反滲透水化學(xué)及處理

1、反滲透水化學(xué)及處理1序言為了提高反滲透和系統(tǒng)效率，必須對原水進(jìn)行有效地預(yù)處理。針對原水水質(zhì)情況和系統(tǒng)回收率等主要設(shè)計參數(shù)要求，選擇適宜的預(yù)處理工藝，就可以減少污堵、結(jié)垢和膜降解，從而大幅度提高系統(tǒng)效能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量、脫鹽率、回收率和運(yùn)行費(fèi)用的最優(yōu)化?！疚鄱隆慷x為有機(jī)物和膠體在膜面上的沉積?！窘Y(jié)垢】定義為部分鹽類的濃度超過其溶度積在膜面上的沉淀，例如碳酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈣、硫酸鍶、氟化鈣和磷酸鈣等。預(yù)處理必須考慮全系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)行的需要，例如，若混凝澄清池設(shè)計或操作不合理時，會對砂濾器或多介質(zhì)濾器產(chǎn)生超過其極限的負(fù)荷。這樣的不合理預(yù)處理常常造成膜的頻繁清洗，其結(jié)果是清洗費(fèi)用、停機(jī)時間和系統(tǒng)性

2、能的衰減將會十分明顯。適宜的預(yù)處理方案取決于水源、原水組成和應(yīng)用條件，而且主要取決于原水的水源，例如對井水、地表水和市政廢水要區(qū)別對待。通常情況下，井水水質(zhì)穩(wěn)定，污染可能性低，僅需簡單的預(yù)處理，如設(shè)置加酸或加阻垢劑和5m保安濾器即可。相反，地表水是一種直接受季節(jié)影響的水源，有發(fā)生微生物和膠體兩方面高度污染的可能性。所需的預(yù)處理應(yīng)比井水復(fù)雜，需要其它的預(yù)處理步驟包括氯消毒、絮凝/助凝、澄清、多介質(zhì)過濾、脫氯、加酸或加阻垢劑等。工業(yè)和市政廢水含有更加復(fù)雜的有機(jī)和無機(jī)成份，某些有機(jī)物可能會嚴(yán)重影響RO膜，引起產(chǎn)水量嚴(yán)重下降或膜的降解，因而必須有設(shè)計更加周全的預(yù)處理。一旦確定了所選用的進(jìn)水水源，就須進(jìn)

3、行全面而準(zhǔn)確的原水全分析。它是確立合適預(yù)處理方案和RO/NF系統(tǒng)排列設(shè)計最關(guān)鍵的依據(jù)。最后，行業(yè)的不同也往往決定了RO/NF預(yù)處理的類型或復(fù)雜程度，例如在電子行業(yè)，其預(yù)處理要比以市政膜法水處理行業(yè)復(fù)雜和嚴(yán)格得多。2原水分析進(jìn)入RO/NF預(yù)處理系統(tǒng)的原水類型可按如下規(guī)定劃分： 來自一級RO產(chǎn)水的低鹽度高純度產(chǎn)水或超純水系統(tǒng)中的拋光階段的給水，總可溶性固體含量TDS，最高為50mg/L； TDS小于500mg/L的低鹽度自來水； 天然有機(jī)物含量低，TDS小于5,000mg/L的中等含鹽量地下水； TDS小于5,000mg/L的中等含鹽量苦咸水； TOC和BOD含量高，TDS小于5,000mg/L的

4、中等含鹽量三級廢水； TDS介于5,00015,000mg/L的高含鹽量苦咸水； TDS在35,000mg/L左右的海水。含鹽量為35,000mg/L的海水稱為標(biāo)準(zhǔn)海水，這是因?yàn)槭澜缟辖^大多數(shù)的海水具有上述的含鹽量，其中的離子組成比例全世界也十分相近，但是實(shí)際總TDS變化范圍很寬，從波羅的海的海水含鹽量為7,000mg/L到紅海和波斯灣的海水含鹽量為45,000mg/L。由于土壤影響和內(nèi)陸水的滲入，近海岸井水的含鹽量及組成卻變化極大。表1 標(biāo)準(zhǔn)海水組成離 子濃度(mg/L)離 子濃度(mg/L)鈣410硫酸根2,740鎂1,310氟1.4鈉10,900溴65鉀390硝酸根0.7鋇0.05碳酸氫

