反滲透水處理系統技術改造方案的探討

陳娟

摘要：針對反滲透水處理系統存在的問題，介紹了該系統的優化改進方案，并取得了較好的經濟效益。

關鍵詞：反滲透;水處理系統;改進

針對不同的水源、水質以及出水要求，目前水處理工藝應用較多的方案為反滲透技術、EDI電除鹽技術和傳統的離子交換技術。由于化學水處理的發展趨于設備及生產集中化、環保化、多元化以及經濟化，反滲透技術以其先進性和節能性已經廣泛應用于水處理系統中。

一、反滲透簡介

1.反滲透原理。利用一種只能透過水，而不能透過溶質的半透膜，將純水與含溶質的水（濃溶液）隔開，并在濃溶液一側施加足夠大的壓力，則濃溶液中的水就會通過半透膜流向純水側，使濃溶液中的水分子被分離出來，而濃溶液本身濃度增大，從而達到除鹽的目的。這個過程去除的是水中的各種雜質——各種離子、分子、有機膠體、細菌、病毒等。

2.反滲透工藝的優點。反滲透是采用膜分離的水處理技術，屬于橫流過濾的物理方法。其優點如下：（1）在室溫條件下，依靠水的壓力作為推動力，運行費用較低;（2）無大量廢酸堿液排放，不污染環境;（3）系統簡單，操作方便，自動化程度高;（4）對原水水質有較大的適應范圍，出水水質穩定;（5）設備占地面積小，檢修維護工作量小。

二、反滲透（RO）技術工藝流程

反滲透（RO）技術工藝中兩個主要階段：預處理階段和反滲透系統。

1.預處理階段。由于原水中含有一定的懸浮物、膠體、有機物和微生物，所以在進入反滲透裝置之前，一般加入氧化劑，氧化原水中的有機物，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、有機物、膠體等凝聚成大顆粒的礬花，經多介過濾器除去，同時一些細小的懸浮物、膠體以及有機物也會經多介過濾器除掉，達到出水淤泥密度指數（SDI）<5。如果多介過濾器出水SDI不能滿足RO進水要求，可以在多介過濾器之后增加超濾系統。在進入RO系統前，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結垢。

2.反滲透系統。反滲透系統主要包括：①保安過濾器截留原水中>5μm的顆粒，防止其進入反滲透系統;②高壓泵為反滲透本體裝置提供足夠的進水壓力，保證其正常運行;③反滲透裝置除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物;④清洗系統當膜通量下降10%;脫鹽率下降10%;膜的壓力差增加10%以上;已證實裝置內部有嚴重污染物或結垢物時，則膜受到污染，需要清洗。另外，反滲透裝置長期停用，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，恢復膜的原有特性;沖洗是用反滲透產水置換停機后滯留的濃水，防止濃水側亞穩態的結垢物質出現結垢，以保護反滲透膜，沖洗水直排，不得循環使用。如果反滲透運行正常，每年只需要化學清洗一兩次;⑤儀表控制用來控制、監測系統的正常運行，包括在線監測儀表，如電導率儀，pH計等。

三、反滲透水處理設備運行與注意事項

1.設備運行。反滲透水處理設備的運行分為4步：（1）預沖洗。在反滲透水處理設備內充滿水，去除內部的空氣;（2）沖洗。在45s內，反滲透水處理設備的出水質量如果能夠達到的標準，便會自動投入運行;如果沒有在45s內達到水質的標準，或者實際流量比設定的數值小，就會自動進入運行后沖洗階段;（3）運行。在這一階段中，運行人員需要根據壓力、回收率與實際流量來適當的調整反滲透水處理設備的進水門、出水門;（4）運行后沖洗階段。其目的就是在停止運行以后，去除反滲透膜上雜質的殘留，直到的濃溶液一側水質達到保準為止，時間通常為10min。

