| 1. 反渗透水处理系统的构成 |
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|
2. 反渗透预处理
—— 它是让您高枕无忧的关键
-
成动运行的必要条件
-
具体的预处理设计需要根据现场情况和膜元件类型确定
-
必须仔细考虑各种要求
-
原水的特点非常重要
-
为确保系统可靠运行，有时需要作小型实验
-
最后您将心想事成！
2.1 反渗透预处理合适与否的简单判断准则 |
| 清洗频率 |
预处理是否合理或适度 |
| 3个月或更长 |
适度 |
| 1~3个月 |
可能需要加强预处理 |
| 1个月超过1次 |
确实需要加强预处理 | |
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2.2 反渗透预处理设计考虑因素
2.3 反渗透元件的进水条件 |
| 反渗透膜元件类型 |
进水中氯的浓度 - ppm |
是否能耐受细菌的降解 |
进水pH |
进水温度 - ℃ |
| CAB |
0.3 ~ 1.0 |
不能 |
5 ~ 6 |
1 ~ 35 |
| CPA |
＜0.1 * |
可以 |
4 ~ 10 |
1 ~ 45 |
| SWC |
＜0.1 * |
可以 |
4 ~ 10 |
1 ~ 45 |
| ESPA |
＜0.1 * |
可以 |
4 ~ 10 |
1 ~ 45 |
| ESNA |
＜0.1 * |
可以 |
4 ~ 10 |
1 ~ 45 | |
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注：氯的耐受力计算建立在无铁存在的基础上
2.4 预处理中考虑的反渗透结垢成分
反渗透进水中含有的难溶盐及相关成分达到下表中所列的浓度时，均应在预处理中采取相应措施，以防止反渗透膜结垢。 |
| 结垢成份 |
在下列进水情况下需要预处理，包括添加阻垢剂、分散剂 |
| CaCO3 |
浓水LSI值＞0，pH值较高，温度较高 |
| CaSO4 |
浓度积/溶度积＞100%，Ca+SO4＞250 ppm |
| BaSO4 |
浓度积/溶度积＞100%，Ba＞50 ppb |
| SrSO4 |
浓度积/溶度积＞100%，Sr＞2 ppm |
| 可溶性铁 |
Fe＞0.3 ppm |
| 锰 |
Mn＞0.05 ppm |
| 可溶性硅 |
温度＜15℃时，且没有重金属(Fe、Al等)存在时，SiO2＞25 ppm | |
|
注意：上表中指标的设计基础为 75% 的系统水回收率，在某些情况下，最小值范围会有变化。
2.5 反渗透污染物
2.5.1 悬浮固体
预处理后必须将下列指标降低至
浊度＜ 1 NTU
15 分钟 SDI 值＜ 5
2.5.2 胶体污染物
-
普遍存在于地表水或废水中
-
污染物主要存在于反渗透系统的前端
-
尺寸＜ 1 微米
-
在未搅拌溶液中微粒会保持悬浮状态
-
可以是有机或无机成份组成的单体或复合化合物
-
无机成份可能是硅酸、铁、铝、硫
-
有机成份可能是单宁酸、木质素、腐殖物
预处理后必须将下列的指标降低至：
浊度＜ 1 NTU
15 分钟 SDI 值＜ 5
2.5.3 有机污染物
2.5.4 生物污染
-
普遍存在于地表水或废水中
-
开始时易在反渗透前端形成污染物，随后扩展及整个反渗透系统
-
通常污染物为细菌、生物膜、藻类、真菌
-
警戒含量为每毫升 10000 cfu ( 菌落生成单位 )
-
必须控制生物活性
-
CAB 膜由于其对余氯的耐受性较好，因而可能更适用
2.6 针对特定污染物的反渗透预处理设计要点
2.6.1 针对给溶盐的反渗透预处理设计
-
离子交换软化
-
弱酸阳离子软化
-
石灰软化
-
添加化学阻垢剂
2.6.2 针对金属氧化物的反渗透预处理设计
