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水处理常识 -软化水设备

时间:2010-08-10 11:05:06  来源:软化水设备网  作者:锅炉水处理设备

    各种原水中均含有一定浓度的悬浮物和溶解性物质。悬浮物主要是无机盐、胶体和微生物、藻类等生物性颗粒。溶解性物质主要是易溶盐(如氯化物)和难溶盐(如碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐)金属氧化物,酸碱等。在反渗透过程中,进水的体积在减少,悬浮颗粒和溶解性物质的浓度在增加。悬浮颗粒会沉积在膜上,堵塞进水流道、增加摩擦阻力(压力降)。难溶盐在超过其饱和极限时,会从浓水中沉淀出来,在膜面上形成结垢,降低RO膜的通量,增加运行压力和压力降,并导致产品水质下降。这种在膜面上形成沉积层的现象叫做膜污染,膜污染的结果是系统性能的劣化。需要在原水进入反渗透膜系统之前进行预处理,去除可能对反渗透膜造成污染的悬浮物、溶解性有机物和过量难溶盐组分,降低膜污染倾向。对进水进行预处理的目的是改善进水水质,使RO膜获得可靠的运行保证。对原水进行预处理的效果反映为TSS、TOC、COD、BOD、LSI及铁、锰、铝、硅、钡、锶等污染物水质指标的绝对值降低,在上一章中有对于这些污染物水质指标的详细描述。表征膜污染倾向的另外一个重要的水质指标是SDI。通过预处理,除了要将上述指标降到反渗透膜系统进水要求的范围内,还有重要的一点是尽量降低SDI,理想的SDI(15分钟)值应小于3。
    5.1化学预处理
    为了改善反渗透系统的操作性能,在进水中可以加入添加下列一些药剂:酸、碱、杀菌剂、阻垢剂和分散剂。
    1       加酸-防止结垢在进水中可以加入盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)来降低pH。硫酸价格便宜、不会发烟腐蚀周围的金属元器件,而且膜对硫酸根离子的脱除率较氯离子高,所以硫酸比盐酸更为常用。没有其他添加剂的工业级硫酸即适宜于反渗透使用,商品硫酸有20%和93%两种浓度规格。93%的硫酸也称为66波美度硫酸。在稀释93%硫酸时一定要小心,在稀释到66%时发热可将溶液的温度提升到138℃。一定要在搅拌下缓慢地将酸加入水中,以免水溶液局部发热沸腾。盐酸主要在可能产生硫酸钙或硫酸锶结垢时使用。使用硫酸会增加反渗透进水中的硫酸根离子浓度,直接导致硫酸钙结垢倾向增加。工业级的盐酸(无添加剂)购买非常方便,商品盐酸一般含量为30-37%。降低pH的首要目的是降低RO浓水中碳酸钙结垢的倾向,即降低朗格里尔指数(LSI)。LSI是低盐度苦咸水中碳酸钙的饱和度,表示碳酸钙结垢或腐蚀的可能性。在反渗透水化学中,LSI是确定是否会发生碳酸钙结垢的是个重要指标。当LSI为负值时,水会腐蚀金属管道,但不会形成碳酸钙结垢。如果LSI为正值,水没有腐蚀性,却会发生碳酸钙结垢。LSI由碳酸钙饱和的pH减去水的实际pH。碳酸钙的溶解度随温度的上升而减小(水壶中的水垢就是这样形成的),随pH、钙离子的浓度即碱度的增加而减小。LSI值可以通过向反渗透进水中注入酸液(一般是硫酸或盐酸)即降低pH的方法来调低。推荐的反渗透浓水的LSI值为0.2(表示浓度低于碳酸钙饱和浓度0.2个pH单位)。还可以使用聚合物阻垢剂来防止碳酸钙沉淀,一些阻垢剂供应商声称其产品可以使反渗透浓水的LSI高达+2.5(比较保守的设计是LSI为+1.8)。
    2       加碱-提高脱除率
在一级反渗透中加碱使用较少。在反渗透进水中注入碱液用来提高pH。一般使用的碱剂只有氢氧化钠(NaOH),购买方便,而且易溶于水。一般不含其他添加剂的工业级氢氧化钠便可满足需要。商品氢氧化钠有100%的片碱,也有20%和50%的液碱。在加碱调高pH时一定要注意,pH升高会增加LSI、降低碳酸钙及铁和锰的溶解度。最常见的加碱应用是二级RO系统。在二级反渗透系统中,一级RO产水供给二级RO作为原水。二级反渗透对一级反渗透产水进行“抛光”处理,二级RO产水的水质可达到4兆欧。在二级RO进水中加碱有4个原因:
    a.在pH8.2以上,二氧化碳全部转化为碳酸根离子,碳酸根离子可以被反渗透脱除。而二氧化碳本身是一种气体,会随透过液自由进入RO产水,对于下游的离子交换床抛光处理造成不当的负荷。
    b.某些TOC成分在高pH下更容易脱除。
    c.二氧化硅的溶解度和脱除率在高pH下更高(特别是高于9时)。
    d.硼的脱除率在高pH下也较高(特别是高于9时)。
    加碱应用有一个特例,通常被叫做HERO(高效反渗透系统)过程,将进水pH调到9或10。一级反渗透用来处理苦咸水,苦咸水在高pH下会有污染问题(比如硬度、碱度、铁、锰等)。预处理通常采用弱酸性阳离子树脂系统和脱气装置来除去这些污染物。
    3       脱氯药剂-消除余氯
RO及NF进水中的游离氯要降到0.05ppm以下,才能达到聚酰胺复合膜的要求。除氯的预处理方法有两种,粒状活性炭吸附和使用还原性药剂如亚硫酸钠。在小系统(50-100gpm)中一般采用活性碳过滤器,投资成本比较合理。推荐使用酸洗处理过的优质活性炭,去除硬度、金属离子,细粉含量要非常低,否则会造成对膜的污染。新安装的碳滤料一定要充分淋洗,直到碳粉被完全除去为止,一般要几个小时甚至几天。我们不能依靠5μm的保安过滤器来保护反渗透膜不受碳粉的污染。碳过滤器的好处是可以除去会造成膜污染的有机物,对于所有进水的处理比添加药剂更为可靠。但其缺点是碳会成为微生物的饲料,在碳过滤器中孳生细菌,其结果是造成反渗透膜的生物污染。
    亚硫酸氢钠(SBS)是较大型RO装置选用的典型还原剂。将固体偏亚硫酸氢钠溶解在水中配制成溶液,商品偏亚硫酸氢钠的纯度为97.5-99%,干燥储存期6个月。SBS溶液在空气中不稳定,会与氧气发生反应,所以推荐2%的溶液的使用期为3-7天,       10%以下的溶液使用期为7-14天。从理论上讲,1.47ppm的SBS(或0.70ppm偏亚硫酸氢钠)能够还原1.0ppm的氯。设计时考虑到工业苦咸水系统的安全系数,设定SBS的添加量为每1.0ppm氯1.8-3.0ppm。SBS的注入口要在膜元件的上游,设置距离要保证在进入膜元件有29秒的反应时间。推荐使用适当的在线搅拌装置(静态搅拌器)。
    介质过滤
    从水中去除悬浮固体普遍的方法是多介质过滤。多介质过滤器以成层状的无烟煤、石英砂、细碎的石榴石或其他材料为床层。床的顶层由质轻和质粗品级的材料组成,而最重和最细品级的材料放在床的底部。其原理为按深度过滤——水中较大的顾粒在顶层被除去,较小的颗粒在过滤器介质的较深处被除去。
    在单一介质过滤器中,最细的颗粒材料反洗至床的顶部。大多数过滤发生在床顶部5cm区域内,其余作为支撑介质。有一泥浆层形成。虽然单一介质过滤器的滤速限制为81.5—163L/(min.m2)过滤面积,多介质过滤器的水力过程流速可高达815L/(min.m2),但因高水质的要求,通常在RO预处理中流速限制在306L/(min.m2)。
    由于胶体悬浮物既很细小又由于介质电荷之间的排斥,所以单独过滤不起作用。在这些情况下,在过滤前必须加絮凝剂或絮凝化学药品。常用的絮凝剂有三氯化铁、矾和阳离子聚合物。因为阳离子聚合物在低剂量下就有效果,且不明显地增加过滤器介质的固体负荷,所以最常用。另一方面,如果阳离子聚合物进入现在采用的某些最通用的膜上,则它们却是非常强的污染物。很少量的阳离子聚合物就能堵塞这些膜,且往往难以去除。务须谨记当用阳离子聚合物作为过滤助剂时,必须小心使用。