5、根152鍶13硼45鐵0.02其它項(xiàng)目錳 10,000 mg/L) 僅采用加酸控制碳酸鈣結(jié)垢時，要求濃水中的LSI或S&DSI指數(shù)必須為負(fù)數(shù)，加酸僅對控制碳酸鹽垢有效。3.3加阻垢劑阻垢劑可以用于控制碳酸鹽垢、硫酸鹽垢以及氟化鈣垢，通常有三類阻垢劑：六偏磷酸鈉(SHMP)、有機(jī)磷酸鹽和多聚丙烯酸鹽。相對聚合有機(jī)阻垢劑而言，六偏磷酸鈉價廉但不太穩(wěn)定，它能少量的吸附于微晶體的表面，阻止結(jié)垢晶體的進(jìn)一步生長和沉淀。但須使用食品級六偏磷酸鈉，還應(yīng)防止SHMP在計量箱中發(fā)生水解，一旦水解，不僅會降低阻垢效率，同時也有產(chǎn)生磷酸鈣沉淀的危險。因此，目前極少使用SHMP，有機(jī)磷酸鹽效果更好也更穩(wěn)定，適應(yīng)于防止

6、不溶性的鋁和鐵的結(jié)垢，高分子量的多聚丙烯酸鹽通過分散作用可以減少SiO2結(jié)垢的形成。但是聚合有機(jī)阻垢劑遇到陽離子聚電解質(zhì)或多價陽離子時，可能會發(fā)生沉淀反應(yīng)，例如鋁或鐵，所產(chǎn)生的膠狀反應(yīng)物，非常難以從膜面上除去。對于阻垢劑的加入量，請咨詢阻垢劑供應(yīng)商。必須避免過量加入，因?yàn)檫^量的阻垢劑對膜而言也是污染物。在含鹽量為35,000mg/L的海水反滲透系統(tǒng)中，結(jié)垢問題沒有苦咸水中那樣突擊，海水中受濃水滲透壓所困，其系統(tǒng)水回收率在3045%之間，但是為了安全起見，當(dāng)運(yùn)行回收率高于35%時，推薦使用阻垢劑。 陽離子聚電介質(zhì)可能會與負(fù)電性的阻垢劑發(fā)生協(xié)同沉淀反應(yīng)并污染膜表面，必須保證當(dāng)添加陰離子阻垢劑時，水

7、中不存在明顯的陽離子聚合物。3.4強(qiáng)酸陽樹脂軟化可以使用Na+離子置換和除去水中結(jié)垢陽離子如Ca2+、Ba2+和Sr2+。交換飽和后的離子交換樹脂用NaCl再生，這一過程稱為原水軟化處理。在這種處理過程中，進(jìn)水pH不會改變。因此，不需要采取脫氣操作，但原水中的溶解氣體CO2能透過膜進(jìn)入產(chǎn)品側(cè)，引起電導(dǎo)率的增加，操作者仍可以在軟化后的水中加入一定量NaOH（直到pH8.2）以便將水中殘留CO2轉(zhuǎn)化成重碳酸根，重碳酸根能被膜所脫除，使反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率降低，F(xiàn)T30膜的脫鹽率在中性pH范圍內(nèi)較高。采用Dowex離子交換樹脂脫除Ca2+、Ba2+和Sr2+的脫除效率大于99.5%，可消除各種碳酸鹽或硫

8、酸鹽垢的危險。如果及時進(jìn)行再生的話，采用強(qiáng)酸陽離子交換樹指進(jìn)行軟化是非常有效和保險的阻垢方法，但主要用于中小型苦咸水系統(tǒng)中，而海水淡化中不會使用軟化法。這一過程的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)高的NaCl消耗，存在環(huán)境問題，也不經(jīng)濟(jì)。選用Dowex Monosphere均粒樹指和逆 流再生工藝，如UPCORE工藝，可以減少NaCl的耗量到110%的理論再生劑所需用量。3.5弱酸陽樹脂脫堿度采用弱酸陽離子交換樹脂脫堿度主要是大型苦咸水處理系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)部分軟化以達(dá)到節(jié)約再生劑的目的。在這一過程中，僅僅與重碳酸根相同量的暫時硬度中的Ca2+、Ba2+和Sr2+等為H+所取代而被除去，這樣原水的pH值會降低到45

9、。由于樹脂的酸性基團(tuán)為羧基，當(dāng)pH達(dá)到4.2時，羧基不再解離，離子交換過程也就停止了。因此，僅能實(shí)現(xiàn)部分軟化，即與重碳酸根相結(jié)合的結(jié)垢陽離子可以被除去。因此這一過程對于重碳酸根含量高的水源較為理想，重碳酸根也可轉(zhuǎn)化為CO2 HCO3 + H+ H2O + CO2在大多數(shù)情況下，并不希望產(chǎn)水中出現(xiàn)CO2，這時可以對原水或產(chǎn)水進(jìn)行脫氣來實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)存在生物污染嫌疑時(地表水，高TOC或高菌落總數(shù))，對產(chǎn)水脫氣更為合適。在膜系統(tǒng)中高CO2濃度可以抑制細(xì)菌的生長，當(dāng)希望系統(tǒng)運(yùn)行在較高的脫鹽率時，采用原水脫氣較合適，脫除CO2將會引起pH的增高，進(jìn)水pH6時，膜系統(tǒng)的脫除率比進(jìn)水pH5時要高。采用弱酸脫堿

