全膜法水处理技术分析（六）

如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍一种先进、实用的水处理技术——全膜法水处理技术。

五、反渗透脱盐系统的设计

反渗透脱盐系统的设计是依据原水水质、产水水质及水量要求、排放水量的要求及场地情况等原始资料．选择合理的水处理工艺流程，选择适当的膜元件，确定膜元件数员及组件的排列方式等。

设计工作是水处理系统建造的重要环节，往往对工程质量、投资、制水成本控制等起着决定性作用。

1、设计依据的资料

水源水质资料是反渗透系统设计的重要依据，它决定了反渗透系统选用的膜类型及所要求的预处理工艺系统。

在进行反渗透系统设计时，不仅要有正确的水源水质分析数据，还要对水源水质可能的变化趋势资料进行分析，使设计的水处理系统能适应可能的水源水质的变化。

产水水质的要求则是进行反渗透脱盐系统膜的选型、组件的排列方式以及后处理系统设计的依据。

2、进水的预处理

根据原水水质及其水质特点，确定预处理方案。

原水经预处理后的水质应达到反渗透膜元件对给水（进水）水质的要求。

卷式反渗透元件对进水水质的要求

	悬浮物含量，mg/L	淤塞密度指数SDI	pH值	化学需氧量，mg/L（KMnO4法，以O2计）	游离氯含量，mg/L （以Cl2计）	铁含量，mg/L（以Fe计）
醋酸纤维膜	＜0.3	＜4	5.0～6.0	＜1.5	0.2～1	＜0.05
复合膜	＜1	＜5	3～11	＜1.5	＜0.1	＜0.05

 

3、反渗透装置的设计

（1）反渗透装置的设计程序

A、根据水源及水质确定使用膜元件的类型；

B、根据对产水量和产水水质的要求，确定膜元件的数量、膜组件的排列方式和反渗透装置的回收率；

C、根据计算出的膜组件所需的推动压力进行高压泵的选型；

D、配置仪表、阀门等配件。

反渗透装置的基本组成有筒式过滤器（通常称作保安过滤器，）、升高进水压力的高压泵（简称高压泵）、膜组件及管道、阀门、仪表等配件；一级二段反渗透脱盐装置。

（2）反渗透装置的性能参数

 

参数	计算公式	说明
给水、浓缩水和透过水的流量	Qf = Qb + Qp	Qf、Qb、Qp分别为给水、浓缩水和透过水的流量，m³/h  F0、Ft分别为运行初期和时间t时所对应的反渗透膜的水通量，m³/（㎡h）;  m为膜由于受压致密或受到污染而引起水通量减少的斜率值。  cb、cp、cf分别为浓缩水、透过水和给水的含盐量，mg/L。  SP为透过水与给水的含盐量之比，%；  y 为透过水与给水的流量之比，%;
处理能力	lgFt= mlgt + lgF0
盐透过率（SP）	SP = （cp/cf）*100
脱盐率（截留率）R	R=（1- cp/cf）*100
回收率y	y=（Qp/Qf）*100
浓缩倍数K	K=（100-SP*y）/（100-y） K=100/（100-y）=cb/cf

 

（3）膜类型的选择

原水的水质特点及对产品水的水质要求基本决定了膜的选型。

CA膜的脱盐率较低（95％～98％），化学稳定性较差，易水解。膜性能衰减较快，操作压力较高；但CA膜表面光滑、不带电荷，因此其抗污染物沉积的能力较强，微生物不易在膜表面粘滞；CA膜耐氧化能力较强，要求进水中维持0.3～ 1.0mog/L的游离氯，这部分游离氯可持续保护反渗透装置中的CA膜不受细菌侵蚀．还可防止由微生物和藻类的生长而引起的污堵。因此在处理污染较为严重的地表水及废水的场合，常选用CA膜。

复合膜的脱盐率高（＞99％），化学稳定性好，耐生物降解，并且操作压力低；复合膜允许的PH值范围比较宽，运行时为3～10（Filmtec/Dow为2～11），清洗时为2～11（Filmtec/Dow为1～12），可使反渗透给水少加酸或不加酸，清洗膜时可在较低酸性条件下进行，清洗效果好；复合膜允许的运行温度最高为45℃（CA膜为35℃），有利于在较高温度下清洗膜元件。因此对于地下水和污染较轻的地表水，应优先选用复合膜。

