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水處理常識

2011/6/3

水處理常識

 發(fā)布時間：2010-1-22 10:57:28

預處理
    各種原水中均含有一定濃度的懸浮物和溶解性物質。懸浮物主要是無機鹽、膠體和微生物、藻類等生物性顆粒。溶解性物質主要是易溶鹽(如氯化物)和難溶鹽(如碳酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽)金屬氧化物，酸堿等。在反滲透過程中，進水的體積在減少，懸浮顆粒和溶解性物質的濃度在增加。懸浮顆粒會沉積在膜上，堵塞進水流道、增加摩擦阻力(壓力降)。難溶鹽在超過其飽和極限時，會從濃水中沉淀出來，在膜面上形成結垢，降低RO膜的通量，增加運行壓力和壓力降，并導致產品水質下降。這種在膜面上形成沉積層的現(xiàn)象叫做膜污染，膜污染的結果是系統(tǒng)性能的劣化。需要在原水進入反滲透膜系統(tǒng)之前進行預處理，去除可能對反滲透膜造成污染的懸浮物、溶解性有機物和過量難溶鹽組分，降低膜污染傾向。對進水進行預處理的目的是改善進水水質，使RO膜獲得可靠的運行保證。對原水進行預處理的效果反映為TSS、TOC、COD、BOD、LSI及鐵、錳、鋁、硅、鋇、鍶等污染物水質指標的絕對值降低，在上一章中有對于這些污染物水質指標的詳細描述。表征膜污染傾向的另外一個重要的水質指標是SDI。通過預處理，除了要將上述指標降到反滲透膜系統(tǒng)進水要求的范圍內，還有重要的一點是盡量降低SDI，理想的SDI(15分鐘)值應小于3。
    5.1化學預處理
    為了改善反滲透系統(tǒng)的操作性能，在進水中可以加入添加下列一些藥劑：酸、堿、殺菌劑、阻垢劑和分散劑。
    1       加酸－防止結垢在進水中可以加入鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)來降低pH。硫酸價格便宜、不會發(fā)煙腐蝕周圍的金屬元器件，而且膜對硫酸根離子的脫除率較氯離子高，所以硫酸比鹽酸更為常用。沒有其他添加劑的工業(yè)級硫酸即適宜于反滲透使用，商品硫酸有20％和93％兩種濃度規(guī)格。93％的硫酸也稱為66波美度硫酸。在稀釋93％硫酸時一定要小心，在稀釋到66％時發(fā)熱可將溶液的溫度提升到138℃。一定要在攪拌下緩慢地將酸加入水中，以免水溶液局部發(fā)熱沸騰。鹽酸主要在可能產生硫酸鈣或硫酸鍶結垢時使用。使用硫酸會增加反滲透進水中的硫酸根離子濃度，直接導致硫酸鈣結垢傾向增加。工業(yè)級的鹽酸(無添加劑)購買非常方便，商品鹽酸一般含量為30－37％。降低pH的首要目的是降低RO濃水中碳酸鈣結垢的傾向，即降低朗格里爾指數(shù)(LSI)。LSI是低鹽度苦咸水中碳酸鈣的飽和度，表示碳酸鈣結垢或腐蝕的可能性。在反滲透水化學中，LSI是確定是否會發(fā)生碳酸鈣結垢的是個重要指標。當LSI為負值時，水會腐蝕金屬管道，但不會形成碳酸鈣結垢。如果LSI為正值，水沒有腐蝕性，卻會發(fā)生碳酸鈣結垢。LSI由碳酸鈣飽和的pH減去水的實際pH。碳酸鈣的溶解度隨溫度的上升而減小(水壺中的水垢就是這樣形成的)，隨pH、鈣離子的濃度即堿度的增加而減小。LSI值可以通過向反滲透進水中注入酸液(一般是硫酸或鹽酸)即降低pH的方法來調低。推薦的反滲透濃水的LSI值為0.2(表示濃度低于碳酸鈣飽和濃度0.2個pH單位)。還可以使用聚合物阻垢劑來防止碳酸鈣沉淀，一些阻垢劑供應商聲稱其產品可以使反滲透濃水的LSI高達+2.5(比較保守的設計是LSI為＋1.8)。
    2       加堿－提高脫除率
在一級反滲透中加堿使用較少。在反滲透進水中注入堿液用來提高pH。一般使用的堿劑只有氫氧化鈉(NaOH)，購買方便，而且易溶于水。一般不含其他添加劑的工業(yè)級氫氧化鈉便可滿足需要。商品氫氧化鈉有100％的片堿，也有20％和50％的液堿。在加堿調高pH時一定要注意，pH升高會增加LSI、降低碳酸鈣及鐵和錳的溶解度。最常見的加堿應用是二級RO系統(tǒng)。在二級反滲透系統(tǒng)中，一級RO產水供給二級RO作為原水。二級反滲透對一級反滲透產水進行“拋光”處理，二級RO產水的水質可達到4兆歐。在二級RO進水中加堿有4個原因：
    a．在pH8.2以上，二氧化碳全部轉化為碳酸根離子，碳酸根離子可以被反滲透脫除。而二氧化碳本身是一種氣體，會隨透過液自由進入RO產水，對于下游的離子交換床拋光處理造成不當?shù)呢摵伞?BR>    b．某些TOC成分在高pH下更容易脫除。
    c．二氧化硅的溶解度和脫除率在高pH下更高(特別是高于9時)。
    d．硼的脫除率在高pH下也較高(特別是高于9時)。
    加堿應用有一個特例，通常被叫做HERO(高效反滲透系統(tǒng))過程，將進水pH調到9或10。一級反滲透用來處理苦咸水，苦咸水在高pH下會有污染問題(比如硬度、堿度、鐵、錳等)。預處理通常采用弱酸性陽離子樹脂系統(tǒng)和脫氣裝置來除去這些污染物。
    3       脫氯藥劑－消除余氯
RO及NF進水中的游離氯要降到0.05ppm以下，才能達到聚酰胺復合膜的要求。除氯的預處理方法有兩種，粒狀活性炭吸附和使用還原性藥劑如亞硫酸鈉。在小系統(tǒng)(50－100gpm)中一般采用活性碳過濾器，投資成本比較合理。推薦使用酸洗處理過的優(yōu)質活性炭，去除硬度、金屬離子，細粉含量要非常低，否則會造成對膜的污染。新安裝的碳濾料一定要充分淋洗，直到碳粉被完全除去為止，一般要幾個小時甚至幾天。我們不能依靠5μm的保安過濾器來保護反滲透膜不受碳粉的污染。碳過濾器的好處是可以除去會造成膜污染的有機物，對于所有進水的處理比添加藥劑更為可靠。但其缺點是碳會成為微生物的飼料，在碳過濾器中孳生細菌，其結果是造成反滲透膜的生物污染。
    亞硫酸氫鈉(SBS)是較大型RO裝置選用的典型還原劑。將固體偏亞硫酸氫鈉溶解在水中配制成溶液，商品偏亞硫酸氫鈉的純度為97.5－99％，干燥儲存期6個月。SBS溶液在空氣中不穩(wěn)定，會與氧氣發(fā)生反應，所以推薦2％的溶液的使用期為3－7天，       10％以下的溶液使用期為7－14天。從理論上講，1.47ppm的SBS(或0.70ppm偏亞硫酸氫鈉)能夠還原1.0ppm的氯。設計時考慮到工業(yè)苦咸水系統(tǒng)的安全系數(shù)，設定SBS的添加量為每1.0ppm氯1.8－3.0ppm。SBS的注入口要在膜元件的上游，設置距離要保證在進入膜元件有29秒的反應時間。推薦使用適當?shù)脑诰€攪拌裝置(靜態(tài)攪拌器)。