10、度的優(yōu)點(diǎn)如下：再生所需要的酸量不大于105%的理論耗酸量，這樣會降低操作費(fèi)用和對環(huán)境的影響；通過脫除重碳酸根，水中的TDS減低，這樣產(chǎn)水TDS也較低；本法的缺點(diǎn)是：殘余硬度如果需要完全軟化，可以增設(shè)強(qiáng)酸陽樹脂的鈉交換過程，甚至可放置在弱酸樹脂同一交換柱內(nèi)，這樣再生劑的耗量仍比單獨(dú)使用強(qiáng)酸樹脂時低，但是初期投資較高，這一種組合僅當(dāng)系統(tǒng)容量很大時才有意義。另一種克服這一缺點(diǎn)的方法是在脫堿度的水中加阻垢劑，雖然迄今為止，人們單獨(dú)使用弱酸陽樹指脫堿時，還從未出現(xiàn)過結(jié)垢問題，但是我們?nèi)詷O力建議你計算殘留難溶鹽的溶解度，并采取相應(yīng)的措施。處理過程中水的會發(fā)生pH變化因樹脂的飽和程度在運(yùn)行時發(fā)生變化，經(jīng)弱酸

11、脫堿處理的出水其pH值將在3.56.5范圍內(nèi)變化，這種周期性的pH變化，使工廠脫鹽率的控制變得很困難。當(dāng)pH4.2時，無機(jī)酸將透過膜，可能會增加產(chǎn)水的TDS，因此，我們推薦用戶增加一個并聯(lián)弱酸軟化器，控制在不同時間進(jìn)行再生，以便均勻弱酸處理出水pH，其它防止極低pH值出水的方法是脫除CO2或通過投加NaOH調(diào)節(jié)弱酸軟化后出水的pH值。3.6石灰軟化通過水中加入氫氧化鈣可除去碳酸鹽硬度。Ca(HCO3)2 +Ca(OH)22 CaCO3+2H2OMg(HCO3)2 +2 Ca(OH)2 Mg(OH)2+2 CaCO3+2H2O 非碳酸鈣度可以能過加入碳酸鈉(純堿)得到進(jìn)一步地降低。CaCl2 +

12、 Na2CO3 2 NaCl + CaCO3 石灰一純堿處理也可以降低二氧化硅的濃度，當(dāng)加入鋁酸鈉和三氯化鐵時，將會形成CaCO3以及硅酸、氧化鋁和鐵的復(fù)合物。通過加入石灰和多孔氧化鎂的混合物，采用6070C熱石灰硅酸脫除工藝，可將硅酸濃度降低到1mg/L以下。 采用石灰軟化，也可以顯著地降低鋇、鍶和有機(jī)物，但是石灰軟化處理需要使用反應(yīng)器，以便形成高濃度作晶核的可沉淀顆粒，通常需要采用上升流動方式的固體接觸澄清器，本過程的出水還需設(shè)置多介質(zhì)過濾器，并在進(jìn)入RO/NF之前應(yīng)調(diào)節(jié)pH值，使用含鐵絮凝劑，不論是否同時使用或不使用高分子助凝劑(陰離子或非離子型)，均可提高石灰軟化的固液分離作用。 僅當(dāng)

13、產(chǎn)水量大于200m3/hr的苦咸水系統(tǒng)才會考慮選擇石灰軟化預(yù)處理工藝。3.7預(yù)防性清洗在某些場合下，可以通過對膜進(jìn)行預(yù)防性清洗來控制結(jié)垢問題，此時系統(tǒng)可不需要進(jìn)行軟化或加化學(xué)品阻垢。通常這類系統(tǒng)的運(yùn)行回收率很低，約25%左右，而且12年左右就考慮更換膜元件。這些系統(tǒng)通常是以自來水或海水作水源，制造飲用水的單元件不重要的小型系統(tǒng)，其最簡單的清洗方式是打開濃水閥門作低壓沖洗，設(shè)置清洗間隔短的模式要比長的模式有效，例如常用每運(yùn)行30分鐘低壓沖洗30秒。也可以采用類似于廢水處理中的批操作模式，即在每批操作之后清洗一次膜元件。清洗步驟、清洗化學(xué)品和清洗頻率等需要作個案處理和優(yōu)化。特別要注意采取措施不讓結(jié)

