反滲透水處理系統(tǒng)技術(shù)改造方案的探討

陳娟

摘要：針對(duì)反滲透水處理系統(tǒng)存在的問題，介紹了該系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)方案，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：反滲透;水處理系統(tǒng);改進(jìn)

針對(duì)不同的水源、水質(zhì)以及出水要求，目前水處理工藝應(yīng)用較多的方案為反滲透技術(shù)、EDI電除鹽技術(shù)和傳統(tǒng)的離子交換技術(shù)。由于化學(xué)水處理的發(fā)展趨于設(shè)備及生產(chǎn)集中化、環(huán)保化、多元化以及經(jīng)濟(jì)化，反滲透技術(shù)以其先進(jìn)性和節(jié)能性已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水處理系統(tǒng)中。

一、反滲透簡(jiǎn)介

1.反滲透原理。利用一種只能透過水，而不能透過溶質(zhì)的半透膜，將純水與含溶質(zhì)的水（濃溶液）隔開，并在濃溶液一側(cè)施加足夠大的壓力，則濃溶液中的水就會(huì)通過半透膜流向純水側(cè)，使?jié)馊芤褐械乃肿颖环蛛x出來，而濃溶液本身濃度增大，從而達(dá)到除鹽的目的。這個(gè)過程去除的是水中的各種雜質(zhì)——各種離子、分子、有機(jī)膠體、細(xì)菌、病毒等。

2.反滲透工藝的優(yōu)點(diǎn)。反滲透是采用膜分離的水處理技術(shù)，屬于橫流過濾的物理方法。其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）在室溫條件下，依靠水的壓力作為推動(dòng)力，運(yùn)行費(fèi)用較低;（2）無大量廢酸堿液排放，不污染環(huán)境;（3）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便，自動(dòng)化程度高;（4）對(duì)原水水質(zhì)有較大的適應(yīng)范圍，出水水質(zhì)穩(wěn)定;（5）設(shè)備占地面積小，檢修維護(hù)工作量小。

二、反滲透（RO）技術(shù)工藝流程

反滲透（RO）技術(shù)工藝中兩個(gè)主要階段：預(yù)處理階段和反滲透系統(tǒng)。

1.預(yù)處理階段。由于原水中含有一定的懸浮物、膠體、有機(jī)物和微生物，所以在進(jìn)入反滲透裝置之前，一般加入氧化劑，氧化原水中的有機(jī)物，殺菌滅藻，一般用量為1～2 mg/L，氧化之后，加入絮凝劑，使水中的懸浮物、有機(jī)物、膠體等凝聚成大顆粒的礬花，經(jīng)多介過濾器除去，同時(shí)一些細(xì)小的懸浮物、膠體以及有機(jī)物也會(huì)經(jīng)多介過濾器除掉，達(dá)到出水淤泥密度指數(shù)（SDI）<5。如果多介過濾器出水SDI不能滿足RO進(jìn)水要求，可以在多介過濾器之后增加超濾系統(tǒng)。在進(jìn)入RO系統(tǒng)前，需加入還原劑和阻垢劑，還原劑是將水中氧化性氯還原，防止其破壞反滲透膜元件，阻垢劑是為防止反滲透濃水側(cè)結(jié)垢。

2.反滲透系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)主要包括：①保安過濾器截留原水中>5μm的顆粒，防止其進(jìn)入反滲透系統(tǒng);②高壓泵為反滲透本體裝置提供足夠的進(jìn)水壓力，保證其正常運(yùn)行;③反滲透裝置除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機(jī)物及微生物;④清洗系統(tǒng)當(dāng)膜通量下降10%;脫鹽率下降10%;膜的壓力差增加10%以上;已證實(shí)裝置內(nèi)部有嚴(yán)重污染物或結(jié)垢物時(shí)，則膜受到污染，需要清洗。另外，反滲透裝置長(zhǎng)期停用，再次投入使用前，也需要清洗。主要分為清洗和沖洗：清洗是通過配置一定濃度特定的清洗溶液，清除膜中的污染物質(zhì)，恢復(fù)膜的原有特性;沖洗是用反滲透產(chǎn)水置換停機(jī)后滯留的濃水，防止?jié)馑畟?cè)亞穩(wěn)態(tài)的結(jié)垢物質(zhì)出現(xiàn)結(jié)垢，以保護(hù)反滲透膜，沖洗水直排，不得循環(huán)使用。如果反滲透運(yùn)行正常，每年只需要化學(xué)清洗一兩次;⑤儀表控制用來控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，包括在線監(jiān)測(cè)儀表，如電導(dǎo)率儀，pH計(jì)等。

