水处理工艺与运行管理

化学处理配方的确定

循环冷却水系统运行出现的问题主要是腐蚀、结垢和粘泥三个方面。

腐蚀是指金属和它所存在的环境之间的化学或电化学反应引起的金属破坏现象。

结垢是指在水中溶解或悬浮的无机物，由于种种原因而沉积在金属换热表面，垢的主要成份为CaCO3和腐蚀产物。由于缓蚀剂使用后腐蚀产物大大减少，而以 CaCO3垢和Ca3（PO4）2垢及锌垢为主要成份。

粘泥是指金属管内壁附着的粘性物质，它主要由细菌和藻类等微生物代谢产物，同时粘附了水中悬浮杂质而形成。

一、 选定配方需考虑的因素

（一） 水质

在实践中发现，不同硬度和碱度的水质对水冷器所造成的危害是完全不同的。进一步研究发现，可以用水质的稳定指数SI（雷兹纳指数）来判断水质的腐蚀和结垢倾向。

（二）水冷器的材质

在开式循环冷却水系统中，因热交换器、管线等设备主要使用碳钢，因此首先要考虑的是碳钢的腐蚀问题它是由溶解氧而腐蚀在不加药剂时，腐蚀速度是0.05~0.20mm/a，往往还会发生点蚀，造成的危害更大。

如果水冷器有铜和铜合金的材质，需考虑对铜和铜合金的腐蚀问题。一般情况下，铜和以铜为主的合金（黄铜、铝黄铜）的平均腐蚀速度低，但也会局部发重点为蚀，往往可以在配方中加入少量铜缓蚀剂和分散剂加以解决。

不锈钢材质的水冷器，在有溶解氧的时候，不锈钢呈钝化状态，有耐腐蚀的性能。在较高浓度的氯离子条件可能产生点蚀和应力腐蚀。此外对于双向不锈钢要求循环水PH不大于8.5。

反渗透系统常用术语

1、 淡水：又称渗透透水、产水，是反渗透系统的净化水；

2、 供水：又称给水，是进入反渗 透膜系统供给水源；

3、 浓水：又称盐水，是反渗透系统的浓缩废液；

4、 半透膜：允许溶液中溶剂透过而溶质却不能透过的膜；

5、 产水量：膜元件、膜组件系列或系统每小时生产淡水的能力；

6、 膜元件：组成反渗 透膜组件的单个反渗透膜滤元；

7、 膜组件：含有一个或多个反渗透膜元件的压力容器；

8、 段：膜组件的浓水流经下一组膜组件处理，流经几组膜组件即称为几段；

9、 级：膜组件的产品水再经下一组膜组件处理，产品水经过几次膜组件处理即称为几级；

10、水通量：单位时间内透过膜元件（组件）单位膜表面的水量；

11、回收率：淡水与供水之比，用百分比表示；

12、脱盐率：表示反渗透装置或膜元件对盐分（或者特定分子）的脱盐能力，其计算公式如下： 进水CD（电导率）－产水电导率

脱盐率（%）= ×100

进水电导率CD

13、浓差极化：反渗透装置在运行过程中，淡水透过后膜界面层浓缩水中含盐量增大，和进水之间往往会产生浓度差，严重时会形成很高的浓度梯度的现象，成为浓差极化。

14、污泥密度指数（SDI）：指在一定压力和标准间隔时间内，一定体积的水样通过微孔滤膜（0.45μm）的阻塞率。 15、TDS水中总溶解固体，单位为mg/L。

二、反渗透装置的设计程序

通常进行反渗透装置设计的程序为：①根据原水水质确定使用膜元件的类型；②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、脱盐率；③根据计算出的膜组件所需的推动压力进行高压泵的选型；④配置仪表、阀门的配件。