（4）水通量的选取

在产品水量一定的条件下，选取水通量的大小基本确定了反渗透装置的膜元件数量。

如设计选取的水通量低，则装置要求的膜元件数量就多，设备投资就高；但水通量低，污染物在膜表面沉淀量少，因而污染速度慢。如水通量选的高，则装置需要的膜元件数量就少，设备投资就低；但运行经验表明，在膜的水通量超过一定值时，污染速度呈指数规律上升，高通量的系统增加了膜污染的速率和化学清洗的频率。因此，水通量的选取既要考虑经济性，又要考虑膜污染的因素。

通常对于地下水，因其水质好，设计时可选取较高的通量：对于受污染的地表水，则应选用较小的水通量。

平均水通量及允许每年水通量衰减率

（5） 膜组件的排列方式

每个膜元件的产水量和回收率是有限的，为满足水量的需求，需采用多个膜组件按一定的排列形式进行设计。

有分段式（同一级内浓水分段）、分级式（透过液与产水分级）及部分循环式（部分浓水和透过液循环）。

分段是指膜组件的浓缩液不经泵自动流到下一组的膜组件处理，流经n组膜组件处理即称为n段；

级是指膜组件的透过液（淡水）在经泵到下一组膜组件处理，透过液经n次膜组件处理称为n级。

分段式有简单的单段式、部分循环式以及多段式。

分级式（产水分级）用于对最终产水要求高的流程中，第一级RO产水作为第二级反渗透的给水，以此推类，这样可最终制出高纯度的产水。

一级一段连续式流程

单段式：给水进入膜组件后，浓缩液和透过液连续引出。适用于处理量小、回收率不高的场合。

一级一段循环式流程

部分循环式：是部分浓缩液返回给水中进行循环，浓缩液浓度不断提高，因此回收率高，但透过液质量下降，适用于处理量较小并对回收率要求高的场合；

分段（三段）式锥形排列

多段式：将前一段的浓水作为下一段的进水，最后一段的浓水排放，而各段产水汇集利用，由于产品水的不断排出，因此浓缩液流量随段数的增加而下降，为了保持各段膜表面的流速基本一致，防止因流速过低产生浓差极化，应逐段减少膜组件数，即所谓的锥形排列，这种流程适用于处理量较大并需有较高回收率的场合，在工业脱盐应用中使用最广。

（6） 高压泵的选型

高压泵提供了反渗透的推动力，是反渗透过程的关键设备，其性能的优劣直接影响到运行的经济性。

可根据进水流量、膜组件要求的给水压力等参数进行选型。

在确定给水水质并选定膜元件、膜组件的排列方式、回收率后，用RO设计软件可以方便地计算出需要的给水压力等数据。RO设计软件可从膜厂商处得到。

高压泵有多级离心泵、容积式柱塞泵（小型装置）等。 选用多级离心泵时，应在泵的出口管路上设置止回阀及电动慢开阀，前者可防止停机时被浓水回流冲击而损坏高压泵，后者可防止升压过快而造成膜组件的损坏，通常升压速度不宜超过0.07MPa/s；选用柱塞泵时，需设置缓冲器以消除脉动压力对膜造成的伤害。

（7）仪表、控制设备等配件的设置

A、压力开关 

一般在高压泵的进、出口管路上均设有高低压保护开关，以防止进水量不足造成泵的气蚀及出水超压造成膜的损坏o

B、流量计 

设置产水和浓水流量计，测定装置的产水量及浓水排放量，并以此控制反渗透装置的回收率。流量计最好有累计和记录功能。

C、压力表

在保安过滤器进、出口设置压力表，进、出口压力差可作为更换滤芯的依据；在膜组件进水、各段出水、浓水排放、淡水管路上设置压力表，用于监控运行压力、各膜组件进出口压差和产水管的背压。