    介質過濾
    從水中去除懸浮固體普遍的方法是多介質過濾。多介質過濾器以成層狀的無煙煤、石英砂、細碎的石榴石或其他材料為床層。床的頂層由質輕和質粗品級的材料組成，而最重和最細品級的材料放在床的底部。其原理為按深度過濾——水中較大的顧粒在頂層被除去，較小的顆粒在過濾器介質的較深處被除去。
    在單一介質過濾器中，最細的顆粒材料反洗至床的頂部。大多數(shù)過濾發(fā)生在床頂部5cm區(qū)域內，其余作為支撐介質。有一泥漿層形成。雖然單一介質過濾器的濾速限制為81.5—163L／(min.m2)過濾面積，多介質過濾器的水力過程流速可高達815L/(min.m2)，但因高水質的要求，通常在RO預處理中流速限制在306L／(min.m2)。
    由于膠體懸浮物既很細小又由于介質電荷之間的排斥，所以單獨過濾不起作用。在這些情況下，在過濾前必須加絮凝劑或絮凝化學藥品。常用的絮凝劑有三氯化鐵、礬和陽離子聚合物。因為陽離子聚合物在低劑量下就有效果，且不明顯地增加過濾器介質的固體負荷，所以最常用。另一方面，如果陽離子聚合物進入現(xiàn)在采用的某些最通用的膜上，則它們卻是非常強的污染物。很少量的陽離子聚合物就能堵塞這些膜，且往往難以去除。務須謹記當用陽離子聚合物作為過濾助劑時，必須小心使用。
    2除鐵、錳——氧化過濾
    通常含鹽量為苦咸水范圍的某些井水呈還原態(tài)，典型特點是含有二價的鐵和錳，有時還會存在硫化氫和氨。如果對這類水源進行氯化處理，或當水中含氧量超過5mg/L時，F(xiàn)e2+將轉化為Fe3+形成難溶解性的膠體氫氧化物顆粒。鐵和錳的氧化反應如下：
    4Fe(HCO3)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3+8CO2
    4Mn(HCO3)2+O2+2H2O→4Mn(OH)3+8CO2
    由于鐵的氧化在很低的pH值時就會發(fā)生，因而出現(xiàn)鐵污染的情況要比錳污染的情況要多，即使SDI小于5，RO進水的鐵含量低于0.1mg/L，仍會產生鐵污染的問題。堿度低的進水鐵離子含量要高，這是因為FeCO3的溶解度會限制Fe2+的濃度。
    處理這類水源的一種方法時防止整個RO過程中與空氣和任何氧化劑如氯的接觸。低pH值有利于延緩Fe2+的氧化，當pH＜6，氧含量＜0.5mg/L時，最大允許Fe2+濃度4mg/L,另一種是用空氣、Cl2或KMnO4氧化鐵和錳，將所形成的氧化物通過介質過濾器除去，但需要主要的是，由硫化氫氧化形成的膠體硫可能難以由過濾器除去，在介質過濾器內添加氧化劑通過電子轉移氧化Fe2+，即可一步同時完成氧化和過濾。
    海綠石就是這樣一種粒狀過濾介質，當其氧化能力耗盡時，它可通過KMnO4的氧化來再生，再生后必須將殘留的KMnO4完全沖洗掉，以防止對膜的破壞。當原水中含F(xiàn)e2+的量小于2mg/L時，可以采用這一處理方法，如原水中含更高的Fe2+的量小于2mg/L時，可以采用這一處理方法，如原水中含更高的Fe2+時，可在過濾器進水前連續(xù)投加KMnO4,但是在這種情況下，必須采取措施例如安裝活性炭濾器以保證沒有高錳酸鉀進入膜元件內。
    Birm過濾也可以有效地用于從RO/NF進水中去除Fe2+，Birm是一種硅酸鋁基體上涂有二氧化錳形成沉淀，并且通過濾器反洗可將這些沉淀沖出濾器。由于該過程pH將升高，可能會發(fā)生LSI值變化，因而要預防濾器和RO/NF系統(tǒng)內出現(xiàn)CaCO3沉淀。
    3       微絮凝
    如果過濾前對原水中的膠體進行絮凝或混凝處理，可以大幅度地提高介質過濾器效率，使出水的SDI降低到5左右。硫酸鐵和三氯化鐵可以用于對膠體表面的負電荷進行失穩(wěn)處理，將膠體捕捉到新生態(tài)的氫氧化鐵微小絮狀物上，使用含鋁絮凝劑其原理相似，但因其可能有殘留鋁離子污染問題，并不推薦使用，除非使用高分子聚合鋁。迅速的分散和混合絮凝劑十分重要，建議采用靜態(tài)混合器或將注入點設在增壓泵的吸入段，通常最佳加藥量為10－30mg/L，但應針對具體的項目確定加藥量。
    為了提高混凝劑絮體的強度進而改進它們的過濾性能，或促進膠體顆粒間的架橋，絮凝劑與混凝劑一起或單獨使用，絮凝劑為可溶性的高分子有機化合物，如線性的聚丙烯酰胺，通過不同的活性功能團，它們可能表現(xiàn)為陽離子性、陰離子性或中性非離子性?；炷齽┖托跄齽┛赡苤苯踊蜷g接地影響RO膜，間接的影響如它們的反應產物形成沉淀并覆蓋在膜面上，例如當過濾器發(fā)生溝流而使混凝劑絮體穿過濾器并發(fā)生沉淀；當使用鐵或鋁混凝劑，但沒有立即降低pH值時，在RO階段或因進水濃縮誘發(fā)過飽和現(xiàn)象，就會出現(xiàn)沉淀，還有在多介質濾器后加入化合物也會產生沉淀反應，最常見的是投加阻垢劑，幾乎所有的阻垢劑都是荷負電的，將會與水中陽離子性的絮凝劑或助凝劑反應而污染RO膜。
    當添加的聚合物本身影響膜導致通量的下降，這屬于直接影響。為了消除RO/NF膜直接和間接的影響，陰離子和非離子的絮凝劑比陽離子的絮凝劑合適，同時還須避免過量添加。
    4微濾/超濾
    采用超濾/微濾預處理工藝的反滲透/納濾系統(tǒng)叫做集成膜系統(tǒng)(IMS)。與采用傳統(tǒng)預處理工藝的反滲透系統(tǒng)相比，IMS設計具有一些明顯的優(yōu)勢。
    ●       MF/UF透過液水質更好。SDI和濁度更低，明顯降低了對反滲透的膠體和有機物、微生物污染負荷。
    ●       由于膜在這里是污染物的絕對屏障，MF/UF濾液的高質量可以保持穩(wěn)定。即便是地表水和廢水等水質波動異常頻繁的水源，這種穩(wěn)定性也不會改變。
    ●       由于膠體污染減少，反滲透系統(tǒng)的清洗頻率明顯降低。
    ●       與一些傳統(tǒng)過濾工藝相比，MF/UF系統(tǒng)操作更容易，耗時更少。
    ●       與采用大量化學品的傳統(tǒng)工藝相比，MF/UF濃縮廢液的處置比較容易。