三、膜组件的性能参数

1、盐透过率： Cp

透过水（产品水）的含盐量

SP= × 100

Cf 给水（进料水）的含盐量

2、脱盐率或截留率

Cp

R=（1－ ）× 100

Cf

3、回收率和浓缩倍数 Qp 透过水（产品水）的流量

回收率： y= × 100

Qf 给水（进料水）的流量，m3/h

100－SP×y

浓缩倍数： K= （当SP较小时，可简化为(100-y)/y

100－y

或近似为浓缩水含盐量 Cb/给水（进料水）含盐量Cf

膜元件脱盐率：一般复合膜＞99%，最高可达99.7%；醋酸丁酸纤维素（CAB）膜元件的脱盐率一般为95~98%。

反渗透膜的基本性能一般包括操作压力、透水量、脱盐率和流量衰减系数等。

透水量也称水通量或透水率，它是指单位时间通过单位面积反渗 透膜的淡水产量，单位是m3/m2·h。透水量与工作压力和温度有关。工作压力增加，透水量也将增加，但是工作压力要在膜允许范围内，才可获得高透水量。若工作压力太大，会使膜发生压密现象，从而降低透水量。一般工作压力为1.0~7.0MPa。透水量与温度的关系是每增加1°F

（x°F=(5/9(X-32)℃，膜透为量就增加约1.

复合膜的脱盐率高(＞99%)，化学稳定性好，耐生物降解，并县城操作压力低；复合膜允许的PH值比较宽，运行时为3-10（Dow公司为2-11），清洗 时为2-11（Dow公司为1-12），可使反渗透给水少加酸或不加酸，清洗 膜时可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。

1998年，国外膜厂商先后推出了新一代搞污染膜，这类膜的脱盐率、稳定性及耐游离氯的能力等性能基本与复合膜相同，其主要特点是膜表面光滑不带电荷（一般复合膜带负电荷），因此搞污染能力较强，适用于严重污染的地表水或废水处理）。

2、有机物的去除方法

原水中的有机物呈悬浮、胶体和溶解三种形态。悬浮、胶体形态的有机物可通过前述的方法除去或降低，这是瓜指溶解性的有机物。

有机物不仅是微生物的养料，而且当其浓缩到一定程度后，还可以溶解膜材料，使膜性方法除去或降低，这里仅指溶解性有机物。 有机物不仅是微生物的养料，而且当其浓缩到一定程度后，还可以溶解膜材料，使膜性能劣化。有机物的种类较多，有些低分子有机物加乙醇等可透过膜，因此对膜无影响；腐殖酸分子量大，不透过膜对膜的污染也较少；而单宁酸易吸附在膜上，是强污染物。

不同种类的有机物，据其特性可采用不同的方法来去除。常规方法有：1、低分子易挥发有机物，可以脱气法除去；2、采用高分子阳离子絮凝剂除去极性大分子；3、非极性、小低妇女子量的有机物可以活性炭吸附除去（活性炭吸附是一种短期有效的方式 ，缺点是活性炭饱和的再生困难且极易成为细菌繁殖的温床）；4、采用低污染反渗透膜是防御水体中有机物污染的有效办法。

总之，除去溶解性有机物的方法有：1、用阳离子混凝剂除去负电子性大分子有机物；2、投加氧化剂如Cl2、ClO2等氧化、分解有机物；3、采用活性炭吸附；4、用超滤除一定分子量的有机物等。

第三节 反渗透结垢物质的控制与处理

一、反渗透结垢物质的控制

在反渗透除盐过程中，给水在流过膜元件时较纯的水透过膜形成产品水，而给水不断被浓缩，原水中的溶解性物会因达到过饱和状态而析出。这些物质按照其结垢倾向大小的顺序可排列为：