    2除铁、锰——氧化过滤
    通常含盐量为苦咸水范围的某些井水呈还原态,典型特点是含有二价的铁和锰,有时还会存在硫化氢和氨。如果对这类水源进行氯化处理,或当水中含氧量超过5mg/L时,Fe2+将转化为Fe3+形成难溶解性的胶体氢氧化物颗粒。铁和锰的氧化反应如下:
    4Fe(HCO3)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3+8CO2
    4Mn(HCO3)2+O2+2H2O→4Mn(OH)3+8CO2
    由于铁的氧化在很低的pH值时就会发生,因而出现铁污染的情况要比锰污染的情况要多,即使SDI小于5,RO进水的铁含量低于0.1mg/L,仍会产生铁污染的问题。碱度低的进水铁离子含量要高,这是因为FeCO3的溶解度会限制Fe2+的浓度。
    处理这类水源的一种方法时防止整个RO过程中与空气和任何氧化剂如氯的接触。低pH值有利于延缓Fe2+的氧化,当pH<6,氧含量<0.5mg/L时,最大允许Fe2+浓度4mg/L,另一种是用空气、Cl2或KMnO4氧化铁和锰,将所形成的氧化物通过介质过滤器除去,但需要主要的是,由硫化氢氧化形成的胶体硫可能难以由过滤器除去,在介质过滤器内添加氧化剂通过电子转移氧化Fe2+,即可一步同时完成氧化和过滤。
    海绿石就是这样一种粒状过滤介质,当其氧化能力耗尽时,它可通过KMnO4的氧化来再生,再生后必须将残留的KMnO4完全冲洗掉,以防止对膜的破坏。当原水中含Fe2+的量小于2mg/L时,可以采用这一处理方法,如原水中含更高的Fe2+的量小于2mg/L时,可以采用这一处理方法,如原水中含更高的Fe2+时,可在过滤器进水前连续投加KMnO4,但是在这种情况下,必须采取措施例如安装活性炭滤器以保证没有高锰酸钾进入膜元件内。
    Birm过滤也可以有效地用于从RO/NF进水中去除Fe2+,Birm是一种硅酸铝基体上涂有二氧化锰形成沉淀,并且通过滤器反洗可将这些沉淀冲出滤器。由于该过程pH将升高,可能会发生LSI值变化,因而要预防滤器和RO/NF系统内出现CaCO3沉淀。
    3       微絮凝
    如果过滤前对原水中的胶体进行絮凝或混凝处理,可以大幅度地提高介质过滤器效率,使出水的SDI降低到5左右。硫酸铁和三氯化铁可以用于对胶体表面的负电荷进行失稳处理,将胶体捕捉到新生态的氢氧化铁微小絮状物上,使用含铝絮凝剂其原理相似,但因其可能有残留铝离子污染问题,并不推荐使用,除非使用高分子聚合铝。迅速的分散和混合絮凝剂十分重要,建议采用静态混合器或将注入点设在增压泵的吸入段,通常最佳加药量为10-30mg/L,但应针对具体的项目确定加药量。
    为了提高混凝剂絮体的强度进而改进它们的过滤性能,或促进胶体颗粒间的架桥,絮凝剂与混凝剂一起或单独使用,絮凝剂为可溶性的高分子有机化合物,如线性的聚丙烯酰胺,通过不同的活性功能团,它们可能表现为阳离子性、阴离子性或中性非离子性。混凝剂和絮凝剂可能直接或间接地影响RO膜,间接的影响如它们的反应产物形成沉淀并覆盖在膜面上,例如当过滤器发生沟流而使混凝剂絮体穿过滤器并发生沉淀;当使用铁或铝混凝剂,但没有立即降低pH值时,在RO阶段或因进水浓缩诱发过饱和现象,就会出现沉淀,还有在多介质滤器后加入化合物也会产生沉淀反应,最常见的是投加阻垢剂,几乎所有的阻垢剂都是荷负电的,将会与水中阳离子性的絮凝剂或助凝剂反应而污染RO膜。
    当添加的聚合物本身影响膜导致通量的下降,这属于直接影响。为了消除RO/NF膜直接和间接的影响,阴离子和非离子的絮凝剂比阳离子的絮凝剂合适,同时还须避免过量添加。
    4微滤/超滤
    采用超滤/微滤预处理工艺的反渗透/纳滤系统叫做集成膜系统(IMS)。与采用传统预处理工艺的反渗透系统相比,IMS设计具有一些明显的优势。
    ●       MF/UF透过液水质更好。SDI和浊度更低,明显降低了对反渗透的胶体和有机物、微生物污染负荷。
    ●       由于膜在这里是污染物的绝对屏障,MF/UF滤液的高质量可以保持稳定。即便是地表水和废水等水质波动异常频繁的水源,这种稳定性也不会改变。
    ●       由于胶体污染减少,反渗透系统的清洗频率明显降低。
    ●       与一些传统过滤工艺相比,MF/UF系统操作更容易,耗时更少。
    ●       与采用大量化学品的传统工艺相比,MF/UF浓缩废液的处置比较容易。
    ●       占地面积更小,在一些大系统中,有时只相当于传统工艺的1/5。
    ●       有利于系统的扩大增容。
    ●       运行费用基本相当,在一些情况下会较少。
    ●       设备投资基本相当,在一些情况下会较少。
    (1)MF/UF膜的特性
    市场销售的微滤膜的孔径一般在0.1-0.35mm。用于反渗透预处理的超滤膜的切割分子量一般在
    20,000到750,000道尔顿(0.002-0.05mm)。      
    常见的操作跨膜压差(TMP)在3-30psi。膜材料有聚砜、聚烯烃、聚醚砜、聚丙烯、纤维素类和其他专有配方。大多数膜材料具有相当宽的pH范围,以便于在低和高pH条件下进行化学清洗。大多数膜还具有耐游离氯的性能,可以进行周期性或连续消毒处理。聚合物膜的最大运行温度为40℃,但陶瓷膜可以在较高温度下使用。
    MF/UF膜有许多构型:卷式平板膜、管式、中空纤维和板框式。用于RO预处理比较普遍的是中空纤维和卷式,这主要是由于考虑到投资、能耗、耐污染以及在冲洗和化学清洗的情况下的通量恢复性能。
    (2)MF/UF运行特性      
    MF/UF膜有两种不同的运行模式:全量过滤和错流过滤。全量过滤操作模式(也叫做死端过滤)与筒式滤器相类似,即只有料液流和滤液流(没有浓缩液流)。全量过滤方式可以实现水回收率的最大化,达到95-98%,但一般限于原水的悬浮固体含量较低的情况(比如浊度<10NTU)。错流操作模式的典型水回收率为90-95%。
    在一些情况下,MF/UF系统的原水回收率可以达到99%以上,需要将浓缩水和周期性反冲洗水进行收集和处理。二次处理可以通过采用传统固体沉降或另外一套MF/UF系统。
    如果MF/UF系统需要预处理,只是简单的筛网过滤器,精度在100到150μm。有时添加铁盐一类的混凝剂,以获得最好的悬浮固体去除效果。
    MF/UF膜的典型通量在36-110gfd之间(60-183l/m2hr)。悬浮物浓度较高或污染倾向较强的料液系统,运行通量也较低;高通量用于处理低悬浮物负载的料液系统(比如地表水的通量可以是70gfd)。MF/UF透过液的水质在浊度或SDI等指标上明显好于传统预处理水。一般MF/UF的产水浊度在0.04-0.1       NTU之间,而且不随原水浊度波动。运行良好的传统预处理水的浊度为0.2—1.0NTU。典型的MF/UF产水的SDI为0.3-2,而运行良好的传统预处理水的SDI为2-6。更低的SDI降低了对反渗透膜的胶体物料沉积污染。
    (3)MF/UF改善反渗透的经济性
    利用浊度和SDI都非常低的MF/UF产水,反渗透设计通量会大大提高。采用MF/UF的反渗透系统通量可设计为12到20gfd。采用传统预处理的反渗透系统的典型设计通量为:废水处理8-12gfd,地表水10-15gfd。采用了更高的通量,需要的膜元件、膜壳和管线都减少了,系统的固定资产投资便降低了。而且提高通量还有一个好处,可以将产水透盐量减少20-50%。
