地表水反渗透系统的设计

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1、地表水反渗透系统的设计──美国海德能公司WayneBates，徐平，张烽关键词：RO、反渗透、地表水、膜、设计摘要：苦咸水反渗透系统需要以地表水作为给水水源。地表水以污染物含量高而出名，因此要求在反渗透系统和反渗透预处理设计时予以高度注意。本文主要讨论现有的和一些新的设计思路。前言与以井水为给水水源相比，以地表水为给水水源的反渗透水处理系统的工艺设计和系统监控更为复杂，各种参数的选定更加保守。其原因可归为以下几个方面：1.地表水中的各种悬浮物和胶体的含量较高，需要更多的预处理；2.市政水处理或反渗透预处理过程中往往引入了反渗透系统的污染物（如明矾、阳离子、聚合物电解质、正磷

2、酸锌及活性碳微粒等），有机污染物以及微生物，藻类等生物活性较高的物质；3.地表水的温度。总溶解固形物（TDS）和污染物含量的季节性变化较大。反渗透预处理设计地表水反渗透系统首先应选择正确的预处理以减少和控制污染物。如果水的预处理选择得当，则反渗透系统就能正常运行。确定在系统中是否设计了合适的预处理的最好办法是进行现场小型实验或对使用同一给水水源的现有反渗透系统进行考察。但是，时间和费用往往限制了现场实验的实施。在缺乏小型实验或经验数据时，能反映季节变化的水质全分析变得更为重要。反渗透设计人员应设计足够的预处理以使给水水质满足反渗透给水要求。预处理应减少悬浊物和胶体含量以使浊

3、度＜1.0NTU（最好＜0.3NTU），15分钟SDI低于5.0（最好＜3.0）。预处理还应减少有机物含量，由于有机物污染程度难于预测，因而膜生产厂家也无法提供最大含量的规定，但建议TOC（总有机碳）含量应低于2.0ppm（以碳计）。这2.0ppmTOC大致相当于5ppm的总有机生物量，如反渗透膜以13gfd（加仑/英尺2/日，约合22.1升/平方米/小时）的水通量工作一年且在运行过程中这些有机物不被连续地冲掉或者未被定期地清洗掉时，就会在膜表面堆积达0.05英寸厚（约合1.27毫米，是给水隔网厚度的近两倍）。预处理还应控制藻类和细菌的增长，由于生物污染程度难于预测，因而膜

4、生产厂家也无法提供最大含量的规定，但建议在细菌含量为10,000cfu/ml（在每毫升中的菌落生成单位）时应引起注意。反渗透设计设计地表水反渗透系统时，设计人员应考虑设备投资和运行成本的平衡，既能保证产水量和产水水质，又能降低能耗，降低清洗频度。影响地表水反渗透系统污染速度的主要因素按其重要性顺序排列如下：1.膜材质类型（醋酸纤维膜或聚酰胺膜）2.产水通量3.横向流速4.反渗透操作条件5.反渗透膜元件结构一、膜类型：设计人员可以选择海德能公司的CAB系列（醋酸纤维）膜元件或CPA系列（芳香族聚酰胺）膜元件。对于难处理的地表水或者废水系统，经常选用CAB膜来代替CPA膜。CA

5、B膜的优点是膜表面光滑、不带电荷，在使用时可减小污染物（例如带电荷的有机物）沉积，并且微生物不易在其表面粘滞。在SEM显微镜下可观察到CPA膜表面比较粗糙，另表面带负电荷，会吸引带电的有机物并将其粘滞在膜表面上。CAB膜还有一个优点，即在运行时给水中可含0.3～1.0ppm游离氯。氯作为消毒剂，可保护CAB膜不受有害细菌侵蚀，还可防止因微生物和藻类的生长而引起的污堵。CPA膜本身能耐氯，但不能耐受其氧化性。因此要求除氯。要保证反渗透给水游离氯含量低于0.05ppm。CAB膜耐氯能力为26,000ppm×小时，而CPA膜在有过渡族金属离子存在时的耐氯能力只有1,000～2,0

6、00ppm×小时（以透盐率增加一倍的时间考虑）。对于已经过良好的预处理去除了胶体和有机污染物并且生物活性较低的地表水，优先选用CPA膜。CPA与CAB相比有如下优点：CPA膜脱盐率较高（CPA＞99%，而CAB为95～98%），因而产水质量更高；膜耐久性强，使用期内脱盐率下降极少，从而寿命更长；所需给水压力低从而可将反渗透给水泵耗电费用下降60%；运行PH范围宽（CPA：4～10，而CAB为5～8），从而可使反渗透给水不加酸或少加酸；膜清洗时的PH范围宽（CPA：3～10，而CAB为4～7）；允许的温度上限高（CPA为45℃，而CAB为35℃），从而更便于清洗。二、水通量：

7、选定了膜材质以后，设计者要考虑的第二个重要的参数是产水通量。产水通量是单位有效膜表面的产水量，用GFD（加仑/平方英尺/天）或者LMH（升/平方米/小时）表示。在反渗透系统的产水通量与污染速度之间存在直接关系。水通量低，污染速度就低，要想降低水通量可选择膜面积较大的反渗透膜元件。在低水通量下，减小了污染物在给定面积膜表面上的沉淀从而降低了污染速度。这种沉淀是由于在给水平行流过膜表面时还有部分产水垂直透过膜表面而产生的。多年观察表明，一旦超过一定的水通量，其污染速度会呈指数上升。对不同水质和不同污染物含量的水源给出了