14、垢層隨運(yùn)行時間的延長進(jìn)一步的加劇。3.8調(diào)整操作參數(shù)當(dāng)其它結(jié)垢控制措施不起作用時，必須調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，以防止產(chǎn)生結(jié)垢問題，因?yàn)楸ＷC濃水中難溶鹽濃度低于溶度積，就不會出現(xiàn)沉淀，這需要通過降低系統(tǒng)回收率來降低濃水中的濃度。溶解度還取決于溫度和pH值，水中含硅時，提高溫度和pH可以增加其溶解度，二氧化硅常常是唯一考慮需要調(diào)節(jié)這些運(yùn)行參數(shù)以防止結(jié)垢的原因，因?yàn)檫@些參數(shù)的調(diào)節(jié)存在一些缺點(diǎn)，如能耗高或其它結(jié)垢的風(fēng)險(如高pH下易發(fā)生CaCO3沉淀)。對于小型系統(tǒng)，選擇低回收率并結(jié)合預(yù)防性清洗操作模式是控制結(jié)垢最簡便的手段之一。在電腦上使用陶氏FILMTEC反滲透/納濾系統(tǒng)分析軟件，可以計算出系統(tǒng)是否會

15、有結(jié)垢的傾向，以便提醒客戶采取相應(yīng)的對策。4 預(yù)防結(jié)垢4.1 預(yù)防碳酸鈣結(jié)垢 苦咸水水源對于濃水含鹽量TDS10,000mg/L的苦咸水，朗格利爾指數(shù)(LSIC)作為表示CaCO3結(jié)垢可能性的指標(biāo)。LSIC=pHC-pHS式中pHC為濃水pH值 pHS為CaCO3飽和時的pH值當(dāng)LSIC0，就會出現(xiàn)CaCO3結(jié)垢。【LSIC的調(diào)節(jié)】大多數(shù)天然水未經(jīng)處理時，LSIC將會是正值，為了防止CaCO3結(jié)垢，除非在膜系統(tǒng)進(jìn)水中投加阻垢劑或采取前面介紹的預(yù)防性清洗措施，否則必須確保LSIC為負(fù)值?？刂艭aCO3結(jié)垢的條件為：LSIC 1.82.0，加酸至LSIC達(dá)1.82.0，然后再投加阻垢劑；或完全采用

16、化學(xué)軟化。海水水源當(dāng)濃水含鹽量TDS10,000mg/L的高鹽度苦咸水或海水水源，斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)(S&DSIC)作為表示CaCO3結(jié)垢可能性的指標(biāo)。S&DSIC=pHC-pHS式中pHC為濃水pH值 pHS為CaCO3飽和時的pH值當(dāng)S&DSIC0，就會出現(xiàn)CaCO3結(jié)垢。【S&DSIC的調(diào)節(jié)】大多數(shù)天然高含鹽量水源未經(jīng)處理時，S&DSIC一般是正值，為了防止CaCO3結(jié)垢，必須通過加酸使S&DSIC變?yōu)樨?fù)值，如果通過投加阻垢劑防止CaCO3沉淀的話，S&DSIC值可以為正值，最大允許S&DSIC值和所需要的阻垢劑投加量，請參考阻垢劑制造商的技術(shù)資料。如果上述條件不能滿足，就必須采取以下

17、措施：降低回收率，直到S&DSIC值滿足上述任一條件的規(guī)定；采用石灰或石灰純堿軟化方法，脫除進(jìn)水中的鈣硬和堿度，直到S&DSIC值滿足上述任一條件的規(guī)定；在進(jìn)水中加酸(HCl，CO2，H2SO4等)，直到S&DSIC值滿足上述任一條件的規(guī)定。針對海水淡化系統(tǒng)，通常投加硫酸，其加入量為10mg/L，以達(dá)到pH7，使?jié)馑甋&DSIC保證負(fù)值。4.2預(yù)防硫酸鈣結(jié)垢就CaCO4垢而言，采用下述措施之一，就可以實(shí)現(xiàn)更高的反滲透回收率：強(qiáng)酸陽樹脂軟化或弱酸陽樹脂除堿，可以進(jìn)行鈣的全部或部分脫除；石灰或石灰純堿軟化，降低水中Ca2+的濃度；根據(jù)阻垢劑供應(yīng)商的規(guī)定，在進(jìn)水中投加阻垢劑；或降低系統(tǒng)回收率。4.3