    ●       占地面積更小，在一些大系統(tǒng)中，有時只相當于傳統(tǒng)工藝的1/5。
    ●       有利于系統(tǒng)的擴大增容。
    ●       運行費用基本相當，在一些情況下會較少。
    ●       設備投資基本相當，在一些情況下會較少。
    (1)MF/UF膜的特性
    市場銷售的微濾膜的孔徑一般在0.1－0.35mm。用于反滲透預處理的超濾膜的切割分子量一般在
    20,000到750,000道爾頓(0.002－0.05mm)。       
    常見的操作跨膜壓差(TMP)在3－30psi。膜材料有聚砜、聚烯烴、聚醚砜、聚丙烯、纖維素類和其他專有配方。大多數(shù)膜材料具有相當寬的pH范圍，以便于在低和高pH條件下進行化學清洗。大多數(shù)膜還具有耐游離氯的性能，可以進行周期性或連續(xù)消毒處理。聚合物膜的最大運行溫度為40℃，但陶瓷膜可以在較高溫度下使用。
    MF/UF膜有許多構型：卷式平板膜、管式、中空纖維和板框式。用于RO預處理比較普遍的是中空纖維和卷式，這主要是由于考慮到投資、能耗、耐污染以及在沖洗和化學清洗的情況下的通量恢復性能。
    (2)MF/UF運行特性       
    MF/UF膜有兩種不同的運行模式：全量過濾和錯流過濾。全量過濾操作模式(也叫做死端過濾)與筒式濾器相類似，即只有料液流和濾液流(沒有濃縮液流)。全量過濾方式可以實現(xiàn)水回收率的最大化，達到95－98％，但一般限于原水的懸浮固體含量較低的情況(比如濁度<10NTU)。錯流操作模式的典型水回收率為90－95％。
    在一些情況下，MF/UF系統(tǒng)的原水回收率可以達到99％以上，需要將濃縮水和周期性反沖洗水進行收集和處理。二次處理可以通過采用傳統(tǒng)固體沉降或另外一套MF/UF系統(tǒng)。
    如果MF/UF系統(tǒng)需要預處理，只是簡單的篩網(wǎng)過濾器，精度在100到150μm。有時添加鐵鹽一類的混凝劑，以獲得最好的懸浮固體去除效果。
    MF/UF膜的典型通量在36－110gfd之間(60－183l/m2hr)。懸浮物濃度較高或污染傾向較強的料液系統(tǒng)，運行通量也較低；高通量用于處理低懸浮物負載的料液系統(tǒng)(比如地表水的通量可以是70gfd)。MF/UF透過液的水質在濁度或SDI等指標上明顯好于傳統(tǒng)預處理水。一般MF/UF的產水濁度在0.04－0.1       NTU之間，而且不隨原水濁度波動。運行良好的傳統(tǒng)預處理水的濁度為0.2—1.0NTU。典型的MF/UF產水的SDI為0.3－2，而運行良好的傳統(tǒng)預處理水的SDI為2－6。更低的SDI降低了對反滲透膜的膠體物料沉積污染。
    (3)MF/UF改善反滲透的經(jīng)濟性
    利用濁度和SDI都非常低的MF/UF產水，反滲透設計通量會大大提高。采用MF/UF的反滲透系統(tǒng)通量可設計為12到20gfd。采用傳統(tǒng)預處理的反滲透系統(tǒng)的典型設計通量為：廢 水處理 8－12gfd，地表水10－15gfd。采用了更高的通量，需要的膜元件、膜殼和管線都減少了，系統(tǒng)的固定資產投資便降低了。而且提高通量還有一個好處，可以將產水透鹽量減少20－50％。
    5       氣浮
    在水中注入大量的微小氣泡，氣泡黏附在懸浮顆粒表面將其夾帶浮上水面，從而實現(xiàn)固液分離。氣浮主要用于油污、水藻等難以沉淀的污染物去除。在工業(yè)廢水、地表水和海水預處理中應用較多。
    實現(xiàn)氣浮分離的必要條件有兩個：首先要向水中注入足夠數(shù)量的微細氣泡，15～30微米的氣泡尺寸比較理想；其次，疏水性懸浮顆粒有利于氣泡粘附。影響氣浮效果的因素有：微氣泡尺寸，決定于溶氣方式和釋放器構造；氣固比，取決于空氣加注量；進水濃度、工作壓力和上浮停留時間；藥劑的作用。
    目前應用較多的是溶氣氣浮(DAF),有加壓溶氣和真空產氣兩種工藝。
    6       保安過濾器
    所有RO/NF裝置上都配有筒式保安過濾器，濾器的過濾孔徑要求至少為10mm。保安過濾器是膜和高壓泵的保護裝置，防止可能存在的顆粒物引起的破壞，是最后一道預處理手續(xù)。推薦保安過濾器的孔徑不大于5mm。當濃水中硅的濃度超飽和時，宜使用1mm的濾芯，用來降低硅與鐵和鋁膠體的相互作用。
    5.4生物污染的控制和預防
    1反滲透膜的生物污染
    微生物污染的主要來源是進水，預處理也可能是生物污染源。通常，生物污染是一個緩慢的過程，在許多情況下，它是一個難以發(fā)現(xiàn)的隱藏問題，有時和其他因素有關。生物污染的標志和癥狀：
    ◆       膜通量下降；
    ◆       進水壓力和系統(tǒng)壓差逐漸增大；
    ◆       脫鹽率逐漸下降。
    膜的微生物污染會導致：
    ◆       RO系統(tǒng)清洗與維護費用增加；
    ◆       產品水水質明顯變差(水可能要后處理)；
    ◆       膜壽命明顯下降。       
    2生物污染的鑒別
    被微生物污染的膜經(jīng)過堿性化學清洗和殺菌清洗，膜性能會有顯著的恢復。在膜元件中產生的微生物粘泥非常像膜表面帶上生物薄膜。檢驗沉積微生物特性的一個簡單的現(xiàn)場方法是從表面上刮取一小部分，放在火焰上燃燒，其氣味與毛發(fā)燃撓的氣味十分接近。粘泥的稠度、氣味及目測的結果都能證明膜受到了微生物污染。
    生物膜的特點如下：
    ◆       水含量高(70％－95％)；
    ◆       有機物含量高(70－95％)；
    ◆       菌落形成單元(CFU)和細胞數(shù)高(顯微鏡計數(shù))；
    ◆       碳水化合物及蛋白質含量高；
    ◆       三磷酸腺苷(ATP)含量高；
    ◆       無機物含量低。
    不同類型污染之間的相互作用會使情況變得復雜。如氧化鐵或生物膜等污染物在膜面上聚積，會促使難溶鹽(如石膏)產生過飽和結垢，從而形成復合污染層。鐵垢和生物膜均易清洗，石膏垢則不易洗去。在極惡劣的情況中、上游的泥沙污染能夠在單元的下游部分形成低流量區(qū)。這使膜起到作為深層過濾區(qū)而不是錯流過濾器的作用，并當諸如鋇、鈣或鎂的硫酸鹽，氟化鈣，或二氧化硅等的濃度超過它們在橫過膜表面的低流速區(qū)域中的飽和度時就會產生不溶物的沉淀，便能導致次級污染。