2.6.3 针对溶解性硅的反渗透预处理设计
2.6.4 针对微粒和胶体的反渗透预处理设计
-
澄清
-
石灰软化
-
砂滤或添加混凝剂或絮凝剂后进行多介质过滤
-
微滤或超滤
2.6.5 针对天然有机物的反渗透预处理设计
2.6.6 针对有微生物滋长的反渗透预处理设计
-
化学杀菌剂
-
石灰软化
-
紫外杀菌
-
微滤或超滤
-
保持水流动
-
尽量减少死角
2.6.7 由于预处理系统设计或操作不当而人为造成的常见污染
-
在市政水厂添加化学药剂
-
阳离子聚合物
-
氯化铝或氯化铁
-
正磷酸锌
-
添加了互不相容的化学药剂
-
氧化剂
3. 反渗透系统的故障诊断和运行数据的标准化
3.1 反渗透系统的故障及其诊断确定问题：
-
您的反渗透系统是否运转不正常？
-
您的反渗透系统是不是正常停机中停用时间过长？
-
您的反渗透预处理或化学加药系统是否正常？
-
确定您是否在适当的进水温度、 TDS 或这 pH 条件下使用？
-
确定您的水流量和水回收率是否适当？
-
确定压降 ( 进水 — 浓水 ) 是否正常？
-
确定所有的仪器仪表是否校准？
-
对产水流量和产水水质进行标准化。
-
逐段及逐个压力容器测量产水水质。
-
检查每只压力容器密封件有无损坏。
-
检测反渗透进水的保安过滤器是否含有污染物？
-
检测反渗透膜元件是否被污染或被损坏。
-
采样并分析反渗透进水、浓水和各段产水及总产水水质数据。
-
将分析所得水质数据与反渗透设计的计算值相比较。
-
以标准化后产水水质、流量及压降的变化为基础，确定可能的污染物。
-
对预测的污染物及垢质进行清洗。
-
分析清洗液中所含的污染物以及清洗液的顔色和 pH 值变化。
-
将反渗透膜元件送出进行非破坏性的分析，并确定清洗方案。
-
最后的手段是进行膜元件解剖分析和实验分析以确定污染物。
3.2 常见反渗透污染现象
3.2.1 膜降解
-
水解 ( 由过低或过高 pH 值造成 )
-
氧化 ( Cl 2 ,H 2 O 2 ,KMnO 4 )
-
机械损坏 ( 产水背压、膜卷突出、过热、由于细碳料或砂料造成的磨损 )
3.2.2 沉淀物沉积
-
碳酸垢 ( Ca ）
-
硫酸垢 ( Ca,Ba,Sr )
-
硅垢 ( SiO 2 )
3.2.3 胶体沉积
3.2.4 有机物沉积
-
天然有机物 ( 腐殖物和灰黄素 )
-
油类 ( 泵密封泄漏，新换管道 )
-
过量的阻垢剂或铁沉淀
-
过量的阳离子聚合物 ( 来源于预处理的过滤器 )
3.2.5 生物污染
3.3 反渗透污染症状
3.3.1 系统进水与浓水间压降增加
3.3.2 反渗透进水压力发生变化
3.3.3 标准化后的产水流量变化
3.3.4 标准后的盐透过率发生变化
3.4 反渗透故障诊断一览表 |
| 可能的原因 |
可能的发生地点 |
进水与浓水间压降 |
产水流量 |
盐透过率 |
| 金属氧化物 |
第一段 |
正常或增加 |
降低 |
正常或增加 |
| 胶体污染 |
第一段 |
正常或增加 |
降低 |
正常或增加 |
| 结垢 |
最后一段 |
增加 |
降低 |
增加 |
| 生物污染 |
任何一段 |
正常或增加 |
降低 |
正常或增加 |
| 有机污染 |
所有各段 |
正常 |
降低 |
降低或增加 |
| 氧化物(如Cl2) |
第一段最严重 |
正常或降低 |
增加 |
增加 |
| 磨损(碳粒、污泥粒) |
第一段最严重 |
降低 |
增加 |
增加 |
| O型圈或粘结部位泄漏 |
随机分布 |
正常或增加 |
正常或增加 |
增加 |
| 回收率过高 |
所有各段 |
降低 |
正常或降低 |
增加 | |
|
3.5 如何减少故障和降低反渗透清洗频率
3.5.1 在取得水质全分析的基础上设计反渗透系统
3.5.2 在进行设计前确定 RO 进水的 SDI 值
3.5.3 如果进水水质变化，需要作出相应的设计调整
