠，以增加澄清效果。

在多介质过滤或细砂过滤等预处理工艺环节之前，增设投加混凝剂/助凝剂、沉降、澄清等预处理组合工艺。

在反渗透膜分离系统之前，设置微滤或超滤预处理设备，以去除原水中该类污染物。

反渗透膜系统不允许有大于5微米的颗粒物质进入，因为反渗透给水中的颗粒物质在系统运行过程中会把反渗透膜的超薄屏障层滑伤，进而导致膜系统盐透过率增加和系统脱盐率下降。

6)针对原水含有细菌及微生物或系统已有微生物滋长的反渗透预处理系统设计

在反渗透给水系统上间断投加被允许使用的非氧化性化学杀菌剂，如投加美国ARGO公司的MBC881和 MBC2881或性能等同的其它非氧化性化学杀菌剂。 H`/@o$Y;^

在反渗透预处理系统中增设紫外线消毒工艺。

在预处理系统中增设微滤或超滤工艺。

优化反渗透装置的结构设计，减少微生物的孳生地带；如在反渗透装置配管设计时，尽量减少水流死角；再如在设计系统连接管道时，尽量减少在停机时造成部分管道局部积水状态的高-低-高形式的设计和连接；在适当的管道低段增设排放阀等。

在处理湖、河及海水时，在预处理系统中设计投加硫酸铜（0.1PPM）工艺，以控制微生物、藻类的生长和污染。

一般说来，反渗透系统要求原水细菌总数要控制在10000cfu/ml以下。

7)针对原水是稍差的城市自来水或自备水源的反渗透予处理系统设计

在预处理系统中考虑设置还原剂（亚硫酸氢钠）计量投加装置或设置活性炭吸附过滤器，用以消除给水尚存的自由氯，以防止由于水中氧化性物质的长期存在而导致的反渗透膜的表面活性层性能退化。一般说来，在小型反渗透系统中均选择设置活性炭过滤器，而在大型系统中一般都考虑在预处理系统中计量投加还原剂。

在选择系统需投加的阻垢剂品种时，应考虑所投加的阻垢剂与给水前期投加的絮凝剂和凝聚剂是否兼容。一般从历史上看，为了保证混凝效果，在之前一般以地表水为水源的自来水厂和自备水源系统中，都选用了投加阳离子絮凝剂，故此，在为反渗透系统选择阻垢剂时，一定要注意药品的兼容性，若一旦原水在预处理过程中使用了阳离子型絮凝剂，在后续反渗透系统中就要坚决避免使用阴离子型阻垢剂；若不能避免，则后续工艺投加阴离子阻垢剂就可能与过滤水中尚存的阳离子型絮凝剂发生反应，且由于药剂投加而形成的反应物会以胶体化合物的形式沉积在膜表面上，进而对反渗透膜形成污染。目前，在市场上一些国外药剂生产厂家一般都能提供与其阻垢剂相兼容的有机絮凝剂，如美国ARGO公司提供的MPT150絮凝剂与其提供的MDC-150阻垢剂就相互兼容，这样系统使用起来就特别安全。

8)针对原水是处于还原状态(缺氧)且含有二价铁、锰和硫化氢及氨盐的反渗透预处理系统设计

当将反渗透系统处理处于还原状态、且含有铁锰离子的原水时，设计者更应该注意防止铁锰氧化物形成的膜污染。这是因为原水在经过预处理氧化工艺处理后-即当水中氧含量在5PPM以上时，二价铁、锰离子会变成不溶性氢氧化物的溶胶，虽然一般情况下通过混凝、沉降及介质过滤等组合工艺可将该类污染物去除。然而，在实际的反渗透水处理工程中，铁在反渗透膜系统中污堵的产生案例往往很多。多年的工程实践表明，当原水PH值为7.7以上时，即便反渗透给水中铁含量为0.1PPM、且在SDI测试值小于5的情况下，也可能发生铁的膜污染问题，这是因为铁的氧化速率与铁含量，水中溶解氧的浓度及PH值等因素密切有关，所以在预处理系统中应注意对原水中铁离子含量的控制。工程实践证明：一般情况下，原水PH值较低时，反渗透给水中铁离子的允许含量可以稍高:在原水PH值＜ 6.0，溶解氧含量＜0.5ppm，原水铁含量在4ppm以下时，反渗透膜系统基本上不可能发生铁污染;当原水溶解氧含量在0.5- 5ppm之间，PH为6.0- 7.0时，水中铁离子的安全允许含量应在0.5ppm以下;当原水溶解氧含量为5ppm以上，且PH >7.7时，反渗透给水中的铁离子的安全允许浓度仅为0.05ppm。另外，在处理含铁的地下水对原水进行氧化处理时，请勿采用加氯工艺，因为水中的铁在被氯化时所形成的胶体铁很难去除，进而对反渗透膜形成污染。

地下水中硫化氢可以通过氯化及氧化的方法将之去除，但该方法的实际效果与被处理水源的PH值密切相关。在原水PH低于6.4时，原水加氯可使硫化氢转变成硫酸成分存在与水中；但在原水PH值高于6.4时，在对原水氯化过程中，会有一部分硫化氢被氧化成胶体硫。工程实践证明：在PH为7~10时，两种反应成分约各占50％。然而，一旦原水系统中有胶体硫形成就非常难以去除，其对反渗透膜的污染较大，所以在实际反渗透工程应用中要特别谨慎。

另外，也可以使原水在进入反渗透系统之前，采用脱气或气提的方法将原水中的大部分硫化氢去除。

目前，关于硫化氢的祛除技术有了较大的进步和发展。美国SulfaTreat公司提供的SulfaClean产品可以有效的将原水中的硫化氢去除，而且使用简单、安全。该处理方法与其它处理方法有所不同，它不是将硫化氢转化成其它硫化物，而是从被过滤的水流中提取硫化氢，并且不产生溶于水流的副产品。Sulfaclean不是一种化学添加剂，也不需要维护，其消耗只与水中的硫化氢含量有关，并且不需要调节就能适应硫化氢含量的变化，去除效果很好，经过处理后的给水硫化氢几乎检不出，所以该工艺用于反渗透系统十分安全。

9)针对原水中可能含有微量油和脂的反渗透预处理系统设计

在反渗透给水中不能含有油和脂，因为原水中油和脂的存在均可能会使反渗透膜的芳香聚酰胺活性层在应用过程中发生化学降解，并引起膜性能的退化，同时，油脂在膜表面上的附着更容易使水中的其它污染物在膜表面滞留，从而引起反渗透膜的其它污染。

在进行反渗透系统设计时，当给水中油和脂的含量在0.1PPM以上时，就应根据具体情况选择油水分离、化学凝聚、活性炭吸附过滤或超滤膜分离等工艺对其进行去除。

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