反滲透系統(tǒng)設(shè)計及運行控制（一）

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

膜元件設(shè)計產(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)計產(chǎn)水量，則反滲透膜元件很快就會受到污染，造成膜元件損壞。膜元件生產(chǎn)廠家提供的設(shè)計導(dǎo)則建議應(yīng)根據(jù)不同的進水水源來選取不同的設(shè)計產(chǎn)水量，應(yīng)該選用能夠保證3年后達到設(shè)計產(chǎn)水量的給水泵，即需要設(shè)計更高壓力的給水泵，但系統(tǒng)初始投運時不需要很高的壓力就可以達到設(shè)計產(chǎn)水量，所以系統(tǒng)在初始運行時給水泵壓力富裕，隨著時間的推移，壓力富裕逐漸減少，因此高壓泵后面應(yīng)設(shè)手動調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)給水壓力。有些時候可以對給水泵設(shè)置變頻調(diào)節(jié)裝置，此時可以用變頻的方法來實現(xiàn)給水壓力的調(diào)節(jié)。高壓泵后面的手動調(diào)節(jié)閥在設(shè)置后一般不需要經(jīng)常調(diào)節(jié)，在一段時間內(nèi)基本上是保持在恒定的位置，在系統(tǒng)每次啟動時也不需要開閉此閥門。如果高壓泵后面沒有其他閥門，此時每次啟動系統(tǒng)時，高壓泵的高壓水源會直接沖擊膜元件，特別是在系統(tǒng)中存在空氣時就會產(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)電動慢開閥，在啟動高壓泵后慢慢打開電動慢開閥，也即慢慢向系統(tǒng)的反滲透膜上加載壓力，電動慢開閥應(yīng)該是全開全閉閥門，其全開全閉時間是可以調(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)置電動慢開閥。

2、自動沖洗功能

給水進入反滲透系統(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(tǒng)正常運行時，給水／濃水流沿著反滲透膜表面以一定的流速流動，這些污染物很難沉積下來，但是如果反滲透系統(tǒng)停止運行這些污染物就會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(tǒng)中設(shè)置自動沖洗系統(tǒng)利用干凈的水源對膜元件表面進行停運沖洗，以防止這些污染物的沉積。

3、開機時系統(tǒng)不帶壓沖洗

對于已經(jīng)采取添加停用保護藥劑的系統(tǒng)，應(yīng)該將這些保護藥劑排放出來，然后再通過不帶壓沖洗把這些保護藥劑沖洗干凈，最后再啟動系統(tǒng)。對于沒有采取添加停用保護藥劑的系統(tǒng)，此時系統(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)中存了一定的時間，此時也用不帶壓沖洗的方法把這些水排出后再開機為好。有時，系統(tǒng)中的水不 是在充滿狀態(tài)，此時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、初始運行數(shù)據(jù)的記錄

在運行過程當(dāng)中，由于系統(tǒng)的運行條件，如壓力、溫度、系統(tǒng)回收率和給水濃度的變化會引起產(chǎn)品水流量和質(zhì)量的改變，為了有效地評價系統(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)，因為不可能總是在相同條件下獲得這些數(shù)據(jù)，因此需要將實際運行狀況下的 RO 性能數(shù)據(jù)按照恒定的運行條件進行“標(biāo)準(zhǔn)化”，以便評價RO膜的性能。標(biāo)準(zhǔn)化的參考點是以初投運時（穩(wěn)定運行或經(jīng)過24h)的運行數(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，同時也會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，同時其脫鹽率會受到pH值的明顯干擾，只有在pH值介于 6 ~ 8 之間時，其脫鹽率最高，當(dāng)pH值過高或者過低時，其脫鹽率均會大大降低，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

用戶在安裝時使用了不恰當(dāng)?shù)臐櫥瑒摑櫥瑒┡c由高分子材料制成的膜元件中心管發(fā)生了反應(yīng)，同時由于安裝時的應(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，任何時候不允許使用石油類（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，同時系統(tǒng)中反滲透入口處也沒有安裝電動慢開門，在系統(tǒng)啟動時，也沒有進行低壓沖洗排氣，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，同時由于在系統(tǒng)啟動時，沒有進行低壓沖洗排氣，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)停運時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。

8、反滲透系統(tǒng)的設(shè)計原則

反滲透系統(tǒng)設(shè)計前必須提供完整準(zhǔn)確的原水分析報告，水質(zhì)分析報告包括水質(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)構(gòu)有CaF2、BaS04 和SrS04, 其他導(dǎo)致問題的下面會講到。硫酸鹽在大多數(shù)原水中大量存在，它們的濃度有時因人工加硫酸調(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級別，因為BaS04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，HC03-將轉(zhuǎn)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。所以加阻垢劑或加酸調(diào)低PH值會經(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)哺乳動物包括人在內(nèi)攝取了硝酸鹽后會轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯觖}，它會干擾血液中血紅素和氧氣的結(jié)合，會引起很嚴(yán)重后果，尤其對于胎兒和兒童，由于這個原因，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：通常在水中以二價溶解狀態(tài)存在或以三價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值偏高時會在系統(tǒng)中形成沉淀。分析表明鐵錳的存在會加速氧化劑對膜的氧化降解，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。三價鋁會象三價鐵一樣在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)時候，因為鋁高價正電特性，所以 Al2(SO4)3和NaAl02 可以用于地表水的預(yù)處理去除水中負電性膠體，千萬小心鋁鹽不要過多投加，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， 因為它們一般在水中的含量較低，所以只有當(dāng)系統(tǒng)長時間不清洗，它們積累到一定程度時，才會對膜系 統(tǒng)造成污染。可是如果銅鋅與氧化劑（比如過氧化氫）同時存在于原水中，那么會造成膜材質(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)椴蝗苄粤蚧牵枚嘟橘|(zhì)過濾去除 。

磷酸鹽：具有較強負電性，容易和多價離子形成難溶鹽。磷酸鈣在PH中性時溶解度很有限，PH值高時溶解度也不高。進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時主要以Si(OH)4存在 。當(dāng)PH低時，硅酸可以聚合形成硅膠體。當(dāng)PH高于9.0時它會分離成SiO32-離子而且會和鈣、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造成環(huán)境污染。當(dāng)進水中硅含量超過 20mg/L 時，要注意硅結(jié)垢的潛在危險。

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)， 是衡量RO進水中膠體（顆粒物）潛在污染性的重要指標(biāo)。RO 進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(yù)處理中的澄清器中會用一些化學(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。

細菌總數(shù)和有機物含量: 有兩種方法測定水中細菌數(shù),一種是培養(yǎng)法,另一種是熒光染色法，后者更 常用因為很方便快捷。原水中的有機物一般是油類－表 面活性劑 、水溶性聚合物和腐質(zhì)酸 。檢測指標(biāo)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(yù)處理單元要 考慮去除有機物工藝。