D、电导率表

设置进水及产品水的电导率表．由进水及产品水的电导率可近似地计算出反渗透装置的脱盐率。

E、pH计、温度表

在进水管路上设置PH计及温度表，对于没有进水加热器的反渗透系统，应安装温度高报警、超温水自动排放和自动停运反渗透装置的设备。

F、SDI测定仪

在高压泵前的进水管路上设置，有条件时可选用SDI自动测定仪。

G、流量控制阀

浓水排水管上设流量调节阀，控制反渗透装置的回收率。

H、取样阀

在每个膜组件的进水、浓水、淡水管上设取样阀，以监测各膜组件的水质状况。

六、反渗透脱盐系统的运行

1、膜元件的装入和取出

（1）膜元件装入压力容器

应先仔细阅读压力容器用户手册（有详细的安装拆解说明）。

准备好必要的工具、材料和防护用品，如卡环钳、扳手、改锥、甘油、橡皮锤、手套、安全眼镜等。

按用户手册的方法取下压力容器的二端端板，将压力容器清洗、接拭干净，并用毛巾或海绵浸甘油均匀涂抹压力容器内壁，使内壁润滑，便于膜元件的装入。

膜元件装入压力容器的操作程序

A、打开塑料封袋，取出膜元件，检查膜元件的密封环，并往密封环上涂甘油。

B、将膜元件的2／3推入压力容器，注意密封环在暴露端，且密封环唇面向外部。

C、记录膜元件系列号和位置。

D、在膜元件连接件的o型密封环上均匀涂抹少许疆油。

E、将连接件插人产品水管内或套在产品水管外（随膜生产厂家不同）。

F、开始装入第2个膜元件，注意对准连接件，将膜元件连接好，馒慢地并保持与压力容器平行地将策2个膜元件推入2／3。

G、记录第2个膜元件的系列号和位置。

H、重复上述过程，直至所需数目的膜元件装入压力容器。

I、在第一个和最后一个膜元件的两外端插入已用甘油润滑的产品水接头。

J、将推力环插入压力容器浓水端，装好浓水端端板。

K、装好进水端板。

L、连接好端板处的管道。

（2）从压力容器中取出或更换膜元件

A、拆下压力容器端板的连接管件，卸下压力容器二端的端板。

B、从进水侧向出水侧推出膜元件。

如是更换膜元件，则安装膜的程序同时装入新的膜元件，并将要更换的膜元件逐个顶出；如仅是要卸出膜元件，则需使用推杆类的工具，方将膜逐个推出。

2、运行监控

（1）预处理系统

预处理系统出水（RO给水）最重要的监测项目是SDI。

通常对于以深井水为水源的预处理系统，每班（8h）需测定一次SDI；而对于以地表水为水源的预处理系统，则应增加监测次数,通常为2～4h检测一次。

使用阻垢剂，应定期检查阻垢剂加药系统，每班应对阻垢剂的加入且做记录，并与此期间反渗透系统的产水量所要求的阻垢剂加入量进行核对。

使用加酸调整PH值，虽目前一般使用自动加酸系统来控制，但为了保证加酸系统的可靠运行，应经常对PH测定仪进行校核。

其他需监控的项目有混凝剂的加入量，多介质过滤器、活性炭过滤器的运行压差，COD、游离氯的浓度，保安过滤器的压力、各段压降等。

（2）反渗透装置

流量、压力、温度及电导率均应有在线仪表进行监测，如有自动记录则更好。

流星包括反渗透进水、产品水、浓缩水的流量，由于这些流量的比值确定了反渗透装置的回收率，而较设计值过高或过低的回收率均会对运行产生不良的后果，因此，保证流量监测仪表的准确性尤为重要。

压力包括反渗透进水、各段进水、浓缩水、产品水等的压力。在恒定的压力及温度下，产品水流量的下降则表明了膜正在受到污染。

电导率包括反渗透进水和产品水的电导率，电导率的大小反映了水中含盐量的高低，从而反映了产品水水质的变化。产品水水质的下降反映了膜的污染程度或其他可能的情况，如O形密封圈的损坏等。