三、反滲透水處理設(shè)備運(yùn)行與注意事項(xiàng)

1.設(shè)備運(yùn)行。反滲透水處理設(shè)備的運(yùn)行分為4步：（1）預(yù)沖洗。在反滲透水處理設(shè)備內(nèi)充滿水，去除內(nèi)部的空氣;（2）沖洗。在45s內(nèi)，反滲透水處理設(shè)備的出水質(zhì)量如果能夠達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，便會(huì)自動(dòng)投入運(yùn)行;如果沒有在45s內(nèi)達(dá)到水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，或者實(shí)際流量比設(shè)定的數(shù)值小，就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行后沖洗階段;（3）運(yùn)行。在這一階段中，運(yùn)行人員需要根據(jù)壓力、回收率與實(shí)際流量來適當(dāng)?shù)恼{(diào)整反滲透水處理設(shè)備的進(jìn)水門、出水門;（4）運(yùn)行后沖洗階段。其目的就是在停止運(yùn)行以后，去除反滲透膜上雜質(zhì)的殘留，直到的濃溶液一側(cè)水質(zhì)達(dá)到保準(zhǔn)為止，時(shí)間通常為10min。

2.注意事項(xiàng)。為了保證反滲透水處理設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，提高運(yùn)行質(zhì)量與效率，在運(yùn)行過程中應(yīng)該注意以下內(nèi)容：（1）啟動(dòng)反滲透水處理設(shè)備時(shí)，需要緩慢打開進(jìn)水閥，避免由于瞬間水壓破壞反滲透膜;（2）在實(shí)際操作中應(yīng)該關(guān)注靜背壓，保證靜水側(cè)壓力小于濃溶液一側(cè)的壓力;（3）無論反滲透水處理設(shè)備使處于運(yùn)行狀態(tài)或是停運(yùn)狀態(tài)，都應(yīng)該避免反滲透膜發(fā)生脫水問題，一旦脫水就會(huì)造成不可逆的設(shè)備損傷。