    3污染傾向的檢測和評價
    有效地控制和預防生物污染的首要前提是要知道生物污染問題發(fā)生的可能性。許多生物污染問題在長時間不加注意后才逐漸引起注意。以下是一些可能增加生物污染危險的因素：
    ◆       裝置設計：管道系統(tǒng)過長，光照、死水端、龜裂、未消毒的水槽等。
    ◆       進水特性：高溫(＞25℃)，大量的細菌(＞10       CUF／mL)，高SDI，有機物含量過高等。
    ◆       操作特性：不經(jīng)常性地監(jiān)控操作參數(shù)，使用被微生物污染的預處理藥劑，較低的錯流流速，貯存周期過長等。
    假若生物污染有可能發(fā)生，則通常用培養(yǎng)法檢驗水中的微生物數(shù)量。建議為了評價進料水的生物污染的可能，要監(jiān)控原水(在氯化前)、RO進水、濃水水及產水的生物學質量?？赏ㄟ^顯微鏡觀察計數(shù)和培養(yǎng)的方法來監(jiān)測系統(tǒng)的生物污染傾向。
    生物污染也能通過淤泥密度指數(shù)(SDI)反應出來。SDI是污染預測的唯一較廣泛接受的檢驗方法。
    4預處理與消毒
    為了控制生物污染，要在管線上盡量減少死水區(qū)，避免使用活性碳過濾器。在裝膜之前要對預處理系統(tǒng)以及RO裝置進行系統(tǒng)消毒，啟動后保持連續(xù)運行，停機時會滋生生物膜。
    控制微生物污染的方法有：
    ●       以在線或離線的方式連續(xù)或周期性使用消殺劑。
    ●       在RO發(fā)生生物污染后要采用有效的消毒和清洗手段。
    到目前為止，對于LFC膜和PA膜來說，還沒有什么完全有效的消殺劑。對于這些膜的消殺劑要具有以下性質：
    ●       不損壞膜；
    ●       能夠控制和殺滅所有種類的細菌和生物膜；
    ●       在物理上摧毀已經(jīng)形成的生物膜；
    ●       無毒且易于操作；
    ●       可生物降解，易于處置；
    ●       易于監(jiān)測和加注；
    ●       能夠對產水側進行消毒；
    ●       價格便宜。
    余氯
    LFC膜與PA膜類似，耐余氯極限約為1000       ppm•hr，要求進水的脫余氯處理達到余氯0.1ppm以下。余氯對膜的損壞可以通過脫鹽率的衰減和產水通量的增加來進行監(jiān)測，也可以采用染料試驗。氯的存在會使膜的保證壽命大打折扣。但近年來有用戶在發(fā)生嚴重生物污染時使用余氯的情況。用戶必須評估采用余氯作為殺菌劑的風險。余氯的好處是便宜、高效，能夠控制生物膜的數(shù)量，并且在透過膜時會對產水側進行消毒。由于減少了不可逆污染和苛刻的化學清洗和消毒，所以也能延長膜的使用壽命。有用戶報告了“化學療法”，每天加余氯0.25       ppm•hr，將清洗周期延長到了15個月，與未加余氯的平行試驗證明，沒有發(fā)生脫鹽率的損失。余氯的透過率隨系統(tǒng)不同有所變化，一般在20－50％之間。
    
    膜污染
    在正常運行一段時間后，反滲透膜元件會受到給水中可能存在的懸浮物或難溶鹽的污染，這些污染中最常見的是碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶沉淀、金屬(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)氧化物沉淀、硅沉積物、無機或有機沉積混合物、NOM天然有機物質、合成有機物(如：阻垢劑/分散劑，陽離子聚合電解質)、微生物(藻類、霉菌、真菌)等污染。
    污染性質和污染速度取決于各種因素，如給水水質和系統(tǒng)回收率。通常污染是漸進發(fā)展的，如不盡早控制，污染將會在相對較短的時間內損壞膜元件。當膜元件確證已被污染，或是在長期停機之前，或是作為定期日常維護，建議對膜元件進行清洗。
    當反滲透系統(tǒng)(或裝置)出現(xiàn)以下癥狀時，需要進行化學清洗或物理沖洗：
    ●       在正常給水壓力下，產水量較正常值下降10～15%；
    ●       為維持正常的產水量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加10～15%；
    ●       產水水質降低10～15%，透鹽率增加10～15%；
    ●       給水壓力增加10～15%；
    ●       系統(tǒng)各段之間壓差明顯增加(可能沒有儀表監(jiān)測該參數(shù))。
    在運行數(shù)據(jù)未標準化的情況下，如果關鍵參數(shù)沒有改變，上述清洗原則依然可以適用。保持穩(wěn)定的運行參數(shù)主要是指產水流量、產水背壓、回收率、溫度及TDS。如果這些運行參數(shù)起伏不定，強烈建議標準化數(shù)據(jù)以確定是否有污染發(fā)生，或者在關鍵運行參數(shù)有變化的前提下反滲透的實際運行是否正常。海德能公司提供標準化軟件ROdata.xls，可從海德能公司的網(wǎng)站www.membranes.com上下載。
    定時監(jiān)測系統(tǒng)整體性能是確認膜元件是否已發(fā)生污染的基本方法。污染對膜元件的影響是漸進的，并且影響的程度取決于污染的性質。表-1“反滲透系統(tǒng)故障診斷一覽表”列出了常見的污染現(xiàn)象及其對膜性能的影響。已受污染的反滲透膜的清洗周期根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定。正常的清洗周期是每3-12個月一次。如果在1個月以內清洗一次以上，就需要對反滲透預處理系統(tǒng)做進一步調整和改善，如追加投資，或重新進行反滲透系統(tǒng)設計。
    表-1       反滲透系統(tǒng)故障診斷一覽表
    故障種類       可能發(fā)生位置       壓降       給水壓力       鹽透過率