18、 預(yù)防硫酸鋇結(jié)垢硫酸鋇是所有堿土金屬中溶解性最低的鹽類，當(dāng)進(jìn)水中存在硫酸鋇時，會引起大量的沉淀現(xiàn)象，這是因?yàn)樗鼘α蛩徕}和硫酸鍶垢的形成起促進(jìn)作用。大多數(shù)天然水中，鋇的含量會導(dǎo)致濃水中硫酸鋇的沉淀，海水中的鋇極限濃度為小于15mg/L，苦咸水中鋇的極限濃度為小于5mg/L，當(dāng)前面加入硫酸的話，則應(yīng)小于2mg/L。預(yù)防措施與硫酸鈣的預(yù)防措施相同。4.4預(yù)防硫酸鍶結(jié)垢預(yù)防措施與硫酸鈣的預(yù)防措施相同。4.5預(yù)防氟化鈣結(jié)垢如果鈣的濃度較高，只要水中氟離子的含量達(dá)到0.1mg/L，就有可能產(chǎn)生氟化鈣沉淀。預(yù)防措施與硫酸鈣的預(yù)防措施相同。4.6預(yù)防硅垢大多數(shù)水源溶解性二氧化硅(SiO2)的含量在1100mg

19、/L。過飽和SiO2能夠自動聚合形成不溶性的膠體硅或膠狀硅，引起膜的污染。濃水中的最大允許SiO2濃度取決于SiO2的溶解度。濃水中硅的結(jié)垢傾向與進(jìn)水中的情形不同，這是因?yàn)镾iO2濃度增加的同時，濃水的pH值也在變化，這樣SiO2的結(jié)垢計算要根據(jù)原水水質(zhì)分析和反滲透的操作參數(shù)(回收率)而定。如果出現(xiàn)一定量的金屬，如Al3+的話，可能會通過形成金屬硅酸鹽改變SiO2的溶解度。硅結(jié)垢的發(fā)生大多數(shù)為水中存在鋁或鐵。因此，如果存在硅的話，應(yīng)保證水中沒有鋁或鐵，并且推薦使用1mm的保安濾器濾芯，同時采取預(yù)防性的酸性清洗措施。為了提高回收率，進(jìn)行石灰純堿軟化預(yù)處理時，應(yīng)添加氧化鎂或鋁酸鈉以減少進(jìn)水中的Si

20、O2濃度，同時確保軟化過程有效運(yùn)轉(zhuǎn)十分重要，以防止反滲透系統(tǒng)會出現(xiàn)難溶金屬硅酸鹽； 由于pH值低于7或pH值高于7.8，可以增加硅的溶解度，就防止硅的結(jié)垢而言，加酸或加堿可以提高水的回收率，但在高pH條件下，要防止CaCO3的沉淀；當(dāng)采用熱交換器增加進(jìn)水溫度時，就二氧化硅的結(jié)垢而言，可以顯著地提高水的回收率，但膜系統(tǒng)的最高允許溫度為45oC； 高分子量的聚丙烯酸脂阻垢劑可以用于增加二氧化硅的溶解度。4.7預(yù)防磷酸鈣結(jié)垢出現(xiàn)磷酸鈣結(jié)垢的情況不太普遍，但是自從反滲透用于市政廢水的處理時，情況就變了，目前，由于水資源的短缺，市政廢水循環(huán)再利用成為陶氏反滲透的最主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，伴隨這種大規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域

21、的出現(xiàn)，必須采取針對磷酸鹽結(jié)垢的預(yù)防措施。磷是自然界的豐度元素，存在于許多化合物中，在天然水和廢水中，含磷化合物的存在形成為： 顆粒狀磷酸鹽； 正磷酸鹽(PO43)，根據(jù)pH值的不同，正磷酸鹽的表現(xiàn)形態(tài)為H3PO4，H2PO4，HPO42，和PO43，在中性 廢水中，H2PO4和HPO42為主要成份； 聚合磷酸鹽，這是紡織品洗滌劑或其它洗滌產(chǎn)品中的重要成份，因所生產(chǎn)產(chǎn)品的種類而異，一般含有27個磷原子； 有機(jī)磷，它是生命體的必需元素。最常見的含磷礦為磷灰石，這是含有各種OH，Cl，和F基團(tuán)的磷酸鈣，其它的含磷礦物質(zhì)有時含有鋁或鐵， 下列含磷化合物的溶解度偏低，會引起RO/NF的運(yùn)行出現(xiàn)結(jié)垢。表

22、1. 低溶解度含磷化合物化合物分子式pKsp透鈣磷石CaHPO4 2H2O6.68磷酸鈣Ca3(PO4)228.9酸性磷酸鈣Ca4H(PO4)33H2O46.9堿性磷灰石Ca5(PO4)3OH57.74氟化磷灰石Ca5(PO4)3F60磷酸氨鎂MgNH4PO412.6磷酸鋁AlPO420磷酸鐵FePO415據(jù)報道，磷酸鈣和磷灰石在中性或堿性條件下，不易溶解，但可以溶解在酸中。磷酸鋁和磷酸鐵在中等酸性條件下，也不易溶解，這樣在預(yù)處理階段，除去鋁和鐵就十分重要，由于磷化學(xué)的復(fù)雜性，也就難以預(yù)測發(fā)生磷酸鹽垢的極限值。為了降低磷酸鹽垢的風(fēng)險，降低正磷酸根的同時還應(yīng)及其注重降低鈣、氟和鋁的濃度，市面上也