    5       气浮
    在水中注入大量的微小气泡,气泡黏附在悬浮颗粒表面将其夹带浮上水面,从而实现固液分离。气浮主要用于油污、水藻等难以沉淀的污染物去除。在工业废水、地表水和海水预处理中应用较多。
    实现气浮分离的必要条件有两个:首先要向水中注入足够数量的微细气泡,15~30微米的气泡尺寸比较理想;其次,疏水性悬浮颗粒有利于气泡粘附。影响气浮效果的因素有:微气泡尺寸,决定于溶气方式和释放器构造;气固比,取决于空气加注量;进水浓度、工作压力和上浮停留时间;药剂的作用。
    目前应用较多的是溶气气浮(DAF),有加压溶气和真空产气两种工艺。
    6       保安过滤器
    所有RO/NF装置上都配有筒式保安过滤器,滤器的过滤孔径要求至少为10mm。保安过滤器是膜和高压泵的保护装置,防止可能存在的颗粒物引起的破坏,是最后一道预处理手续。推荐保安过滤器的孔径不大于5mm。当浓水中硅的浓度超饱和时,宜使用1mm的滤芯,用来降低硅与铁和铝胶体的相互作用。
    5.4生物污染的控制和预防
    1反渗透膜的生物污染
    微生物污染的主要来源是进水,预处理也可能是生物污染源。通常,生物污染是一个缓慢的过程,在许多情况下,它是一个难以发现的隐藏问题,有时和其他因素有关。生物污染的标志和症状:
    ◆       膜通量下降;
    ◆       进水压力和系统压差逐渐增大;
    ◆       脱盐率逐渐下降。
    膜的微生物污染会导致:
    ◆       RO系统清洗与维护费用增加;
    ◆       产品水水质明显变差(水可能要后处理);
    ◆       膜寿命明显下降。      
    2生物污染的鉴别
    被微生物污染的膜经过碱性化学清洗和杀菌清洗,膜性能会有显著的恢复。在膜元件中产生的微生物粘泥非常像膜表面带上生物薄膜。检验沉积微生物特性的一个简单的现场方法是从表面上刮取一小部分,放在火焰上燃烧,其气味与毛发燃挠的气味十分接近。粘泥的稠度、气味及目测的结果都能证明膜受到了微生物污染。
    生物膜的特点如下:
    ◆       水含量高(70%-95%);
    ◆       有机物含量高(70-95%);
    ◆       菌落形成单元(CFU)和细胞数高(显微镜计数);
    ◆       碳水化合物及蛋白质含量高;
    ◆       三磷酸腺苷(ATP)含量高;
    ◆       无机物含量低。
    不同类型污染之间的相互作用会使情况变得复杂。如氧化铁或生物膜等污染物在膜面上聚积,会促使难溶盐(如石膏)产生过饱和结垢,从而形成复合污染层。铁垢和生物膜均易清洗,石膏垢则不易洗去。在极恶劣的情况中、上游的泥沙污染能够在单元的下游部分形成低流量区。这使膜起到作为深层过滤区而不是错流过滤器的作用,并当诸如钡、钙或镁的硫酸盐,氟化钙,或二氧化硅等的浓度超过它们在横过膜表面的低流速区域中的饱和度时就会产生不溶物的沉淀,便能导致次级污染。
    3污染倾向的检测和评价
    有效地控制和预防生物污染的首要前提是要知道生物污染问题发生的可能性。许多生物污染问题在长时间不加注意后才逐渐引起注意。以下是一些可能增加生物污染危险的因素:
    ◆       装置设计:管道系统过长,光照、死水端、龟裂、未消毒的水槽等。
    ◆       进水特性:高温(>25℃),大量的细菌(>10       CUF/mL),高SDI,有机物含量过高等。
    ◆       操作特性:不经常性地监控操作参数,使用被微生物污染的预处理药剂,较低的错流流速,贮存周期过长等。
    假若生物污染有可能发生,则通常用培养法检验水中的微生物数量。建议为了评价进料水的生物污染的可能,要监控原水(在氯化前)、RO进水、浓水水及产水的生物学质量。可通过显微镜观察计数和培养的方法来监测系统的生物污染倾向。
    生物污染也能通过淤泥密度指数(SDI)反应出来。SDI是污染预测的唯一较广泛接受的检验方法。
    4预处理与消毒
    为了控制生物污染,要在管线上尽量减少死水区,避免使用活性碳过滤器。在装膜之前要对预处理系统以及RO装置进行系统消毒,启动后保持连续运行,停机时会滋生生物膜。
    控制微生物污染的方法有:
    ●       以在线或离线的方式连续或周期性使用消杀剂。
    ●       在RO发生生物污染后要采用有效的消毒和清洗手段。
    到目前为止,对于LFC膜和PA膜来说,还没有什么完全有效的消杀剂。对于这些膜的消杀剂要具有以下性质:
    ●       不损坏膜;
    ●       能够控制和杀灭所有种类的细菌和生物膜;
    ●       在物理上摧毁已经形成的生物膜;
    ●       无毒且易于操作;
    ●       可生物降解,易于处置;
    ●       易于监测和加注;
    ●       能够对产水侧进行消毒;
    ●       价格便宜。
    余氯
    LFC膜与PA膜类似,耐余氯极限约为1000       ppm•hr,要求进水的脱余氯处理达到余氯0.1ppm以下。余氯对膜的损坏可以通过脱盐率的衰减和产水通量的增加来进行监测,也可以采用染料试验。氯的存在会使膜的保证寿命大打折扣。但近年来有用户在发生严重生物污染时使用余氯的情况。用户必须评估采用余氯作为杀菌剂的风险。余氯的好处是便宜、高效,能够控制生物膜的数量,并且在透过膜时会对产水侧进行消毒。由于减少了不可逆污染和苛刻的化学清洗和消毒,所以也能延长膜的使用寿命。有用户报告了“化学疗法”,每天加余氯0.25       ppm•hr,将清洗周期延长到了15个月,与未加余氯的平行试验证明,没有发生脱盐率的损失。余氯的透过率随系统不同有所变化,一般在20-50%之间。
   
    膜污染
    在正常运行一段时间后,反渗透膜元件会受到给水中可能存在的悬浮物或难溶盐的污染,这些污染中最常见的是碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶沉淀、金属(铁、锰、铜、镍、铝等)氧化物沉淀、硅沉积物、无机或有机沉积混合物、NOM天然有机物质、合成有机物(如:阻垢剂/分散剂,阳离子聚合电解质)、微生物(藻类、霉菌、真菌)等污染。
    污染性质和污染速度取决于各种因素,如给水水质和系统回收率。通常污染是渐进发展的,如不尽早控制,污染将会在相对较短的时间内损坏膜元件。当膜元件确证已被污染,或是在长期停机之前,或是作为定期日常维护,建议对膜元件进行清洗。
    当反渗透系统(或装置)出现以下症状时,需要进行化学清洗或物理冲洗:
    ●       在正常给水压力下,产水量较正常值下降10~15%;
    ●       为维持正常的产水量,经温度校正后的给水压力增加10~15%;
    ●       产水水质降低10~15%,透盐率增加10~15%;
    ●       给水压力增加10~15%;
    ●       系统各段之间压差明显增加(可能没有仪表监测该参数)。