3.5.4 必须保证足够的预处理
3.5.5 选择正确的膜元件， CAB 或 LFC1 膜对于处理比较复杂的地表水或污水可能更为适用
3.5.6 选择比较保守的水通量
3.5.7 选择合理的水回收率
3.5.8 设计足够的横向流速及浓水流速
3.5.9 对运行数据进行标准化
3.6 反渗透系统的标准化
3.6.1 标准化
由于下列原因导致反渗透系统性能变化：
3.6.2 标准化定义
-
标准化：将现在经过计算的操作数据 ( 标准化后的产水流量和标准化后的脱盐率 ) 和原来选定的基准参考时间的操作参数进行比较的过程。
-
标准化的流量：如果系统进行条件与初投运时相同，现在理论上所能达到的流量。
-
标准化后的脱盐率：如果系统运行条件与初投运时相同，现在理论上所能达到的脱盐率
-
参考点：
A、初投运时 ( 稳定运行或经过 24 小时 ) ( 优先选用 )
B、反渗透膜元件制造厂商的标准参数
3.6.3 标准化后的一般特征
-
通常 CAB 膜元件盐透过率每年增加 33%
-
通常 CPA 膜元件盐透过率每年增加 10~17%
-
通常反渗透膜元件产水流量每年减少 4~10%
-
标准化的真正意义在于了解变化趋势，而不是评价某一天的变化
-
前一次有效清洗后，标准化后的流量或产水水质下降 15% 或压降增加 15% 时，建议进行再清洗
3.6.4 标准化实例 —— 系统运行数据 |
| |
进水
温度 |
进水
TDS |
产水
TDS |
脱盐
率 |
产水
流量 |
浓水
流量 |
回收
率 |
进水
压力 |
浓水
压力 |
产水
压力 |
ΔP(进水
减产水压力) |
ΔP(进水
减浓水压力) |
| 日期 |
℃ |
ppm |
ppm |
% |
gpm |
gpm |
% |
psi |
psi |
psi |
psid |
psid |
| 1-Jan |
20 |
540 |
10 |
98.1 |
300 |
100 |
75 |
210 |
150 |
10 |
200 |
60 |
| 2-Jan |
19 |
530 |
9 |
98.3 |
250 |
83 |
75 |
195 |
135 |
10 |
185 |
60 |
| 3-Jan |
23 |
550 |
9 |
98.4 |
300 |
100 |
75 |
250 |
190 |
50 |
200 |
60 |
| 4-Jan |
18 |
570 |
9 |
98.4 |
280 |
93 |
75 |
200 |
140 |
10 |
190 |
60 |
| 5-Jan |
18 |
570 |
9 |
98.4 |
300 |
100 |
75 |
240 |
180 |
10 |
230 |
60 |
| 15-Jan |
18 |
600 |
14 |
97.7 |
300 |
100 |
75 |
280 |
190 |
10 |
270 |
90 |
| 初投运时 |
20.6 |
550 |
15 |
97.3 |
300 |
100 |
75 |
216 |
158 |
10 |
206 |
58 | |
|
注： 1gpm = 3.785 L/min |
 |
 |
|
4. 反渗透膜的清洗、消毒及保存
-
目的：保证反渗透系统的正常运行
-
目的：延长反渗透膜元件使用寿命
-
什么时候需要清洗及消毒
-
如何清洗消毒及用何种药品进行清洗消毒
4.1 什么时候需要清洗反渗透系统
4.2 需要清洗什么
-
碳酸钙垢
-
硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢
-
水合金属氧化物垢 ( 铁、锰、镍、铜等 )
-
硅垢
-
胶体沉积物 ( 无机 )
-
胶体沉积物 ( 无机、有机混合物 )
-
有机沉积物 ( 自然产物 )
-
有机沉积物 ( 人为产物 )