四、運(yùn)行中問題分析

通常情況下，水溫每升高1℃，膜的通水能力隨之增加2.7%，但是其除鹽率也會(huì)下降1%，且水溫過高時(shí)，會(huì)對(duì)膜的強(qiáng)度產(chǎn)生弱化作用，縮短其使用壽命，所以進(jìn)水溫度需要控制在20～28℃[1] 。在嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)，可以在冬季對(duì)原水進(jìn)行加熱，以保證反滲透系統(tǒng)出力的穩(wěn)定。調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值，為防止在膜表面產(chǎn)生碳酸鈣水垢、膜水解，一般通過加入鹽酸調(diào)節(jié)，以達(dá)到膜元件的最佳運(yùn)行pH值。根據(jù)RO膜的類型及原水pH值，也可以不需要加鹽酸調(diào)節(jié)。對(duì)于二級(jí)反滲透系統(tǒng)，在二級(jí)RO前設(shè)自動(dòng)加堿，調(diào)節(jié)二級(jí)RO進(jìn)水pH值，將水中CO 2轉(zhuǎn)化為CO 2-3、HCO-3，從而在二級(jí)反滲透中除去，一般所加堿為NaOH溶液。為防止RO膜污堵，預(yù)處理應(yīng)達(dá)到濁度低于1.0NTU（傳質(zhì)單元數(shù)），最好低于0.3 NTU，因有機(jī)物污染程度難以預(yù)測(cè)，建議總有機(jī)碳應(yīng)低于2.0×10-6（以碳計(jì)），每毫升最高細(xì)菌含量為10 000 cfu，同時(shí)應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)變化及時(shí)調(diào)整預(yù)處理運(yùn)行方式。絮凝劑和殺菌劑投加量均會(huì)對(duì)膜系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生直接影響，需要不斷摸索，找到最佳投藥量點(diǎn)?？梢酝ㄟ^定期分析SDI，其值越低，混凝效果越好;定期測(cè)定產(chǎn)水ZETA電位，通常情況下，水中膠體、有機(jī)物等帶有負(fù)電荷，此電位<0，ZETA電位越接近0說明混凝效果越好。根據(jù)SDI膜片截留物性狀來判斷：若膜片呈黃色或淺黃色，輕擦不掉，可被稀酸洗掉，說明混凝劑投加量過大;膜片呈淺黃色或者土質(zhì)色，輕擦則掉，說明混凝劑投加量過小;膜片呈灰色或者黑色，輕擦則掉，說明水中還有大量細(xì)菌體，應(yīng)加強(qiáng)滅菌;膜片呈淺水草色，輕擦則掉，說明水中已含有藻類，應(yīng)加強(qiáng)滅藻。天氣變暖時(shí)，應(yīng)特別注意微生物污染，以預(yù)防為主，除在預(yù)處理中投加足夠的殺菌劑并保證足夠的殺菌時(shí)間外，還應(yīng)對(duì)RO系統(tǒng)進(jìn)行定期消毒。停機(jī)時(shí)防止背壓，反滲透耐壓具有方向性，脫鹽層面對(duì)高水壓時(shí)，耐壓強(qiáng)度高，支撐層面對(duì)高水壓時(shí)，產(chǎn)水從支撐層向脫鹽層方向回流，導(dǎo)致脫鹽層從支撐層剝離，甚至破裂。所以，一般要求反滲透膜在任何情況下所承受的背壓不得高于0.1 MPa，如果產(chǎn)水帶壓，當(dāng)高壓泵停止運(yùn)行后，則可能出現(xiàn)較高背壓。通常，設(shè)計(jì)時(shí)在產(chǎn)水管線上設(shè)置爆破膜、快速止回閥或自動(dòng)排放閥，與高壓泵聯(lián)鎖，以便及時(shí)對(duì)產(chǎn)水隔離或泄壓。

五、反滲透水處理技術(shù)的應(yīng)用

以某水處理方案為例，前期采用離子交換技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)脫鹽水量為每月59 861 t，消耗31%HCl量為每月159 t，消耗31%NaOH量為每月146t。原水的水質(zhì)要求為總陰/陽離子濃度為9.5 mmol/L，但試運(yùn)行時(shí)，其離子濃度已達(dá)到11.5mmol/L，并持續(xù)上升，因此為滿足用水需求，在原有離子交換裝置前增設(shè)反滲透裝置，投產(chǎn)后，產(chǎn)出脫鹽水量達(dá)到每月81 512 t，消耗31%HCl量為每月66t，消耗31%NaOH量為每月54 t，周期制水量提高20多倍，減輕了環(huán)保壓力。在原水含鹽量發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)，后面的離子交換設(shè)備仍能正常制水，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

隨著水處理技術(shù)的不斷改進(jìn)和對(duì)環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，在未來的發(fā)展中，反滲透技術(shù)以其高效、低耗、污染少，流程簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高以及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)，有著廣闊的前景，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，只要在今后的運(yùn)行和管理過程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，將反滲透的運(yùn)行參數(shù)不斷完善，必將使其運(yùn)行更加可靠，創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李勇.水廠廢水再生的反滲透膜污染控制策略研究.邯鄲：河北工程大學(xué)，2007.

[2] 吳濤.反滲透專用阻垢劑性能的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法.化工進(jìn)展。2006，25（8）：907-912.

（作者單位：佛山市麥克羅美的濾芯設(shè)備制造有限公司）