23、有適宜的阻垢劑可供選擇。在北美一家市政廢水處理廠，對膜面上磷酸鹽垢的分析表明，主要成份為鈣和磷并伴有少量的鋁，可在pH2.42.8左右采用檸檬酸進(jìn)行清洗。建議采用的預(yù)防措施是將進(jìn)水pH減低到6。25預(yù)防膠體和顆粒污堵5.1引言膠體和顆粒污堵可嚴(yán)重地影響反滲透元件的性能，如大幅度降低產(chǎn)水量，有時也會降低系統(tǒng)脫鹽率，膠體和顆粒污染的初期癥狀是系統(tǒng)壓差的增加。反滲透進(jìn)水中的淤泥和膠體的來源有相當(dāng)大的差異，通常包括細(xì)菌、粘土、膠體硅和鐵的腐蝕產(chǎn)物。澄清池或介質(zhì)過濾器所用的預(yù)處理絮凝劑如聚合氯化鋁、三氯化鐵、陽離子聚電解質(zhì)，會與微小的膠體和顆粒結(jié)合，聚集成大尺度絮凝體，以便于被填料介質(zhì)或?yàn)V芯截留住，這類

24、凝絮就使得人們對介質(zhì)過濾器和濾芯的孔徑要求降低了，仍能發(fā)揮出色的過濾效果。當(dāng)這些絮凝劑投加過量少許時，過量部分的絮凝劑本身之間會發(fā)生自凝聚生成大顆粒，可被過濾過程截留住，但應(yīng)特別注意的是，如果超極限投加極有可能在元件內(nèi)因被截留而污染膜表面。判斷反滲透和納濾進(jìn)水膠體和顆粒污染程度的最好技術(shù)是測量進(jìn)水淤積指數(shù)(SDI值)，有時也稱為污染指數(shù)(FI值)。它是設(shè)計RO/NF預(yù)處理系統(tǒng)之前應(yīng)該進(jìn)行測定的重要指標(biāo)，同時在RO日常操作時也需定時地檢測(地表水一般建議每天三次)。淤積指數(shù)的測定方法在美國材料工程協(xié)會ASTM標(biāo)準(zhǔn)測試方法D 4189-82中已作了規(guī)定。測量儀器(向膜系統(tǒng)供應(yīng)商購買) 47 mm直

25、徑測試膜盒 47 mm測試用膜片(孔徑0.45mm) 15bar(1070psi)壓力表 調(diào)壓針型閥圖1為SDI測量裝置測量步驟1.將測試膜片小心放在測試膜盒內(nèi)，用少許水潤濕膜片，擰緊“O”形密封圈，將膜盒垂直放置，還應(yīng)注意膜片有正反面的區(qū)別2.調(diào)節(jié)進(jìn)水壓力至2.1bar(30psi)并立即計量開始過濾500mL水樣的時間t0(通過連續(xù)不斷的調(diào)節(jié)，使進(jìn)水壓力始終保持不變)3.在進(jìn)水壓力為2.1bar(30psi)下連續(xù)過濾15分鐘4.15分鐘后繼續(xù)記錄過濾同樣500mL所需的時間t15，保留濾器上的膜片以便作進(jìn)一步的分析5.計算 當(dāng)t15是t0的4倍時，SDI15值是5。如果水樣完全將膜片堵塞

26、住時，SDI15值為6.7。設(shè)計導(dǎo)則要求保持SDI15小于等于5。實(shí)際證明降低SDI15的一些預(yù)處理技術(shù)包括介質(zhì)過濾器(如石英砂和無煙煤)，超濾和微濾。過濾器前通常添加聚電介質(zhì)提高脫除SDI15的能力。防止膠體污染的方法綜述如下。5.2介質(zhì)過濾介質(zhì)過濾器可以除去顆粒、懸浮物和膠體，這是基于當(dāng)水流流過過濾介質(zhì)的床層時，顆粒、懸浮物和膠體會附著在過濾介質(zhì)的表面。過濾出水水質(zhì)取決于雜質(zhì)和過濾介質(zhì)的大小、表面電荷和形狀、原水組成和操作條件等，設(shè)計和操作合理的話，通常經(jīng)過介質(zhì)過濾器處理就可以達(dá)到SDI155。水處理系統(tǒng)最常用的過濾介質(zhì)是石英砂和無煙煤，細(xì)砂過濾器石英砂顆粒有效直徑為0.350.5mm，無