    在运行数据未标准化的情况下,如果关键参数没有改变,上述清洗原则依然可以适用。保持稳定的运行参数主要是指产水流量、产水背压、回收率、温度及TDS。如果这些运行参数起伏不定,强烈建议标准化数据以确定是否有污染发生,或者在关键运行参数有变化的前提下反渗透的实际运行是否正常。海德能公司提供标准化软件ROdata.xls,可从海德能公司的网站www.membranes.com上下载。
    定时监测系统整体性能是确认膜元件是否已发生污染的基本方法。污染对膜元件的影响是渐进的,并且影响的程度取决于污染的性质。表-1“反渗透系统故障诊断一览表”列出了常见的污染现象及其对膜性能的影响。已受污染的反渗透膜的清洗周期根据现场实际情况而定。正常的清洗周期是每3-12个月一次。如果在1个月以内清洗一次以上,就需要对反渗透预处理系统做进一步调整和改善,如追加投资,或重新进行反渗透系统设计。
    表-1       反渗透系统故障诊断一览表
    故障种类       可能发生位置       压降       给水压力       盐透过率
    金属氧化物(Fe/Mn)       一段最前端膜元件       迅速增加       迅速增加       迅速增加
    胶体污染(有机和无机混合物)       一段最前端膜元件       逐渐增加       逐渐增加       轻度增加
    难溶盐类
    (Ca/Mg/Ba/Sr)       末段最末端膜元件       适度增加       轻度增加       一般增加
    聚合硅沉积物       末段最末端膜元件       一般增加       增加       一般增加
    生物污染       任何位置通常前端膜元件       明显增加       明显增加       一般增加
    有机物污染
    (难溶NOM)       所有段       逐渐增加       增加       降低
    阻垢剂污染       末段最严重       一般增加       增加       一般增加
    氧化损坏       一段最严重       一般增加       降低       增加
    水解损坏(超出pH范围)       所有段       一般降低       降低       增加
    磨蚀损坏(颗粒物)       一段最严重       一般降低       降低       增加
    O型圈渗漏(内连接管或适配器)       无规则
    (通常在两端适配器)       一般降低       一般降低       迅速增加
    膜元件外壳破损
    (由撞击造成)       无规则
    (运输或安装间隙)       可能降低       可能降低       可能增加
    膜卷突出
    (压差过大导致)       两端膜元件       明显增加       明显增加       迅速增加
    当膜元件仅仅是发生了轻度污染时,重要的是清洗膜元件。重度污染则会阻碍化学药剂深入渗透至污染层,影响清洗效果。如果膜元件的性能降低至正常值的30-50%,那么,欲完全恢复膜元件出厂时的初始性能是不可能的。
    在反渗透系统设计中,可使用反渗透产品水冲刷系统中的污染物以降低清洗频率。用产品水浸泡膜元件可有助于污垢的溶解、脱落,降低化学清洗的频率。
    清洗何种污染物以及如何清洗要根据现场污染情况而进行。对于几种污染同时存在的复杂情况,清洗方法是采用低pH和高pH的清洗液交替清洗。
    膜元件受到污染时,往往通过清洗的方式来恢复膜元件的性能。清洗的方式一般有两种,物理清洗(冲洗)和化学清洗(药品清洗)。物理清洗(冲洗)是不改变污染物的性质,使用机械性的冲刷清除膜元件中的污染物,恢复膜元件的性能。
    化学清洗是使用相应的化学药剂,改变污染物的组成或属性,然后排出膜元件,恢复膜元件的性能。吸附性低的粒子状污染物,可以通过冲洗(物理清洗)的方式达到一定的效果,像生物污染这种对膜的吸附性强的污染物使用冲洗的方法很难达到预期效果。冲洗已经很难去除污染物时,应停止装置并采用化学清洗。为了提高化学清洗的效果,清洗前,有必要通过对污染状况进行分析,确定污染的种类(详细参照第九章相关内容)。在掌握污染物种类、成分、数量的基础上,选择合适的清洗药品是清洗成功的关键因素。
    化学清洗与物理清洗并是可以相互配合的两种清洗手段。在面对轻度污染时,采用物理清洗时添加一些化学药品可以使清洗效果倍增,同样在严重污染采用化学清洗时也可以使用一些物理性的强化手段来增强化学清洗的效果
    系统故障概述
    产水量和脱盐率是反渗透、纳滤系统的基本性能参数,如果这两项指标达不到系统原设计要求,产水量小或者脱盐率低,就需要找到问题发生的原因。由于进水TDS和温度的波动以及系统机械性能等原因,即使完全没有污染倾向的系统,基本性能指标也会在小范围波动。下面是我们判别系统运行出现故障的参考标准值。
    1       参考指标
    反渗透、纳滤系统的主要性能参数变化达到以下指标范围时,要及时进行故障分析,并进行相应的处理。
    ●       在正常给水压力下,产水量较正常值下降10~15%;
    ●       为维持正常的产水量,经温度校正后的给水压力增加10~15%;
    ●       产水水质降低10~15%(产水电导率增加10~15%;)
    ●       给水压力增加10~15%;
    ●       系统各段之间压力降明显增加。
    2       设计提示
    远离故障最好的办法是从开始就消灭发生故障的可能,在进行系统设计时尽量考虑做到:
    ●       设计系统时要依据完整的水质分析。对于地表水源要考虑到季节变化的影响,对于普通市政水源要考虑到原水变化的影响,要确认拿到的报告是最新的有效数据。
    ●       测定RO进水的SDI值,确定胶体污染的可能性。
    ●       保证预处理的效果。
    ●       存在污染的可能时,一定要选择较为保守的系统通量。水质洁净的地下水的设计通量可以高一些,地表水的设计通量一定不要超过设计导则规定的数值。降低单位面积的膜通量可以减少污染物在膜面上的沉积。
    ●       选择较为保守的系统回收率。回收率较低时浓水的污染物浓度也相应较低。
    ●       膜元件的错流速率要尽量大。较高的错流速率能增加盐分和污染物向进水水流的扩散,降低膜面的浓度。
    ●       选择适当的膜元件类型。对于比较复杂地表水和废水来说,低污染LFC膜比CPA膜更为适用。
    3       故障原因基本类型
    系统发生产水量减少和水质下降问题的原因比较复杂,可以简单归纳出几种类型:
    1)进水TDS增加、水温波动、运行参数调整等原因造成的性能变化不属于故障范围。
    2)系统硬件故障:O型圈密封泄漏、膜氧化、机械故障等;需要更换或修理故障元器件。如果是膜氧化,要找到氧化的原因,消除氧化剂来源,更换膜元件。
    3)膜污染:膜污染是处理系统故障的核心工作,需要确定污染物类型、污染程度和污染分布,在此基础上进行清洗恢复。
    4)系统设计失误,系统设计问题可能与前面的几项都有关。对于有设计失误的系统,在恢复系统元器件性能之后,一定要对系统进行改造,纠正原有错误设计或运行参数。
    9.2       运行参数对系统性能的影响
    在系统发生问题时,首先要做的是确认问题的性质,消除温度、进水TDS、产水量和回收率的影响,获得标准化性能参数。依据上述标准判断系统是否处于故障状态,是不是发生了膜污染。