CaCO3＞CaSO4＞SiO2＞BaSO4＞SrSO4＞Al、Fe和Mn的氢氧化物

在反渗透系统中最见的水垢为CaCO3垢。但水垢一般很少为纯物质，通常是以一种化合物为主并掺杂多种其他化合物的混合物。

1、 CaCO3垢

当以地表水或深井水为水源时，通常用LSI法来判断CaCO3的结垢倾向；对于海水，则采用Stiff δDavis稳定指数法。

水的实际PH值与饱和PH值之差，称为饱和指数（LSI）或Langelier指数。LSI=PH-PHs

如果LSI=0，则表示该水质处于平衡状态，即既不结垢也不腐蚀，水质是稳定的；如果LSI＞0，则表示水中CaCO3处于过饱和状态，有析出倾向。实际工程应用中，多采用加酸与阻垢剂相结合的方法来阻止垢类的产生，具体如下。

（1） 对于难溶盐Sr、Ba、Si，应降低反渗透系统回收率，避免浓水超过溶度积。

（2） 加阻垢剂，现市场上正规厂商所供反渗透专用阻垢剂多为有机酸盐类和聚丙烯酸盐类阻垢剂，阻垢效果较好。有的厂商报道过对于Si类的阴垢容许进水SiO2可达50mg/L以上。

（3） 加酸可以去除水体中的CO32-与HCO3-，以降低CaCO3的结垢。

（4） 采用传统的离子交换软化来脱除水体中的Sr、Ba、Si、Ca、Mg等离子，但对大水量的处理不经济；

防止CaCO3的结垢通常采用以下三种方法①用石灰软化澄清法或离子交换法（弱酸或钠离子软化）除去大部分的钙；②加（硫酸或盐酸）去除CO32-③添加阻垢剂。

在实际使用中多用添加阴垢剂或加酸和阻垢剂相结合的方法。

对于高硬度水，同时使用加酸和阻垢剂比较经济，先加酸中和给水的部分碱度，将给水的LSI降到可以用阴剂控制的范围，通常至LSI＜2.0，此时再加阻垢剂即可防止CaCO3的结垢。硫酸和盐酸均可用来中和碱度，但硫酸较经济，同时反渗透膜对SO42-的脱除率较CL－高，因此加酸应首选H2SO4；但对有些特殊水质，加硫酸增加SO42－的会导致包括a、Ba、Sr的硫酸盐沉淀，此时应选用盐酸。

2、 硫酸盐垢 可能的硫酸盐垢为CaSO4 BaSO4 SrSO4。一般情况下，当硫酸盐的离子浓度积IP超过其溶度积Ksp，即IP＞Ksp时,根据沉淀生成与溶解理论,有就可能形成硫酸盐垢;当IP＜Ksp时,则水中的硫酸盐是稳定的。

通过采用添加阻垢剂法防止硫酸盐垢生成。如不行，则可以考虑用石灰软化澄清法或离子交换法（弱酸或钠离子软化）除去部分的垢。

二、反渗透膜防结垢的处理

反渗透膜由于水不断透过，给水被浓缩，例如当回收率达到75%时，浓水尝试约是进水浓度的4倍，使那些微溶盐在浓水中超过其溶度积而沉淀。当微溶盐的浓度超过其溶度积时，可以采取下列方法：降低回收率；离子交换除去Ca2+、Mg2+；加酸；加阻垢剂。

第三节 预处理系统

一、确定预处理方案的因素

反参透预处理方案的确定需要考虑以下因素：（1）原水水源类型及水质情况；（2）不同膜要求的进水水质；（3）沉淀设备、过滤设备类型的选择；（4）混凝剂、助凝剂的种类选择与用量确定；（5）根据原水水质考虑是否需要加氯杀菌、除铁、除硅、加碱、石灰处理等；（6）在寒冷地区，考虑原水加热工艺；（7）根据膜的种类，确定是否需要调节进水PH、加氯处理等；（8）通过计算结垢，确定是否需要加酸、加阻垢剂等；（9）设备的控制水平。

二、预处理的一般原则

（1）预处理必须考虑全系统的稳定安全运行；（2）预处理必须考虑原水的种类、在当地的环境条件以及实用技术；（3）尽量不给反渗透系统增加除盐以外的负担。