27、煙煤過濾器顆粒有效直徑為0.70.8mm，當(dāng)采用石英砂上填充無煙煤的雙介質(zhì)過濾器時，它允許懸浮物等雜質(zhì)進(jìn)入過濾層內(nèi)部，產(chǎn)生更有效的深層過濾而延長清洗間隔。過濾介質(zhì)的最小設(shè)計總床層深度為0.8m，在雙介質(zhì)過濾器中，通常填充0.5m高的石英砂和0.4m高的無煙煤。有兩種形式的過濾器，重力過濾和壓力過濾。因?yàn)閴毫V器筒體可耐壓，能用較高的過濾床層、較精細(xì)的過濾介質(zhì)粒徑和較高的過濾濾速，設(shè)計過濾流速通常小于1020m/h，反洗流速4050m/h。對高污染傾向的原水(如地表水、受污染的井水或廢水)，過濾流速必須小于10m/h(一般為5m/h)或采用二級介質(zhì)過濾器。操作過程中，待過濾的原水進(jìn)入濾器頂部，滲

28、濾透過濾層，進(jìn)入底部的集水系統(tǒng)，當(dāng)壓力式濾器進(jìn)出口間壓差增加0.30.6bar，重力式濾器壓差增加1.4mH2O時，先反洗和然后正洗濾器以除去沉積物，反洗一般需要10分鐘以上，大直徑的濾器還須設(shè)置輔助氣源擦洗。必須避免頻繁地開機(jī)和停機(jī)，因?yàn)槊看瘟魉俚募眳s變化會將原先已沉積在介質(zhì)上的物質(zhì)又釋放出來。介質(zhì)過濾的設(shè)計和操作運(yùn)行細(xì)節(jié)可以在相關(guān)文獻(xiàn)中獲得。5.3氧化過濾通常含鹽量為苦咸水范圍的某些井水呈還原態(tài)，典型特點(diǎn)是含有二價的鐵和錳，有時還會存在硫化氫和氨。如果對這類水源進(jìn)行氯化處理，或當(dāng)水中含氧量超過5mg/L時，F(xiàn)e2+將轉(zhuǎn)化成Fe3+，形成難溶性的膠體氫氧化物顆粒。鐵和錳的氧化反應(yīng)如下：4Fe

29、(HCO3) 2 + O2 + 2H2O4Fe(OH) 3 + 8 CO24Mn(HCO3) 2 + O2 + 2H2O4Mn(OH) 3 + 8 CO2由于鐵的氧化在很低的pH值時就會發(fā)生，因而出現(xiàn)鐵污染的情況要比錳污染的情況更多，即使SDI小于5，RO進(jìn)水的鐵含量低于0.1mg/L，仍會產(chǎn)生鐵污染問題。堿度低的進(jìn)水鐵離子含量要高，這是因?yàn)镕eCO3的溶解度會限制Fe2+的濃度。處理這類水源的一種方法是防止其在整個RO過程中與空氣和任何氧化劑如氯的接觸。低pH值有利于延緩Fe2+的氧化，當(dāng)pH6，氧含量9時，膜表面及有機(jī)物均呈負(fù)電荷，因而，高pH值將有利于防止有機(jī)物污染。但以乳化態(tài)出現(xiàn)的有機(jī)

30、物會在膜表面形成有機(jī)污染薄層，引發(fā)嚴(yán)重的膜性能衰減，必須在預(yù)處理部分除去。在天然水體中存在的有機(jī)物主要為腐植酸類物質(zhì)，其以TOC含量計通常在0.5至20mg/L，當(dāng)TOC超過3mg/L時，預(yù)處理部分應(yīng)作專門的脫除有機(jī)物的考慮.當(dāng)進(jìn)入RO的進(jìn)水中油(碳?xì)浠衔锘蚬杌?和油脂含量超過0.1mg/L時，必須采用絮凝或活性炭過濾。這些有機(jī)物質(zhì)會隨時吸附到膜表面上，然而，如果由此引起的通量值下降不超過15%時，它們能被堿性的清洗劑清洗掉。在廢水處理應(yīng)用中，脫除和濃縮有機(jī)物是主要目標(biāo)，有機(jī)物含量即使在百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)仍可以進(jìn)行處理，這要取決于有機(jī)物的種類，而且需要針對每一個具體的對象進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。請參閱估計