    金屬氧化物(Fe/Mn)       一段最前端膜元件       迅速增加       迅速增加       迅速增加
    膠體污染(有機和無機混合物)       一段最前端膜元件       逐漸增加       逐漸增加       輕度增加
    難溶鹽類
    (Ca/Mg/Ba/Sr)       末段最末端膜元件       適度增加       輕度增加       一般增加
    聚合硅沉積物       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       明顯增加       明顯增加       一般增加
    有機物污染
    (難溶NOM)       所有段       逐漸增加       增加       降低
    阻垢劑污染       末段最嚴重       一般增加       增加       一般增加
    氧化損壞       一段最嚴重       一般增加       降低       增加
    水解損壞(超出pH范圍)       所有段       一般降低       降低       增加
    磨蝕損壞(顆粒物)       一段最嚴重       一般降低       降低       增加
    O型圈滲漏(內連接管或適配器)       無規(guī)則
    (通常在兩端適配器)       一般降低       一般降低       迅速增加
    膜元件外殼破損
    (由撞擊造成)       無規(guī)則
    (運輸或安裝間隙)       可能降低       可能降低       可能增加
    膜卷突出
    (壓差過大導致)       兩端膜元件       明顯增加       明顯增加       迅速增加
    當膜元件僅僅是發(fā)生了輕度污染時，重要的是清洗膜元件。重度污染則會阻礙化學藥劑深入滲透至污染層，影響清洗效果。如果膜元件的性能降低至正常值的30-50%，那么，欲完全恢復膜元件出廠時的初始性能是不可能的。
    在反滲透系統(tǒng)設計中，可使用反滲透產品水沖刷系統(tǒng)中的污染物以降低清洗頻率。用產品水浸泡膜元件可有助于污垢的溶解、脫落，降低化學清洗的頻率。
    清洗何種污染物以及如何清洗要根據(jù)現(xiàn)場污染情況而進行。對于幾種污染同時存在的復雜情況，清洗方法是采用低pH和高pH的清洗液交替清洗。
    膜元件受到污染時，往往通過清洗的方式來恢復膜元件的性能。清洗的方式一般有兩種，物理清洗(沖洗)和化學清洗(藥品清洗)。物理清洗(沖洗)是不改變污染物的性質，使用機械性的沖刷清除膜元件中的污染物，恢復膜元件的性能。
    化學清洗是使用相應的化學藥劑，改變污染物的組成或屬性，然后排出膜元件，恢復膜元件的性能。吸附性低的粒子狀污染物，可以通過沖洗(物理清洗)的方式達到一定的效果，像生物污染這種對膜的吸附性強的污染物使用沖洗的方法很難達到預期效果。沖洗已經(jīng)很難去除污染物時，應停止裝置并采用化學清洗。為了提高化學清洗的效果，清洗前，有必要通過對污染狀況進行分析，確定污染的種類(詳細參照第九章相關內容)。在掌握污染物種類、成分、數(shù)量的基礎上，選擇合適的清洗藥品是清洗成功的關鍵因素。
    化學清洗與物理清洗并是可以相互配合的兩種清洗手段。在面對輕度污染時，采用物理清洗時添加一些化學藥品可以使清洗效果倍增，同樣在嚴重污染采用化學清洗時也可以使用一些物理性的強化手段來增強化學清洗的效果
    系統(tǒng)故障概述
    產水量和脫鹽率是反滲透、納濾系統(tǒng)的基本性能參數(shù)，如果這兩項指標達不到系統(tǒng)原設計要求，產水量小或者脫鹽率低，就需要找到問題發(fā)生的原因。由于進水TDS和溫度的波動以及系統(tǒng)機械性能等原因，即使完全沒有污染傾向的系統(tǒng)，基本性能指標也會在小范圍波動。下面是我們判別系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障的參考標準值。
    1       參考指標
    反滲透、納濾系統(tǒng)的主要性能參數(shù)變化達到以下指標范圍時，要及時進行故障分析，并進行相應的處理。
    ●       在正常給水壓力下，產水量較正常值下降10～15%；
    ●       為維持正常的產水量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加10～15%；
    ●       產水水質降低10～15%(產水電導率增加10～15%；)
    ●       給水壓力增加10～15%；
    ●       系統(tǒng)各段之間壓力降明顯增加。
    2       設計提示
    遠離故障最好的辦法是從開始就消滅發(fā)生故障的可能，在進行系統(tǒng)設計時盡量考慮做到：
    ●       設計系統(tǒng)時要依據(jù)完整的水質分析。對于地表水源要考慮到季節(jié)變化的影響，對于普通市政水源要考慮到原水變化的影響，要確認拿到的報告是最新的有效數(shù)據(jù)。
    ●       測定RO進水的SDI值，確定膠體污染的可能性。
    ●       保證預處理的效果。
    ●       存在污染的可能時，一定要選擇較為保守的系統(tǒng)通量。水質潔凈的地下水的設計通量可以高一些，地表水的設計通量一定不要超過設計導則規(guī)定的數(shù)值。降低單位面積的膜通量可以減少污染物在膜面上的沉積。
    ●       選擇較為保守的系統(tǒng)回收率?；厥章瘦^低時濃水的污染物濃度也相應較低。
    ●       膜元件的錯流速率要盡量大。較高的錯流速率能增加鹽分和污染物向進水水流的擴散，降低膜面的濃度。
    ●       選擇適當?shù)哪ぴ愋?。對于比較復雜地表水和廢水來說，低污染LFC膜比CPA膜更為適用。
    3       故障原因基本類型
    系統(tǒng)發(fā)生產水量減少和水質下降問題的原因比較復雜，可以簡單歸納出幾種類型：