    系统操作参数的变化对与系统的性能有影响。比如,       TDS每增加100ppm,由于渗透压增加了,进水压力要增加0.07bar,产水电导也会相应上升。进水温度增加6.6℃,进水压力降低15%。提高回收率会提高浓水浓度和产水电导(回收率为50%、75%和90%时,浓水的浓度分别为进水的2倍、4倍和10倍)。在回收率相同时,降低产水量会提高产水电导,原因是用来稀释透过盐分的水量少了。
    要通过数据的标准化来确定系统是否有问题。可以借助海德能的系统数据标准化软件ROdata.xls,来求得标准化的产水量、脱盐率和进水—浓水压力降。通过标准化消除了温度、进水TDS、回收率和进水压力的影响。将系统目前的标准化性能参数与与运行第一日的标准化数据进行对比,就可以确定系统性能的变化情况。
    以下将列举的是运行参数对膜的性能有正常影响,这些影响可能会导致产水流量和水质的下降。
    1       产水量下降
    下列运行参数的变化将降低系统中膜的实际产水量:
    ●       进水泵压力不变时进水温度下降;
    ●       用节流阀降低RO进水压力;
    ●       进水泵压力不变时增加产水背压;
    ●       进水TDS(或电导率)增加,这会增加产水通过膜时所必须克服的渗透压;
    ●       系统回收率增加,这会增加系统的平均进水/浓水的TDS,从而增加渗透压;
    ●       膜表面发生污染;
    ●       进水流道网格的污染导致进水-浓水压力降(ΔP)增加,从而降低了元件末端的NDP(净驱动压力)。
    2       产水品质下降
    下列运行参数变化会导致实际产水水质劣化,即产水的TDS和电导率增加:
    ●       进水温度上升时通过调节运行参数保持系统产水量不变;
    ●       系统产水量下降,这会降低膜通量,导致原来稀释透过膜的盐分所需的纯水量减少;
    ●       进水TDS(或电导率)增加,脱盐率不变,但产水盐度随之增加;
    ●       系统回收率增加,这会增加系统的进水/浓水TDS浓度;
    ●       膜面污染;
    ●       O型圈密封损坏;
    ●       望远镜现象,进水—浓水压力降过大,膜元件外皮脱落;
    ●       膜面损坏(比如受到氯的影响)致使膜的透盐率增加。
    9.3       发生故障的常见原因      
    系统故障可以划分为两个类型:产水量小,脱盐率低。回答以下问题会有助于找到发生故障的原因。
    1       产水量下降时
    膜污染会造成产水量下降,检查以下提问来寻找发生问题的原因。
    ●       是否正常关闭系统?在一些情况下,要在装置关闭之前要用反渗透产水冲洗系统浓水,否则无机污染物会在膜面上沉积。
    ●       停机保护是否得当?在系统停机期间没有采取适当的保护措施,会导致严重的微生物生长(特别是在温暖的环境中)。
    ●       加酸或阻垢剂是否达到了要求的pH值或饱和指数?
    ●       进水和浓水之间的压力降是否超过了15%?压力降增加标志着进水流道受到了污染,膜面水流被限制。检查各段的压力降情况,确定发生问题的位置。
    ●       在海水系统中,关机时是否对系统进行了产水冲洗?快速冲走膜面的高浓度盐分,可以防止离子从溶液中沉淀出来。
    ●       保安过滤器是否污染?
    2       脱盐率低
    ●       低脱盐率时,产水电导率高。可能的原因有膜污染、膜降解和O型圈损坏。确认产水电导增加是否超过了15%。
    ●       各段膜组件的产水电导率一样吗?逐段测试产水电导,尽可能对每个膜组件测试产水电导率。产水电导率明显高的组件可能有O型圈或膜元件损坏。要对该组件进行探测和检查。
    ●       膜元件是否与氯或其它强氧化剂有接触?任何氧化物质的接触都会损坏膜元件。
    ●       仪器经过校准了吗?确认所有的仪器都经过校准。
    ●       膜元件的外观有变色或损坏吗?观察膜元件污染物及损坏物理情况。
    ●       进水的实际电导率和温度与原设计指标有差别吗?如果实际进水的TDS或温度高于原设计指标,产水水质达不到设计值是正常的。要对进水、浓水和产水进行取样分析,与海德能设计数件的结果标进行对比。
    ●       发生过产水压力超过进水压力的情况(产水背压)吗?如果产水要提升到较高位置,管道上又没有安装逆止阀,停机时产水压力会超过进水,膜叶会膨胀破裂。
    ●       O型圈有问题吗?O型圈会因老化而失去弹性或破裂,导致泄漏。周期性更换O型圈,或者定期探测膜组件。
    3       膜污染      
    如果以上问题都解决了,而系统依然没有恢复,还要考虑以下提问:
    ●       一旦排除了所有机械故障,就需要确定污染物并实施清洗。
    ●       分析清洗出来的污染物及清洗液的颜色和pH的变化。重新投运系统可以确认清洗效果。
    ●       如果不知道是什么污染物又缺乏现场经验,可以委托专用清洗剂供应商对膜元件进行分析并提出清洗方案。
    ●       如果所有尝试都没有结果,就需要对膜元件进行解剖。打开膜元件进行膜面分析和污染物分析,以确定发生问题的原因和解决方案。
    ●       一些污染物影响系统的前端,一些污染物在后端更为严重。故障诊断一览表(表-1)对于判断污染物的性质非常有用。
    表-1       膜系统故障诊断一览表
    污染种类       可能污染位置       压降       进水压力       脱盐率下降
    金属氧化物污染(Fe,Mn,Cu,Ni,Zn)       一段,最前端膜元件       迅速增加       迅速增加       迅速增加
    胶体污染(有机和无机混合物)       一段,最前端膜元件       逐渐增加       逐渐增加       轻度增加
    矿物垢(Ca,Mg,Ba,Sr)       末段,最末端膜元件       适度增加       轻度增加       一般增加
    聚合硅沉积物       末段,最末端膜元件       一般增加       增加       一般增加
    生物污染       任何位置,通常前端膜元件       明显增加       明显增加       一般增加
    有机物污染(难溶NOM)       所有段       逐渐增加       增加       降低
    阻垢剂污染       二段最严重       一般增加       增加       一般增加
    氧化损坏(Cl2,Ozone,KMnO4)       一段最严重       一般增加       降低       增加
    水解损坏(超出pH范围)       所有段       一般降低       降低       增加
    磨蚀损坏(碳粉等)       一段最严重       一般降低       降低       增加
    O型圈渗漏
    (内连接管或适配器)       无规则
    (通常在给水适配器处)       一般降低       一般降低       增加