31、有機(jī)物和其它化合物脫除特性的單獨(dú)資訊。8預(yù)防膜本身的降解除了RO進(jìn)水中某些物質(zhì)對膜有污染外，還需要考慮膜材料本身對這些物質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性。一般情況下，所有的氧化劑對聚酰胺類復(fù)合膜均有損害作用，必須采用“預(yù)防膜生物污染”一節(jié)中所介紹的脫氯方法將它們脫除掉，其它化學(xué)品只要呈溶解狀態(tài)，不會聚集成有機(jī)相，在pH211范圍內(nèi)，與其接觸，膜元件對大多數(shù)化學(xué)品是穩(wěn)定的。9預(yù)防鐵和錳的污堵一般地，含鹽量為苦咸水范圍的某些井水水源是呈還原態(tài)的，這類水源的典型特點(diǎn)是含有二價鐵離子和錳離子，此時膜發(fā)生污堵的主要原因之一就是鐵、鋁和淤泥(硅酸鐵或硅酸鋁)，如果對這類水源進(jìn)行加氯處理，然后進(jìn)行脫氯處理或水中含氧量達(dá)到5p

32、pm以上，二價鐵就會轉(zhuǎn)化成三價鐵，并形成難溶性的膠體氫氧化物顆粒。因?yàn)殍F氧化發(fā)生的pH值更低，使得鐵污堵出現(xiàn)的頻度比錳污堵要高得多。即使SDI15小于5，反滲透進(jìn)水中的亞鐵含量低于0.1mg/L，仍然會出現(xiàn)污堵問題。由于FeCO3的溶度積低，而Fe2+的濃度則受到FeCO3溶解度的制約，通常堿度低的水源含鐵的濃度比堿度高的水源要高。引起膜面上沉積可溶性的二價鐵和相關(guān)三價鐵的污染物的可能情況為： 氧氣進(jìn)入到含二價鐵的進(jìn)水中； 高堿度水源形成FeCO3； 鐵與硅反應(yīng)形成難溶性的硅酸鐵； 受鐵還原細(xì)菌氧化作用影響，將會加劇生物膜的滋生和鐵垢的沉積； 由含鐵絮凝劑轉(zhuǎn)變引起的膠體狀鐵； 來自鋼管或其它部

33、件腐蝕產(chǎn)物的沉淀； 含二價鐵的水源與含H2S的水源混合，形成黑色難溶硫化鐵FeS。處理這類水源的一種方法是防止整個系統(tǒng)與空氣或任何氧化劑(如氯)的接觸，低pH值有利于抑制Fe2+的氧化，當(dāng)pH6，氧0.5mg/L時，最大允許Fe2+濃度為4mg/L，下表羅列了幾種除去亞鐵或鐵離子以及防止鐵的污堵的方法。方式說明離子交換軟化采用陽樹指軟化可以從水中除去溶解狀鐵，脫除效率取決于鐵的種類，F(xiàn)e2+和Fe3+可以十分有效的被強(qiáng)酸陽樹脂所吸附，但當(dāng)進(jìn)水中其含量超過0.05ppm時，會污染離子交換樹脂并對樹脂有催化降解作用。膠體或有機(jī)物鐵復(fù)合物通常完全不能被離子交換所吸附，仍殘留在離子交換出水中，其顆粒的

34、大小、離子交換運(yùn)行流速和離子交換床層深度則決定了它們能否被樹脂本身所過濾掉。當(dāng)處理亞鐵含量高的水源時，人們必須特別關(guān)注鐵污堵，有報道稱，添加焦亞硫酸鈉可以防止樹脂受鐵的污染。絮凝在線絮凝可以脫除亞鐵阻垢劑一些阻垢劑對防止Fe污染有效，最大允許Fe含量因阻垢劑品牌的不同而不同?！境錃狻俊炯勇忍幚怼俊境粞跆幚怼拷?jīng)過氧化反應(yīng)和緊接的過濾可以除去鐵和錳。但即使在較高的pH值條件下，希望通過加氣能有效脫除二價錳的氧化反應(yīng)太慢。為了提高脫除效率，常常采用高錳酸鉀或ClO2氧化二價錳?！境錃狻坷每諝饪梢詫⑷芙鈶B(tài)鐵轉(zhuǎn)化成難溶性鐵，但當(dāng)水中含有高濃度的二氧化碳時，會形成非常微小的膠體狀鐵沉淀，過濾脫除十分困難?！炯勇忍幚怼看温人徕c或漂白粉投加到進(jìn)水中用于將Fe2+氧化成Fe3+，經(jīng)氧化的進(jìn)水再通過多介質(zhì)過濾器將Fe3+過濾掉。同步氧化過濾錳砂軟錳礦MnO2專門產(chǎn)品(Birm等)通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，采用能氧化Fe2+的過濾介質(zhì)，可以使氧化和過濾同時完成，錳砂就是這類粒狀介質(zhì)，干燥狀態(tài)時，錳砂為海綠礦石，當(dāng)其失去氧化能力時，可以用KMnO4進(jìn)行再生。再生后再次投入運(yùn)行時，必須充分地沖洗掉KMnO4，以防止其對膜的氧化損傷，當(dāng)水中Fe2+的含量小于2mg/L時，