    1)進水TDS增加、水溫波動、運行參數(shù)調整等原因造成的性能變化不屬于故障范圍。
    2)系統(tǒng)硬件故障：O型圈密封泄漏、膜氧化、機械故障等；需要更換或修理故障元器件。如果是膜氧化，要找到氧化的原因，消除氧化劑來源，更換膜元件。
    3)膜污染：膜污染是處理系統(tǒng)故障的核心工作，需要確定污染物類型、污染程度和污染分布，在此基礎上進行清洗恢復。
    4)系統(tǒng)設計失誤，系統(tǒng)設計問題可能與前面的幾項都有關。對于有設計失誤的系統(tǒng)，在恢復系統(tǒng)元器件性能之后，一定要對系統(tǒng)進行改造，糾正原有錯誤設計或運行參數(shù)。
    9.2       運行參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響
    在系統(tǒng)發(fā)生問題時，首先要做的是確認問題的性質，消除溫度、進水TDS、產水量和回收率的影響，獲得標準化性能參數(shù)。依據(jù)上述標準判斷系統(tǒng)是否處于故障狀態(tài)，是不是發(fā)生了膜污染。
    系統(tǒng)操作參數(shù)的變化對與系統(tǒng)的性能有影響。比如，       TDS每增加100ppm，由于滲透壓增加了，進水壓力要增加0.07bar，產水電導也會相應上升。進水溫度增加6.6℃，進水壓力降低15%。提高回收率會提高濃水濃度和產水電導(回收率為50%、75%和90%時，濃水的濃度分別為進水的2倍、4倍和10倍)。在回收率相同時，降低產水量會提高產水電導，原因是用來稀釋透過鹽分的水量少了。
    要通過數(shù)據(jù)的標準化來確定系統(tǒng)是否有問題?？梢越柚５履艿南到y(tǒng)數(shù)據(jù)標準化軟件ROdata.xls，來求得標準化的產水量、脫鹽率和進水—濃水壓力降。通過標準化消除了溫度、進水TDS、回收率和進水壓力的影響。將系統(tǒng)目前的標準化性能參數(shù)與與運行第一日的標準化數(shù)據(jù)進行對比，就可以確定系統(tǒng)性能的變化情況。
    以下將列舉的是運行參數(shù)對膜的性能有正常影響，這些影響可能會導致產水流量和水質的下降。
    1       產水量下降
    下列運行參數(shù)的變化將降低系統(tǒng)中膜的實際產水量：
    ●       進水泵壓力不變時進水溫度下降；
    ●       用節(jié)流閥降低RO進水壓力；
    ●       進水泵壓力不變時增加產水背壓；
    ●       進水TDS(或電導率)增加，這會增加產水通過膜時所必須克服的滲透壓；
    ●       系統(tǒng)回收率增加，這會增加系統(tǒng)的平均進水/濃水的TDS，從而增加滲透壓；
    ●       膜表面發(fā)生污染；
    ●       進水流道網(wǎng)格的污染導致進水－濃水壓力降(ΔP)增加，從而降低了元件末端的NDP(凈驅動壓力)。
    2       產水品質下降
    下列運行參數(shù)變化會導致實際產水水質劣化，即產水的TDS和電導率增加：
    ●       進水溫度上升時通過調節(jié)運行參數(shù)保持系統(tǒng)產水量不變；
    ●       系統(tǒng)產水量下降，這會降低膜通量，導致原來稀釋透過膜的鹽分所需的純水量減少；
    ●       進水TDS(或電導率)增加，脫鹽率不變，但產水鹽度隨之增加；
    ●       系統(tǒng)回收率增加，這會增加系統(tǒng)的進水/濃水TDS濃度；
    ●       膜面污染；
    ●       O型圈密封損壞；
    ●       望遠鏡現(xiàn)象，進水—濃水壓力降過大，膜元件外皮脫落；
    ●       膜面損壞(比如受到氯的影響)致使膜的透鹽率增加。
    9.3       發(fā)生故障的常見原因       
    系統(tǒng)故障可以劃分為兩個類型：產水量小，脫鹽率低。回答以下問題會有助于找到發(fā)生故障的原因。
    1       產水量下降時
    膜污染會造成產水量下降，檢查以下提問來尋找發(fā)生問題的原因。
    ●       是否正常關閉系統(tǒng)？在一些情況下，要在裝置關閉之前要用反滲透產水沖洗系統(tǒng)濃水，否則無機污染物會在膜面上沉積。
    ●       停機保護是否得當？在系統(tǒng)停機期間沒有采取適當?shù)谋Ｗo措施，會導致嚴重的微生物生長(特別是在溫暖的環(huán)境中)。
    ●       加酸或阻垢劑是否達到了要求的pH值或飽和指數(shù)？
    ●       進水和濃水之間的壓力降是否超過了15%？壓力降增加標志著進水流道受到了污染，膜面水流被限制。檢查各段的壓力降情況，確定發(fā)生問題的位置。
    ●       在海水系統(tǒng)中，關機時是否對系統(tǒng)進行了產水沖洗？快速沖走膜面的高濃度鹽分，可以防止離子從溶液中沉淀出來。
    ●       保安過濾器是否污染？
    2       脫鹽率低
    ●       低脫鹽率時，產水電導率高?？赡艿脑蛴心の廴尽⒛そ到夂蚈型圈損壞。確認產水電導增加是否超過了15%。
    ●       各段膜組件的產水電導率一樣嗎？逐段測試產水電導，盡可能對每個膜組件測試產水電導率。產水電導率明顯高的組件可能有O型圈或膜元件損壞。要對該組件進行探測和檢查。
    ●       膜元件是否與氯或其它強氧化劑有接觸？任何氧化物質的接觸都會損壞膜元件。
    ●       儀器經(jīng)過校準了嗎？確認所有的儀器都經(jīng)過校準。
    ●       膜元件的外觀有變色或損壞嗎？觀察膜元件污染物及損壞物理情況。
    ●       進水的實際電導率和溫度與原設計指標有差別嗎？如果實際進水的TDS或溫度高于原設計指標，產水水質達不到設計值是正常的。要對進水、濃水和產水進行取樣分析，與海德能設計數(shù)件的結果標進行對比。
    ●       發(fā)生過產水壓力超過進水壓力的情況(產水背壓)嗎？如果產水要提升到較高位置，管道上又沒有安裝逆止閥，停機時產水壓力會超過進水，膜葉會膨脹破裂。