    胶圈渗漏(由于产水背压造成)       一段最严重       一般降低       一般降低       增加
    胶圈渗漏
    (在清洗或冲洗时由关闭产水阀而造成)       最末端元件       增加
    (污染初期和压差升高)       增加
    (污染初期和压差升高)       增加
    9.4       探针法——压力容器内脱盐率下降原因的诊断
    RO装置的产水是由装置内所有压力容器产水汇集而成的。RO装置脱盐率下降有时是由于个别压力容器脱盐率下降引起的,故而应首先检查各个压力容器的出水电导,找出产水水质异常的压力容器,然后对这些压力容器进一步检查确定原因。一支压力容器内串联有若干支膜元件,两端的膜元件由适配器与压力容器端板连接,中间各支膜元件由产水连接管连接,适配器与连接管均装有橡胶O型圈密封。故一支压力容器出水水质异常的原因有以下几种:
    1.膜元件损坏、渗漏;
    2.适配器损坏或O型圈泄漏;
    3.连接管损坏或O型圈泄漏;
    为确定上述原因,可用探针法进行探测,所谓探测是将一支塑料软管插入位于压力容器端板中心的产水管口,在不同插入长度处引出产水并测量电导率,以确定电导偏高的位置。以8英寸压力容器为例,探测步骤如下:
    1.停止RO装置的运行,
    2.拆除被测压力容器端板上产水管口的堵头,
    3.在原来堵头的位置上安装一个球阀,
    4.准备一根外径8~12mm,有足够长的塑料软管,并在软管沿长度方向上,每隔0.5m作一刻度标记,
    5.启动RO装置,低压运行15分钟后打开球阀,插入塑料软管,一直插到压力容器另一端的端板处,
    6.一分钟后测量软管中流出的产水电导,
    7.将软管拔出0.5m,等待一分钟后再次测量产水电导并记录软管插入长度,
    8.重复步骤7直至测量完压力容器全长,
    9.比较全长度方向上电导值,找出电导异常的位置。
    9.5       膜元件分析
    1       目测与称重
    目测
    系统发生明显污染时,在压力容器中会形成可见的污染物累积。在确定系统已经发生污染,需要实施化学清洗时,最好先打开压力容器端板,直接观察污染物在压力容器端板与膜元件之间的间隙内累积的情况。一般根据直接观察即可基本确定污染物的类型,确定相应的清洗方案。
    前端污染观察:预处理滤料泄漏(砂粒、活性炭颗粒)、胶体污染、有机物污染和生物污染在前端影响最严重,可以从前端膜元件入口观察到颗粒物及粘液状污染。发生生物污染时会发现腥臭味粘液物质,灼烧刮取的生物粘泥(粘膜),会有蛋白质的焦臭气味。
    末端污染观察:无机盐结构在系统末端浓水排放处最为严重,在末端膜元件端头处可以摸到粗糙的粉状物。
    称重
    污染的膜元件进水流道附着了污染物,整体重量会加大。将取出的膜元件竖放置,沥干水分后称重,与海德能膜元件的参考重量进行对比。多余的重量即为附着污染物的重量。
    反渗透技术问答
   
    1.膜元件的标准测试回收率、实际回收率与系统回收率
    膜元件标准回收率为膜元件生产厂家在标准测试条件所采用的回收率。海德能公司苦咸水膜元件的标准回收率15%,海水膜元件10%。
    膜元件实际回收率是膜元件实际使用时的回收率。为了降低膜元件的污染速度、保证膜元件的使用寿命,膜元件生产厂家对单支膜元件的实际回收率作了明确规定,要求每支l米长的膜元件实际回收率不要超过18%,但当膜元件用于第二级反渗透系统水处理时,则实际回收率不受此限制,允许超过18%。
    系统回收率是指反渗透装置在实际使用时总的回收率。系统回收率受给水水质、膜元件的数量及排列方式等多种因素的影响,小型反渗透装置由于膜元件的数量少、给水流程短,因而系统回收率普遍偏低,而工业用大型反渗透装置由于膜元件的数量多、给水流程长,所以实际系统回收率一般均在75%以上,有时甚至可以达到90%。
    在某些情况下,对于小型反渗透装置也要求较高的系统回收率,以免造成水资源的浪费,此时在设计反渗透装置时就需要采取一些不同的对策,最常见的方法是采用浓水部分循环,即反渗透装置的浓水只排放一部分,其余部分循环进入给水泵入口,此时既可保证膜元件表面维持一定的横向流速,又可以达到用户所需要的系统回收率,但切不可通过直接调整给水/浓水进出口阀门来提高系统回收率,如果这样操作,就会造成膜元件的污染速度加快,导致严重后果。
    系统回收率越高则消耗的水量越少,但回收率过高会发生以下问题。
    ①产品水的脱盐率下降。
    ②可能发生微溶盐的沉淀。
    ③浓水的渗透压过高,元件的产水量降低。
    一般苦咸水脱盐系统回收率多控制在75%,即浓水浓缩了4倍,当原水含盐量较低时,有时也可采用80%,如原水中某种微溶盐含量高,有时也采用较低的系统回收率以防止结垢。
    2.如何确定系统回收率
    工业用大型反渗透装置由于膜元件的数量多、给水流程长,实际系统回收率一般均在75%以上,有时甚至可以达到90%。对于小型反渗透装置也要求较高的系统回收率,以免造成水资源的浪费。
    应该主要根据以下两点来确定系统的回收率。
    ①根据膜元件串联的长度。
    ②根据是否有浓水循环以及循环流量的大小。
    在系统没有浓水循环时,一般按照以下规定:决定膜元件和系统回收率。
    表-1       回收率和膜元件串联数量
    膜元件串联数量/支       1       2       4       6       8       12       18
    最大系统回收率/%       <18       <32       <50       <58       <68       <80       <90
    3.膜元件标准测试压力与实际使用压力
    膜元件标准测试压力为膜元件生产厂家在标准测试条件下所使用的压力,以海德能公司CPA系列产品为例,其标准测试压力为1.55MPa(225psi或者15.5bar)。
    膜元件使用压力为膜元件实际工作时所需要的压力,很多设计人员或使用人员以为膜元件的标准压力即为膜元件的使用压力,从而造成有时系统产水量很大,用户认为膜元件生产厂家的产品质量很好,不知道此时由于系统平均水通量过高,超出了前面所介绍的设计产水量的要求,为反渗透系统长期安全运行埋下了祸根。有时系统产水量很小,认为膜元件生产厂家的质量不好,向膜元件生产厂家索赔。
    实际上膜元件的标准压力与膜元件的使用压力有着本质的不同,膜元件标准压力是膜元件生产厂家为了检验其膜元件质量而人为设定的压力,而实际使用压力则受到温度、平均水通量选取值、进水含盐量、系统回收率、膜元件种类等各种因素的影响,膜元件的使用压力应根据各种因素的不同而不同。最简单的办法就是通过膜元件生产厂家提供的计算软件进行实际计算。
    4.如何计算系统脱盐率
    系统脱盐率是反渗透系统对盐的整体脱除率,它受到温度、离子种类、回收率、膜种类以及其他各种设计因素的影响,因而不同的反渗透系统的系统脱盐率是不一样的,其计算公式为
    (总的给水含盐量-总的产水含盐量)
    系统脱盐率=       ×100%
    总的给水含盐量
    有时出于方便的原因,也可以用下列公式来近似估算系统脱
    盐率
    (总的给水电导率-总的产水电导率)
    系统脱盐率=       ×100%
    总的给水电导率
