反渗透系统设计导则
一、设计导则说明
反渗透是迄今为止最精密的膜法液体分离技术,它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于100的有机物,但可允许水分子透过。
完整的反渗透处理系统一般由预处理部分、膜处理部分和后处理部分组成。导则中将讨论膜装置本身,包括膜元件、以一定方式排列的含膜元件的压力外壳、给膜压力外壳供水的高压泵、管道、仪表、装置支架和阀门等,还应包括设置就地清洗系统。
对反渗透膜系统的性能而言,通常采用产水流量和产水品质两个参数进行衡量,但这两个参数总是针对于给定的进水水质、系统回收率及进水压力。因此设计者的主要职责是针对所需的产水量,使设计的系统尽可能的降低膜元件成本及操作压力,与此同时尽可能的提高水回收率和产水量以及系统的长期稳定性与清洗维护费用。
达到设计产水量所需的进水压力取决于产水通量值的选择,设计时选择的通量值越大,所需的进水操作压力也就越高。为了减低膜元件的成本,设计时会选择高的产水通量值,但产水通量值的选择是有上限的,规定上限的目的就是为了减少今后膜设备内的污染和结垢。
系统的通量设计极限是由进水的潜在污染程度而定,随着产水通量和元件回收率的增加,膜面上的污染物的浓度也随之增加,产水通量值高的系统其污染速率和清洗频率就越高。经过预处理后的出水淤积密度指数(SDI与水中残留污堵物质的含量有较好的对应关系。当对某一特定进水水源设计膜系统时,最好能了解到类似膜系统处理该水型时的运行情况。但是,通常未必有这类系统可供参照,此时可遵循本章推荐的系统设计导则。
系统设计者应根据项目特点进行设计优化,在设计之前必须充分收集原水水质分析报告等系统设计资料,资料越完整,系统就越具有针对性,就越能为用户提供设备长期稳定运行的可靠设计。
二、水质分析主要项目简介
对于反渗透水处理设备的用户及反渗透设备的生产厂家,全面了解系统应用原水的化学成分和其在运行过程中产生的化学现象,对于判断设备在产水过程中形成污垢(Scale的可能性是非常重要的,下文将就反渗透水处理系统水质分析进行说明。
1、一般水质分析项目
进水水质分析主要包含以下项目:PH值、碱度(Alkalinity、SO42-(Sulfate、
CI- (Chloride、NO
3(Nitrate、F- (Flouride、H
2
S (Sulfide、PO
4
3- (Phosphate、SiO2
(Silica、硬度(Hardness、Fe,Mn (Iron&Manganese、Na+ (Sodium、Ba 2+ (Barium、Sr2+ (Strontium、Al3+ (Aluminun、Cu2+ (Copper、Zn2+ (Zinc、Ca2+ (Calcium、Mg2+ (Magnesium、K + (Potassium、游离性余氯(Free Chlorine Residaul 以及CO
2
(Carbondioxde等。
2、水源综合分析项目
⑴SDI(Silt Density Index
SDI也称为淤泥密度指数(fouling index,是表征反渗透系统进水水质的重要指标。
该指标是表示R/O膜系统在依据此给水条件下运行发生污染可能性的一种尺度:SDI数值表征了在规定时间内,孔径为0.45μm测试膜片被溶在被测试给水中的淤泥、胶体、黏土、硅胶体、铁的氧化物、腐植质等污染物堵塞的比率和污染程度。SDI的具体标准检验法在美国ASTM TEST(D189-82的文件中有所叙述,具体测试过程如下:
首先应充分排除过滤池中的空气压力,使给水以30PSI的恒定压力通过直径为Φ47mm、孔径为0.45μm 的测试滤膜后开始测定:首先测定开始通过滤膜的500(250毫升水所需要的时间T O;在使水连续通过滤膜15分钟(T后,再次测得通过滤膜的500(250毫升水所需要的时间T1;在取得以上3个时间数据之后,由此可以计算出该水源的SDI值:
即 SDI=[1-T O/T1]*100/T
在实际工程中,当T1为T O的四倍时,SDI为5;在SDI为6.7时,水会完全堵塞测试膜,而无法取得时间数据T1,在这种情况下需要对反渗透预处理系统进行调整,使其SDI指标降至5.0以下。
SDI数值测试方法的局限性在于该测试方法与反渗透膜系统的运行方式有所不同:因为在测定SDI时,给水中的所有污染物均被测试滤膜过滤;而反渗透系统在运行时,膜表面则有相当部分的污染物沿着膜表面被RO浓水一道流走。但是,经过大量的工程实践证明,以该种测试方法而得到的SDI值还是能说明反渗透系统给水的污染程度:一般说来,在RO系统给水SDI值低于3时,对膜系统的污染不重,设备运行基本不会出现膜系统的过快污染;当SDI大于5时,则说明在反渗透系统运行时可能会引起较重的膜污染。
⑵有机物、生物污染物的综合监测
有机污染物、微生物和细菌普遍存在于地表水和废水之中。反渗透系统在处理该类水源时,水中尚存的有机物在膜分离过程中非常容易被吸附在膜表面上,但是我们在设计及对原水取样分析时想得到准确的分析结果却十分不易。一般情况下在设计使用该类水源的反渗透系统时,对有机物的全面分析只能从总有机碳含量(TOC,生物化学耗氧量(BOD和化学耗氧量(COD几方面对水源进行鉴定。工程实践证明:一般说来当原水TOC含量在2毫克/升以上时就应引起足够的重视;在TOC含量高于3毫克/升时就应该对存在于原水中的有机物进行细致的分析才好:这是因为水中有的有机物不仅会污染R/O膜,而且长期附在膜面上还会引起R/O膜的超薄屏障层的化学降解,进而引起膜性能的退化和降低。但是,在有的水源下,虽然水中有机物含量很高,但是实践证明其对膜材料却无丝毫损害,所以工程设计时在对特殊水源的有机物分析十分重要。原水的生物含量检测也是十分重要的,必须引起足够的重视,这是因为微生物在进入R/O 系统后,虽然不会吞噬膜材料,但是其在膜元件表面及内部寻找到形成生物膜的理想环境,以致于对膜元件形成生物污堵。由此而引起的生物污堵严重并增大到一定程度时,甚至会导致反渗透膜系统中的膜元件发生“望远镜现象”,造成膜元件的机械损坏,这一点对反渗透系统设计者来说很重要。
⑶氧化还原电位ORP
氧化还原电位ORP是表征水体中氧化性物质和还原性物质多少的一种参数。当氧化还原电位呈正值时表示水体中含氧化性物质,当氧化还原电位呈负值时表示水体中含还原性物质。
水体中的氧化物质通常是游离性氯、臭氧等,聚酰胺复合膜的耐氯性都比较差,VONTRON系列膜元件要求的进水游离性氯含量不超过0.1ppm,所以反渗透进水的氧化还原电位较低,必须采用活性炭过滤器或投加还原剂的方法去除水体中的氧化性物质。
自然界的水体氧化还原电位通常为负值,这是因为这些水中含有H2S、
SO32+、Fe2+等。反渗透系统对H2S和 Fe2+也很敏感,因为这两种物质可能会在系