    ●       O型圈有問題嗎？O型圈會因老化而失去彈性或破裂，導致泄漏。周期性更換O型圈，或者定期探測膜組件。
    3       膜污染       
    如果以上問題都解決了，而系統(tǒng)依然沒有恢復，還要考慮以下提問：
    ●       一旦排除了所有機械故障，就需要確定污染物并實施清洗。
    ●       分析清洗出來的污染物及清洗液的顏色和pH的變化。重新投運系統(tǒng)可以確認清洗效果。
    ●       如果不知道是什么污染物又缺乏現(xiàn)場經(jīng)驗，可以委托專用清洗劑供應商對膜元件進行分析并提出清洗方案。
    ●       如果所有嘗試都沒有結果，就需要對膜元件進行解剖。打開膜元件進行膜面分析和污染物分析，以確定發(fā)生問題的原因和解決方案。
    ●       一些污染物影響系統(tǒng)的前端，一些污染物在后端更為嚴重。故障診斷一覽表(表-1)對于判斷污染物的性質非常有用。
    表-1       膜系統(tǒng)故障診斷一覽表
    污染種類       可能污染位置       壓降       進水壓力       脫鹽率下降
    金屬氧化物污染(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
    膠體污染(有機和無機混合物)       一段，最前端膜元件       逐漸增加       逐漸增加       輕度增加
    礦物垢(Ca，Mg，Ba，Sr)       末段，最末端膜元件       適度增加       輕度增加       一般增加
    聚合硅沉積物       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       明顯增加       明顯增加       一般增加
    有機物污染(難溶NOM)       所有段       逐漸增加       增加       降低
    阻垢劑污染       二段最嚴重       一般增加       增加       一般增加
    氧化損壞(Cl2，Ozone，KMnO4)       一段最嚴重       一般增加       降低       增加
    水解損壞(超出pH范圍)       所有段       一般降低       降低       增加
    磨蝕損壞(碳粉等)       一段最嚴重       一般降低       降低       增加
    O型圈滲漏
    (內連接管或適配器)       無規(guī)則
    (通常在給水適配器處)       一般降低       一般降低       增加
    膠圈滲漏(由于產水背壓造成)       一段最嚴重       一般降低       一般降低       增加
    膠圈滲漏
    (在清洗或沖洗時由關閉產水閥而造成)       最末端元件       增加
    (污染初期和壓差升高)       增加
    (污染初期和壓差升高)       增加
    9.４       探針法——壓力容器內脫鹽率下降原因的診斷
    RO裝置的產水是由裝置內所有壓力容器產水匯集而成的。RO裝置脫鹽率下降有時是由于個別壓力容器脫鹽率下降引起的，故而應首先檢查各個壓力容器的出水電導，找出產水水質異常的壓力容器，然后對這些壓力容器進一步檢查確定原因。一支壓力容器內串聯(lián)有若干支膜元件，兩端的膜元件由適配器與壓力容器端板連接，中間各支膜元件由產水連接管連接，適配器與連接管均裝有橡膠O型圈密封。故一支壓力容器出水水質異常的原因有以下幾種：
    1.膜元件損壞、滲漏；
    2.適配器損壞或O型圈泄漏；
    3.連接管損壞或O型圈泄漏；
    為確定上述原因，可用探針法進行探測，所謂探測是將一支塑料軟管插入位于壓力容器端板中心的產水管口，在不同插入長度處引出產水并測量電導率，以確定電導偏高的位置。以8英寸壓力容器為例，探測步驟如下：
    1.停止RO裝置的運行，
    2.拆除被測壓力容器端板上產水管口的堵頭，
    3.在原來堵頭的位置上安裝一個球閥，
    4.準備一根外徑8～12mm，有足夠長的塑料軟管，并在軟管沿長度方向上，每隔0.5m作一刻度標記，
    5.啟動RO裝置，低壓運行15分鐘后打開球閥，插入塑料軟管，一直插到壓力容器另一端的端板處，
    6.一分鐘后測量軟管中流出的產水電導，
    7.將軟管拔出0.5m，等待一分鐘后再次測量產水電導并記錄軟管插入長度，
    8.重復步驟7直至測量完壓力容器全長，
    9.比較全長度方向上電導值，找出電導異常的位置。
    9.5       膜元件分析
    1       目測與稱重
    目測
    系統(tǒng)發(fā)生明顯污染時，在壓力容器中會形成可見的污染物累積。在確定系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生污染，需要實施化學清洗時，最好先打開壓力容器端板，直接觀察污染物在壓力容器端板與膜元件之間的間隙內累積的情況。一般根據(jù)直接觀察即可基本確定污染物的類型，確定相應的清洗方案。
    前端污染觀察：預處理濾料泄漏(砂粒、活性炭顆粒)、膠體污染、有機物污染和生物污染在前端影響最嚴重，可以從前端膜元件入口觀察到顆粒物及粘液狀污染。發(fā)生生物污染時會發(fā)現(xiàn)腥臭味粘液物質，灼燒刮取的生物粘泥(粘膜)，會有蛋白質的焦臭氣味。
    末端污染觀察：無機鹽結構在系統(tǒng)末端濃水排放處最為嚴重，在末端膜元件端頭處可以摸到粗糙的粉狀物。
    稱重
    污染的膜元件進水流道附著了污染物，整體重量會加大。將取出的膜元件豎放置，瀝干水分后稱重，與海德能膜元件的參考重量進行對比。多余的重量即為附著污染物的重量。
    反滲透技術問答
    
    1．膜元件的標準測試回收率、實際回收率與系統(tǒng)回收率
    膜元件標準回收率為膜元件生產廠家在標準測試條件所采用的回收率。海德能公司苦咸水膜元件的標準回收率15%,海水膜元件10%。