    以此近似估算得到的系统脱盐率往往低于实际系统脱盐率,因而经常在反渗透系统验收时引起争议。
    5.膜元件的标准脱盐率、实际脱盐率与系统脱盐率
    膜元件标准脱盐率为膜元件生产厂家在标准条件下所测得的脱盐率,以海德能公司的低压系列产品为例,CPA2在标准条件下的最低脱盐率为99.2%(平均脱盐率为99.5%),CPA3在标准条件下的最低脱盐率为99.6%(平均脱盐率为99.7%)。
    膜元件实际脱盐率为膜元件在实际使用时所表现出来的脱盐率,实际脱盐率有时会比标准脱盐率高,但更多情况下要比标准脱盐率低,这是由于标准测试条件与实际使用条件完全不同。在标准测试条件下,其标准测试溶液为氯化钠溶液,膜元件标准脱盐率表现为对氯化钠的脱除率。在实际使用条件下,由于水中各种离子成分不同,温度、平均水通量选取值、系统回收率等均不同于标准测试条件,而这些因素均会影响到膜元件的脱盐率。
    系统脱盐率为整套反渗透装置所表现出来的脱盐率,同样由于使用条件与标准条件不同,系统脱盐率有别于标准脱盐率,同时由于反渗透装置一般均串联多根膜元件,而装置中每根膜元件的实际使用条件均不同,故系统脱盐率也有别于膜元件实际脱盐率,对于只有1支膜元件的装置,系统脱盐率才等于膜元件实际脱盐率。
    要预测系统脱盐率的最简单的办法就是通过膜元件生产厂家的计算软件进行实际计算。
    了解了膜元件标准脱盐率、实际脱盐率与系统脱盐率之间的关系之后,在设计反渗透装置、给用户提供系统性能担保、验收反渗透装置或者评定膜元件性能时,一定要根据系统实际脱盐率来进行,而不能以膜元件标准脱盐率来进行。
    6.什么叫背压,产水背压会有什么不良后果
    在反渗透水处理领域,背压指的是产品水侧的压力大于给水侧的压力的情况。如前面介绍,卷式膜元件类似一个长信封状的膜口袋,开口的一边粘接在含有开孔的产品水中心管上。将多个膜口袋卷绕到同一个产品中心管上,使给水水流从膜的外侧流过,在给水压力下,使淡水通过膜进入膜口袋后汇流人产品水中心管内。
    为了便于产品水在膜袋内流动,在信封状的膜袋内夹有一层产品水导流的织物支撑层;为了使给水均匀流过膜袋表面并给水流以扰动,在膜袋与膜袋之间的给水通道中夹有隔网层。
    膜口袋的三面是用粘结剂粘接在一起的,如果产品水侧的压力大于给水侧的压力,那么这些粘接线就会破裂而导致膜元件脱盐率的丧失或者明显降低,因此从安全的角度考虑,反渗透系统不能够存在背压。
    由于反渗透膜过滤是通过压力驱动的,在正常运行时是不会存在背压的,但是如果系统正常或者故障停机,阀门设置或者开闭不当,那么就有可能存在背压,因此必须妥善处理解决背压的问题。
    7.为什么高压泵后面应设手动调节门和电动慢开门
    配制标准测试溶液的水源为反渗透产水,因而几乎不带杂质,不存在膜元件被污染的问题。在实际使用时,除了二级反渗透系统的进水是以一级反渗透系统的产水作为原水外,其他反渗透系统的进水几乎都是经普通预处理后的原水。尽管预处理工艺去除了其中一部分杂质,但与标准测试条件下所用水源相比,其进水水质仍然较差。所以膜元件设计产水量应该小于标准产水量,此时如仍按标准产水量作为设计产水量,则反渗透膜元件很快就会受到污染,造成膜元件损坏。
    为了避免上述情况的发生,膜元件生产厂家提供了设计导则,以使设计人员有据可依。设计导则建议应根据不同的进水水源来选取不同的设计产水量。
    即使在实际使用时按照膜元件生产厂家提供的设计导则使用,但是反渗透膜元件仍然会慢慢受到污染,当然在一段时间后可以通过化学清洗部分恢复其性能,但却很难完全恢复其性能,所以有经验的设计人员在设计时应该考虑到这一问题,此时应该选用能够保证3年后达到设计产水量的给水泵,即需要设计更高压力的给水泵,但系统初始投运时不需要很高的压力就可以达到设计产水量,所以系统在初始运行时给水泵压力富裕,随着时间的推移,压力富裕逐渐减少,因此高压泵后面应设手动调节门来调节给水压力。有些时候可以对给水泵设置变频调节装置,此时可以用变频的方法来实现给水压力的调节。
    高压泵后面的手动调节门在设置后一般不需要经常调节,在一段时间内基本上是保持在恒定的位置,在系统每次启动时也不需要开闭此阀门。
    但是如果高压泵后面没有其他阀门,此时每次启动系统时,高压泵的高压水源会直接冲击膜元件,特别是在系统中存在空气时就会产生“水锤”的现象,这样容易造成膜元件的破裂。
    为了防止上述现象的发生,应该在高压泵后面设电动慢开门,在启动高压泵后慢慢打开电动慢开门,也即慢慢向系统的反渗透膜上加载压力,电动慢开门应该是全开全闭阀门,其全开全闭时间是可以调节的,但一般设定为45~60s。所以从反渗透膜元件的安全角度考虑应该设置电动慢开门。
    8.为什么要设置自动冲洗功能
    给水进入反渗透系统后分成两路,一路透过反渗透膜表面变成产水,另一路沿反渗透膜表面平行移动并逐渐浓缩,在这些浓缩的水流中包含了大量的盐分,甚至还有有机物、胶体、微生物和细菌、病毒等。在反渗透系统正常运行时,给水/浓水流沿着反渗透膜表面以一定的流速流动,这些污染物很难沉积下来,但是如果反渗透系统停止运行,这些污染物就会立即沉积在膜的表面,对膜元件造成污染。所以要在反渗透系统中设置自动冲洗系统,利用干净的水源对膜元件表面进行停运冲洗,以防止这些污染物的沉积。
    9.反渗透系统需要哪些常用仪表
    为了使RO装置能够安全可靠地运行,便于运行过程中的监控,应该装置必要的仪表和控制设备,一般需要装设的表计有温度表、压力表、流量表、pH表、电导率表、氯表、氧化还原电位表等,装设的地点及其作用分述如下。
    (1)温度表
    给水温度表,因产水量与温度有关,所以需要监测以便求出“标准化”后的产水量。大型设备应进行记录,另外,温度超过45℃会损坏膜元件,所以对原水加热器系统应设超限报警、超温水自动排放和停运RO的保护。
    (2)压力表
    给水压力表、第一段RO出水压力表、排水压力表用于计算每一段的压降(也可装设压差表)并用于对产水量和盐透过率进行“标准化”。盐透过率、产水量和△P用于RO性能问题的分析。
    5mm过滤器要安装进出口压力表(也可装设压差表),当压降达到一定值时(2bar)更换滤芯。
    给水泵进出口压力表用于监测给水泵进出口压力,进出口压力开关用于在进口压力低报警、停泵,出口压力高(延时,以防慢开门未打开)报警、停泵。
    (3)流量表
    产品水流量表在运行中监测产水量,每段应单独装设,以便于“标准化RO性能数据。产品水流量应有指示、累计和记录,浓水排水流量表在运行中监测排水量,应有指示、累计和记录。
    从各段产品流量和排水流量可计算出各段的给水量、回收率和整个RO系统回收率,给水流量表主要用于RO=加药量的自动调节(加酸、加阻垢剂、加亚硫酸氢钠往往两套RO共用),除知识累计外还要给出信号用于比例调节。
    (4)电导率表
    给水电导率表、产品水电导率表指示、记录水的电导率,可设置报警,从给水电导率和产品水电导率可估计出RO的脱盐率。
    (5)pH表
    当给水需加酸防止生成CaCO3垢时,加酸后的给水需装pH表在使用醋酸纤维素膜时,不仅为防止CaCO3垢生成,而且更重要的是维持最佳pH值。醋酸纤维素膜的pH值要求为5.7,除指示、记录、设超限报警外,还可以自动控制不合格给水排放,并停运RO还可以与流量表配合对加酸系统进行比例积分调节。
    (6)氯表