2.注意事項。為了保證反滲透水處理設備能夠穩定運行，提高運行質量與效率，在運行過程中應該注意以下內容：（1）啟動反滲透水處理設備時，需要緩慢打開進水閥，避免由于瞬間水壓破壞反滲透膜;（2）在實際操作中應該關注靜背壓，保證靜水側壓力小于濃溶液一側的壓力;（3）無論反滲透水處理設備使處于運行狀態或是停運狀態，都應該避免反滲透膜發生脫水問題，一旦脫水就會造成不可逆的設備損傷。

四、運行中問題分析

通常情況下，水溫每升高1℃，膜的通水能力隨之增加2.7%，但是其除鹽率也會下降1%，且水溫過高時，會對膜的強度產生弱化作用，縮短其使用壽命，所以進水溫度需要控制在20～28℃[1] 。在嚴寒、寒冷地區，可以在冬季對原水進行加熱，以保證反滲透系統出力的穩定。調節進水pH值，為防止在膜表面產生碳酸鈣水垢、膜水解，一般通過加入鹽酸調節，以達到膜元件的最佳運行pH值。根據RO膜的類型及原水pH值，也可以不需要加鹽酸調節。對于二級反滲透系統，在二級RO前設自動加堿，調節二級RO進水pH值，將水中CO 2轉化為CO 2-3、HCO-3，從而在二級反滲透中除去，一般所加堿為NaOH溶液。為防止RO膜污堵，預處理應達到濁度低于1.0NTU（傳質單元數），最好低于0.3 NTU，因有機物污染程度難以預測，建議總有機碳應低于2.0×10-6（以碳計），每毫升最高細菌含量為10 000 cfu，同時應根據原水水質變化及時調整預處理運行方式。絮凝劑和殺菌劑投加量均會對膜系統的長期穩定運行產生直接影響，需要不斷摸索，找到最佳投藥量點。可以通過定期分析SDI，其值越低，混凝效果越好;定期測定產水ZETA電位，通常情況下，水中膠體、有機物等帶有負電荷，此電位<0，ZETA電位越接近0說明混凝效果越好。根據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菌體，應加強滅菌;膜片呈淺水草色，輕擦則掉，說明水中已含有藻類，應加強滅藻。天氣變暖時，應特別注意微生物污染，以預防為主，除在預處理中投加足夠的殺菌劑并保證足夠的殺菌時間外，還應對RO系統進行定期消毒。停機時防止背壓，反滲透耐壓具有方向性，脫鹽層面對高水壓時，耐壓強度高，支撐層面對高水壓時，產水從支撐層向脫鹽層方向回流，導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，如果產水帶壓，當高壓泵停止運行后，則可能出現較高背壓。通常，設計時在產水管線上設置爆破膜、快速止回閥或自動排放閥，與高壓泵聯鎖，以便及時對產水隔離或泄壓。

五、反滲透水處理技術的應用

以某水處理方案為例，前期采用離子交換技術進行生產，產脫鹽水量為每月59 861 t，消耗31%HCl量為每月159 t，消耗31%NaOH量為每月146t。原水的水質要求為總陰/陽離子濃度為9.5 mmol/L，但試運行時，其離子濃度已達到11.5mmol/L，并持續上升，因此為滿足用水需求，在原有離子交換裝置前增設反滲透裝置，投產后，產出脫鹽水量達到每月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，減輕了環保壓力。在原水含鹽量發生較大波動時，后面的離子交換設備仍能正常制水，保證了系統的安全運行。

隨著水處理技術的不斷改進和對環保要求的日益嚴格，在未來的發展中，反滲透技術以其高效、低耗、污染少，流程簡單，自動化程度高以及結構緊湊等優勢，有著廣闊的前景，其應用領域也在不斷擴大，只要在今后的運行和管理過程中，不斷總結經驗，將反滲透的運行參數不斷完善，必將使其運行更加可靠，創造出可觀的經濟效益。

參考文獻：

[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，2007.

[2] 吳濤.反滲透專用阻垢劑性能的動態評價方法.化工進展。2006，25（8）：907-912.

（作者單位：佛山市麥克羅美的濾芯設備制造有限公司）