-
生物滋长 ( 细菌、真菌、霉菌等 )
注意：通常您需要清洁的是上述几种污染物的混合物
4.3 如何选择清洗药剂
4.4 选择和使用化学清洗剂时的注意事项
-
遵循制造厂商推荐的关于药剂品种、剂量、 pH 值、温度及接触时间的指导原则
-
最佳的清洗效果
-
最小限度地使用强烈化学试剂
-
对于 CPA 、 ESPA 膜通常 pH 范围为 4~10
-
对 CPA 、 ESPA 、膜最大 pH 范围为 2~12
-
在推荐温度清洗，一般在 30~40 ℃ 下清洗最好
-
需要考虑排放对环境的影响
-
不要将酸碱混合
-
用高 pH 的产水冲洗清洗剂
-
如果出现油污染，开始时不要使用低 pH 值溶液清洗
4.5 复合膜最常用的清洗配方 |
| 污染物 |
清洗溶液 |
| 碳酸钙、磷酸钙、金属氧化物(铁) |
pH值4.0，2%柠檬酸溶液+氨水，温度40℃，有时也可用pH2~3的盐酸水溶液清洗 |
| 硫酸钙、混合胶体、小分子天然有机物、微生物 |
pH值10.0，2%三聚磷酸钠溶液，温度40℃，有时也可用pH小于10的NaOH水溶液清洗 |
| 大分子天然有机物、微生物 |
pH值10.0，2%三聚磷酸钠溶液，0.25%十二烷基苯磺酸钠溶液，温度40℃ | |
| 4.6 醋酸膜最常用的清洗配方 |
| 污染物 |
清洗溶液 |
| 碳酸钙、磷酸钙、金属氧化物 |
pH值4.0，2%柠檬酸溶液，0.1%非离子清洗剂，温度35℃ |
| 硫酸钙、混合胶体、小分子天然有机物 |
pH值7.5，2%三聚磷酸钠溶液，0.8%Na-EDTA溶液，0.1%的非离子清洗剂，温度35℃ |
| 大分子天然有机物 |
pH值7.5，0.5%过硼酸钠溶液，0.1%非离子清洗剂，温度35℃ |
| 生物滋长 |
pH值7.5，2%三聚磷酸钠溶液，0.25%Na-DBS溶液，温度35℃ | |
|
4.7 二氧化硅垢的化学清洗
4.8 复合膜生物污染的清洗
珊瑚礁综合症：无机垢、金属氧化物、胶体物质、有机物质、活的及死的细菌、生物粘泥、真菌等复杂混合物。
4.8.1 解决办法一
4.8.2 解决办法二
4.9 细菌的控制和杀除
4.9.1 浓水中细菌浓度控制规则：
-
如果每毫升＜ log cfu ，认为细菌数量已得到控制
-
如果每毫升 4 ~ 6log cfu ，应引起注意
-
如果每毫升达到 6log cfu 或细菌数量上升，应着手处理问题
-
消毒：指细菌 99.9% ( 3 log )
-
杀菌：指细菌减少 99.9999% ( 6 log )
-
灭菌：指细菌减少 99.9999999% ( 9 log )
-
杀菌剂：杀灭细菌
-
生物抑制：阻止细菌生长
-
粘泥破坏剂：破坏生物粘膜的数量
注意： 4log = 10,000 = 10 4 , 6log = 1,000,000 = 10 6
4.10 反渗透化学杀菌剂应有的特性
-
杀除细菌
-
去除生物粘膜
-
最少接触时间
-
对膜危害最小
-
无毒性及无环境危害性
-
可以安全地操作
-
合理的价格
4.11 杀菌剂的杀菌速度 ( 条件为 20 ℃ 时去除 99.9999% 的孢菌 ) |
| 杀菌剂 |
接触时间 |
| 2%甲醛溶液 |
12小时 |
| 100ppm的次氯酸钠溶液 |
7小时 |
| 0.2%的过氧化氢溶液 |
25小时 |
| 5%的过氧化氢溶液 |
2~3小时 |
| 10%的过氧化氢溶液 |
1~2小时 |
| 1%过氧化氢和400ppm的过醋酸溶液 |
0.5~1小时 | |
|
4.12 复合膜 ( CPA, ESPA, ESNA ) 元件消毒用杀菌剂
4.12.1 甲醛
4.12.2 异噻唑啉
4.12.3 亚硫酸氢钠
-
剂量： 500ppm ，使用 30~60 分钟
-
1.0% 的溶液可用于长期贮存
4.12.4 过氧化氢 / 过乙酸