3、计算机监控的应用

在反渗透应用于电站锅炉补给水处理和海水淡化等系统中，计算机监控是采用分散控制、集中监视的DCS（distributed  control system）控制系统。系统由工控机作为操作站，可编程序控制器（即PLC）为控制站，组成一个高可靠性和高效率的DCS控制系统；

它主要对水质、流量、水温、水压和pH值等物理对象的有关模拟信号进行实时采集、显示、存储、统计、制表和打印。

4、故障分析

反渗透系统中最常见的问题是脱盐率的下降和产品水量的降低，如果二者或其中之一缓慢地降低，则可能是污垢或水垢产生的常见现象，可以通过适当的清洗来解决问题；而突然或快速的性能下降，则表明处理系统出了问题或操作失当。对于上述的任何一种情况均应及时改善处理方法，采取校正措施，以减少更多的损失。

进行分析和查找故障前，应首先校核各在线仪表．包括流量计、压力表、温度、电导率仪、PH计，以确保不是因仪表的故障而引起的分析错误；然后再通过对已进行了标准化后的运行数据的分析，判断引起反渗透系统故障的原因，例如确定是因污垢引起膜的损坏还是因操作条件的变化而引起的产水量和脱盐率的变化等；再结合分析和检测手段、确定具体问题和发生的具体部位，然后再采取相应的处理措施。

（1）记录数据的标准化

标准化是将实际的产品水量和脱盐率校正至标准条件下（通常是初投运时所取得的数据，也可采用膜元件制造厂商的标准参数）的产品水量和脱盐率的数学程序，温度、压力等影响因素及膜的运行时间对产品水量和脱盐率的影响均在标准化过程中进行了考虑。标准化使特定条件下的数据有可比性。为了能难确的评价反渗透脱盐系统的性能变化趋势，对采集的运行数据必须进行标准化。

标准化计算程序通常由膜供应南提供，也可在限制造商的网页上方便地下载。   

（2）故障特征及解决方法

不同的故障均会使运行参数产生改变，这些运行参数主要有脱盐率、产品水量、各段压关等。通过分析这些运行参数的变化及变化趋势，可以确定故障引起的原因。

七、反渗透与其它除盐设备的组合系统

1、反渗透-离子交换除盐系统

反渗透与离子交换联合组成的除盐系统是目前使用较为广泛的除盐水处理系统。在这种系统中，反渗透作为离子交换的预脱盐系统，可以除去原水中约95％的盐分和绝大部分的其他杂质，如胶体、有机物、细菌等；反渗透产水中剩余的盐分则通过后继的离子交换系统除去。

（1）与单纯的离子交换除盐水处理系统相比，该种系统的特点：

A、系统对进水水质的适应范围广；

B、出水水质好（对胶体、有机物、硅的去除率高）；

C、延长了离子交换设备的运行周期；

D、大幅度降低了离子交换树脂的再生用酸碱消耗量；

E、酸碱废液排放量减少。

反渗透-离子交换联合除盐系统的具体组合形式，是由系统进水水质、反渗透装置产水水质及要求的系统出水水质确定的。

（2）在锅炉补给水处理中常用的系统组合形式有；

  A、预处理→反渗透→脱碳器→混合离子交换器；

  B、预处理→反渗透→脱碳器→阳离子交换器→阴离子交换器

 C、预处理→反渗透→脱碳器→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器。

2、反渗透-EDI系统

反渗透与EDI（电去离子除盐）联合组成的除盐系统的基本组成形式为：预处理→反渗透→EDI。

在这种系统中，预处理通常采用微滤或其他过滤等方式，原水经预处理后，达到反渗透进水的要求；在反渗透装置中，进水中的绝大部分盐分、有机物和其他各种杂质被除去；在EDI装置中，反渗透产水中的剩余盐分被除去。

反渗透-EDI除盐系统的特点是：

（1） 真正实现了制备高品质的除盐水不需要酸碱；

（2） 简化了除盐水处理系统，设备占地面积小，操作简单；

（3） 对原水水质变化的适应性强；

（4） 出水水质好，出水电导率可以稳定在0.1μs/cm以下；

（5） 系统维护工作量小，但要求较为严格。

衡美水处理为您带来全方位的水处理服务，让您高枕无忧！