    使用醋酸纤维素膜元件RO给水必须含有0.1~0.5mg/L残余氯,最大允许含氯量为lmg/L,因此给水必须装设氯表,以指示、记录、和超越报警。药液箱要设液位开关,低液位报警,加酸可采用比例调节或比例积分调节,加阻垢剂等可采用比例调节,加药泵与给水泵之间进行连锁。
    (7)氧化还原电位表
    经加亚硫酸氢钠消除余氯的给水应装设氧化还原电位表,应有指示、记录、超限报警。
    10.设计反渗透控制系统时应考虑哪些方面的问题
    反渗透脱盐系统的运行和监控由PLC、仪表、计算机系统和工艺流程模拟屏执行,同时设有手动操作按钮和控制室操作按钮;系统具有联锁保护功能及报警指示功能。PLC和主要仪表由国外进口。
    1)RO系统运行过程对仪表和程控的工艺要求
    ⑴加药量采用比例调节方式,根据给水流量计发出的信号自动调节计量泵进行比例加药。
    ⑵计量箱装有就地液位计,并有低液位信号进行报警,以保证不会因药液箱无药而使加药中断。
    ⑶设有就地给水仪表盘,盘上装有流量指示和流量积累表、电导率表、pH值指示表。另外还设有给水压力表。流量表、电导率表和pH表所发出的参数信号送至中央控制室进行连续记录;同时流量计发出的信号控制计量泵进行比例加药;pH计发出的高、低报警信号送至中央控制室进行报警。
    ⑷保安过滤器进、出口装有压力指示表,当保安过滤器进出口压差达到一定值或运行一定时间后,需更换滤芯。
    ⑸高压泵进、出口侧分别装有低、高压开关。当高压泵进口压力低于限定值时,低压开关闭合并发送信号至PLC,由PLC进行报警并自动停止高压泵的运行;当高压泵出口压力高于限定值时,高压开关闭合,发出信号送至PLC,PLC延时一定时间后,如高压泵高压侧压力仍高于限定值,则PLC输出报警并自动停止高压泵的运行,如在延时范围内高压开关恢复至断开状态,则PLC自动取消输人信号。
    ⑹高压泵出口装有电动慢开门。高压泵启动后,慢开门自动缓慢打开以确保RO膜元件不受水锤破坏,如慢开门发生故障而未能在规定时间内打开,则高压泵出口压力增高,压力开关输出报警信号并经PLC自动停止高压泵的运行。
    ⑺每套RO装置设就地仪表盘一块,盘上装有RO一段、二段产品水、排水的流量表各一块(流量及累积流量值显示),产品水电导率表一块。流量表和电导率表所发出的参数信号送中央控制室进行连续记录,并具有电导率值高报警。就地盘上装有高压泵启动、停止按钮和指示灯,系统紧急停止按钮和指示灯,电动慢开门开、关按钮和指示灯。      
    ⑻每套RO装置设就地压力表盘一块,盘上装有RO一段进水、二段进水和排水压力指示表。
    ⑼中央控制盘上设有高压泵、计量泵、冲洗水泵的三位操作开关(自动一关一手动),系统程序启、停按钮,可实现上述装置的自动启动控制室远操和就地手操功能。当三位开关打至“自动”位置时,上述装置不能就地操作。
    RO运行数据
    运行数据可以说明.RO系统的性能,在整个RO使用期所有的数据都要收集和记录,这些数据与定期的水分析一起为评价RO装置的性能提供资料。
    ⑴流量(各段产品水和浓水流量)。
    ⑵压力(各级给水、浓水、产品水)。
    ⑶温度(给水)。
    ⑷pH值(给水、产品水、浓水)。
    ⑸电导率/TDS(给水,产品水,每一段给水,产品水浓水)。
    ⑹SDI(给水,5mm过滤后,每一段给水,浓水)。
    ⑺最后一段浓水的LSI。
    ⑻运行小时数。
    ⑼偶然事件(SDI、pH值和压力失常、停运等)。
    ⑽所有仪表和表计的校准,必须按照制造商的建议方法和周期进行,但是3个月至少要校准(校改)1次。
    ⑾流量压力、温度、pH值、电导率、SDI(给水),每班一次。
    ⑿每一段给水,浓水的SDI每星期一次,并对滤膜上残留物进行分析。
    ⒀每一段给水,浓水,产品水的TDS每月分析一次。
    ⒁余氯、电导率每天一次。
    ⒂浓水(排水)LSI每星期一次。
    ⒃偶然事件发生时记录下来。
    3)加药运行数据
    ⑴加酸前后SDI每天一次。
    ⑵5mm过滤器进出口压力每班一次。
    ⑶酸耗量每天一次。
    ⑷NaClO耗量每天一次。
    ⑸所有仪表和表计的校准按制造商的建议和方法,但至少3个月校准1次。
    活性炭过滤器为什么要注意灭菌
          
    在水处理工艺中,活性炭过滤器用于对有机物的吸附和对过量氯(余氯)的吸附去除,对前者去除能力较差,通常为50%,对后者则很强,可以完全脱除余氯,这是由于在对余氯吸附的同时,还有自身被氯化的作用。
    活性炭的吸附能力曾被用于口服对肠道细菌的吸附而治疗细菌性痢疾,在第一次世界大战中,氯气类毒气作为大规模杀伤性武器被使用,活性炭则是防毒面具中主要的毒气吸附剂,离子交换树脂被广泛应用后,活性炭在化学除盐系统中使用较广,大机组对有机酸的腐蚀敏感,因此配置活性炭床者更多。活性炭吸附水中营养物质,可以成为细菌微生物的温床,微生物膜对水的阻力影响较大,因此,应定期进行反洗去污。如果反洗不能奏效时,应进行灭菌处理。
    实际上,按照进水浊度安排合理的反冲洗制度更具有实际意义,由于微生物膜与微生物黏泥难于清净,采取空气擦洗是必要的。某热电厂用受严重污染的河水作为原水,水中菌、藻和微生物对滤池污塞严重,虹吸滤池的运行时间和反洗时间持平;活性炭过滤器无法使用,混床被黏泥结成团块无法分层再生。为保证水的产量,将虹吸滤池滤料粒径由1mm左右先后放大到2mm和3~4mm,将混床改成二级阳床与二级阴床除盐,其出水质量虽下降,但是满足了供热的用水量。最终的解决对策是使用了部分自来水,缓解河水污染造成的困扰,因此,当活性炭过滤器由于菌、藻造成污塞时除了加强反洗保证压差在规定范围内之外,灭菌虽属重要,但是更应从源头上解决。
    在水处理工艺中,在反渗透装置运行中都应根据实际情况做应变处置。在对内蒙古某电厂进行风险评估时,该厂停炉保护仅做热炉放水处理,按照通常情况是远远不够的,但是认可该对策。当电厂人员询问是否应该采取成膜等保护措施时指出,对于地处沙漠与干旱地区的该厂来说,由于当地相对湿度常年低于40%,采取热炉放水已经能起到良好的停炉保护作用,无需采取更多的停炉保护措施,对于活性炭过滤器来说,只要压差合乎规定,CODMn去除率不低于30%,无需更多的维护。
    18.什么样的系统用软化器合适
          
    软化器是钠阳离子交换器的俗称,它可把水中钙、镁离子交换除去,使成为对应的钠盐。水中含有钡、锶等离子时,也可经过钠离子交换脱除。因此,下列情况可以对水进行软化处理,以免除结水垢的困扰。
    1)在水处理系统中原来配置有软化器时,应尽量利用它作为前置过滤和软化防垢,例如某热电厂的热网补充水和蒸发器的用水是软化水,该厂原水是河水,限于资金,反渗透预处理较简单,反渗透器压差增长快,清洗周期短,出水质量差,为此建议考虑。
    ⑴用软化水作为反渗透器原水可使进水的浊度和污染指数达标,并防止钙,镁结垢。
    ⑵也可填设微滤装置。
    2)水的硬度过高,例如≥8mmol/L(Ca2++Mg2+),使用一般的阻垢分散技术难以奏效者。
    3)水质较特殊,含钡、锶等离子高,或是含硫酸根高(例如≥200mg/L)或是含氟离子高(例如≥10mg/L)者。
    4)经技术经济比较,并经过模拟试验证明,使用软化技术优于阻垢处理者。进口阻垢剂通常为8万元/吨,对于杂质含量不高时,处理费用较高,其防垢效果软化为差.

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