4.13 醋酸膜 ( CAB 膜消毒用杀菌剂 )
4.13.1 游离氯
-
剂量：在 pH 值 5~6 时，采用 0.1~1.0ppm 剂量连续加入
-
剂量：二周一次，每次使用 5ppm 消毒 1 小时
-
与腐蚀产物 ( 铁 ) 反应会造成膜损伤
-
如果存在铁，建议可以使用最高浓度为 10ppm 的氯胺溶液代替
-
0.1~1.0ppm 的溶液可以用做长期贮存时的杀菌剂
4.13.2 甲醛
-
剂量： 0.1~1.0%
-
可用做长期贮存时的杀菌剂
4.13.3 异噻唑啉
-
剂量： 15~25ppm
-
可用于长期贮存时的杀菌剂
4.14 反渗透系统化学清洗的一般方法 |
 |
|
4.14.1 冲洗反渗透膜组件
4.14.2 清理清洗装置
4.14.3 配制清洗溶液
4.14.4 在第一段引入清洗溶液
-
反渗透进水入口处最大压力为 60psi ( 减少已松脱的污染物被冲回膜表面的可能 )
-
单只膜元件最大压降 10~15psi ，以防止膜卷突出将置换出的水排入下水通道
-
将最初 20% 已污染的 / 变色的化学清洗溶液排入下水通
-
将于净的化学清洗溶液再循环至清洗箱
-
将渗出的少量产品水再循环至清洗箱
-
如果 pH 值变化超出 0.5 单位，则需要重新调整 pH 到指定范围
4.14.5 低流量循环
4.14.6 中等流量循环
4.14.7 第一次大流量循环
4.14.8 浸泡 ( 选择使用 )
-
对于 CPA 、 ESPA 和 CAB 膜的轻度污染可浸泡 1~2 小时
-
对于严重污染的 CPA 膜，需浸泡过夜 ( 为保持温度可能需要维持正常流量 10% 的循环流量 )
-
浸泡有利于污染物的去除
-
应当在必须的情况下才进行浸泡，原则上应尽量减少化学试剂与膜的接触时间
4.14.9 第二次高流量循环 ( 选择使用 )
4.14.10 冲洗
4.14.11 使用第一种杀菌溶液 ( 选择使用 )
4.14.12 利用第二种清洗液进行清洗 ( 选择使用 )
4.14.13 使用第二种杀菌溶液 ( 选择使用 )
4.14.14 最终冲洗
-
通常冲洗 10~30 分钟
-
使用经过前处理的进水低压冲洗
-
直至浓水不再有气泡
-
直至浓水电导与进水电导相同
4.14.15 运行前冲洗
4.15 复合膜 ( ESPA 、 CPA ) 在反渗透压力容器中的保存
4.15.1 ESPA 、 CPA 膜的短期保存
-
通常保存时间为 1~5 天 ( 由细菌的繁殖活性决定 )
-
使用给水进行正常的停运冲洗和排气
-
每 5 天重新冲洗一次 ( 最多保存 30 天 )
-
使用 1% 的亚硫酸氢钠溶液冲洗可以减少生物污染的可能性
4.15.2 ESPA 、 CPA 膜的长期保存
-
通常指 30 天以上的保存
-
清洗反渗透膜元件
-
使用适宜的杀菌剂冲洗及保存 ( 0.15% 异噻唑啉， 1% 亚硫酸氢钠或 0.1~1.0% 甲醛 )
-
如果温度＜ 27 ℃ ，每 30 天使用杀菌剂再冲洗及保存
-
如果温度＞ 28 ℃ ，每 15 天使用杀菌剂再冲洗及保存
4.16 醋酸膜 ( CAB ) 在反渗透压力容器中的保存
4.16.1 CAB 膜的短期保存
-
通常间隔时间为 1~5 天 ( 由细菌的繁殖活性决定 )
-
进行正常的停运冲洗及排气
-
使用酸化的进水
-
在进水和浓水中保持 pH5~6 和 0.1~0.5ppm 的余氯
-
每 2 天重新冲洗 ( 最多保存 30 天 ) 一次
4.16.2 CAB 膜的长期贮存
-
通常指 30 天以上的保存
-
清洗反渗透膜元件
-
使用适宜的杀菌剂冲洗及保存 ( 0.15 异噻唑啉， 1% 亚硫酸氢钠 0.1~1.0% 甲醛 )
-
如果温度＜ 27 ℃ ，每 30 天使用杀菌剂再冲洗及保存
-
如果温度＞ 28 ℃ ，每 15 天使用杀菌剂再冲洗及保存 |