    膜元件實際回收率是膜元件實際使用時的回收率。為了降低膜元件的污染速度、保證膜元件的使用壽命，膜元件生產廠家對單支膜元件的實際回收率作了明確規(guī)定，要求每支l米長的膜元件實際回收率不要超過18％，但當膜元件用于第二級反滲透系統(tǒng)水處理時，則實際回收率不受此限制，允許超過18％。
    系統(tǒng)回收率是指反滲透裝置在實際使用時總的回收率。系統(tǒng)回收率受給水水質、膜元件的數(shù)量及排列方式等多種因素的影響，小型反滲透裝置由于膜元件的數(shù)量少、給水流程短，因而系統(tǒng)回收率普遍偏低，而工業(yè)用大型反滲透裝置由于膜元件的數(shù)量多、給水流程長，所以實際系統(tǒng)回收率一般均在75％以上，有時甚至可以達到90％。
    在某些情況下，對于小型反滲透裝置也要求較高的系統(tǒng)回收率，以免造成水資源的浪費，此時在設計反滲透裝置時就需要采取一些不同的對策，最常見的方法是采用濃水部分循環(huán)，即反滲透裝置的濃水只排放一部分，其余部分循環(huán)進入給水泵入口，此時既可保證膜元件表面維持一定的橫向流速，又可以達到用戶所需要的系統(tǒng)回收率，但切不可通過直接調整給水／濃水進出口閥門來提高系統(tǒng)回收率，如果這樣操作，就會造成膜元件的污染速度加快，導致嚴重后果。
    系統(tǒng)回收率越高則消耗的水量越少，但回收率過高會發(fā)生以下問題。
    ①產品水的脫鹽率下降。
    ②可能發(fā)生微溶鹽的沉淀。
    ③濃水的滲透壓過高，元件的產水量降低。
    一般苦咸水脫鹽系統(tǒng)回收率多控制在75％，即濃水濃縮了4倍，當原水含鹽量較低時，有時也可采用80％，如原水中某種微溶鹽含量高，有時也采用較低的系統(tǒng)回收率以防止結垢。
    2．如何確定系統(tǒng)回收率
    工業(yè)用大型反滲透裝置由于膜元件的數(shù)量多、給水流程長，實際系統(tǒng)回收率一般均在75％以上，有時甚至可以達到90%。對于小型反滲透裝置也要求較高的系統(tǒng)回收率，以免造成水資源的浪費。
    應該主要根據(jù)以下兩點來確定系統(tǒng)的回收率。
    ①根據(jù)膜元件串聯(lián)的長度。
    ②根據(jù)是否有濃水循環(huán)以及循環(huán)流量的大小。
    在系統(tǒng)沒有濃水循環(huán)時，一般按照以下規(guī)定：決定膜元件和系統(tǒng)回收率。
    表-1       回收率和膜元件串聯(lián)數(shù)量
    膜元件串聯(lián)數(shù)量/支       1       2       4       6       8       12       18
    最大系統(tǒng)回收率/%       <18       <32       <50       <58       <68       <80       <90
    ３．膜元件標準測試壓力與實際使用壓力
    膜元件標準測試壓力為膜元件生產廠家在標準測試條件下所使用的壓力，以海德能公司CPA系列產品為例，其標準測試壓力為1.55MPa(225psi或者15.5bar)。
    膜元件使用壓力為膜元件實際工作時所需要的壓力，很多設計人員或使用人員以為膜元件的標準壓力即為膜元件的使用壓力，從而造成有時系統(tǒng)產水量很大，用戶認為膜元件生產廠家的產品質量很好，不知道此時由于系統(tǒng)平均水通量過高，超出了前面所介紹的設計產水量的要求，為反滲透系統(tǒng)長期安全運行埋下了禍根。有時系統(tǒng)產水量很小，認為膜元件生產廠家的質量不好，向膜元件生產廠家索賠。
    實際上膜元件的標準壓力與膜元件的使用壓力有著本質的不同，膜元件標準壓力是膜元件生產廠家為了檢驗其膜元件質量而人為設定的壓力，而實際使用壓力則受到溫度、平均水通量選取值、進水含鹽量、系統(tǒng)回收率、膜元件種類等各種因素的影響，膜元件的使用壓力應根據(jù)各種因素的不同而不同。最簡單的辦法就是通過膜元件生產廠家提供的計算軟件進行實際計算。
    4．如何計算系統(tǒng)脫鹽率
    系統(tǒng)脫鹽率是反滲透系統(tǒng)對鹽的整體脫除率，它受到溫度、離子種類、回收率、膜種類以及其他各種設計因素的影響，因而不同的反滲透系統(tǒng)的系統(tǒng)脫鹽率是不一樣的，其計算公式為
    (總的給水含鹽量-總的產水含鹽量)
    系統(tǒng)脫鹽率=       ×100%
    總的給水含鹽量
    有時出于方便的原因，也可以用下列公式來近似估算系統(tǒng)脫
    鹽率
    (總的給水電導率-總的產水電導率)
    系統(tǒng)脫鹽率=       ×100%
    總的給水電導率
    以此近似估算得到的系統(tǒng)脫鹽率往往低于實際系統(tǒng)脫鹽率，因而經(jīng)常在反滲透系統(tǒng)驗收時引起爭議。
    5．膜元件的標準脫鹽率、實際脫鹽率與系統(tǒng)脫鹽率
    膜元件標準脫鹽率為膜元件生產廠家在標準條件下所測得的脫鹽率，以海德能公司的低壓系列產品為例，CPA2在標準條件下的最低脫鹽率為99.2％(平均脫鹽率為99.5％)，CPA3在標準條件下的最低脫鹽率為99.6％(平均脫鹽率為99.7％)。
    膜元件實際脫鹽率為膜元件在實際使用時所表現(xiàn)出來的脫鹽率，實際脫鹽率有時會比標準脫鹽率高，但更多情況下要比標準脫鹽率低，這是由于標準測試條件與實際使用條件完全不同。在標準測試條件下，其標準測試溶液為氯化鈉溶液，膜元件標準脫鹽率表現(xiàn)為對氯化鈉的脫除率。在實際使用條件下，由于水中各種離子成分不同，溫度、平均水通量選取值、系統(tǒng)回收率等均不同于標準測試條件，而這些因素均會影響到膜元件的脫鹽率。
    系統(tǒng)脫鹽率為整套反滲透裝置所表現(xiàn)出來的脫鹽率，同樣由于使用條件與標準條件不同，系統(tǒng)脫鹽率有別于標準脫鹽率，同時由于反滲透裝置一般均串聯(lián)多根膜元件，而裝置中每根膜元件的實際使用條件均不同，故系統(tǒng)脫鹽率也有別于膜元件實際脫鹽率，對于只有1支膜元件的裝置，系統(tǒng)脫鹽率才等于膜元件實際脫鹽率。
    要預測系統(tǒng)脫鹽率的最簡單的辦法就是通過膜元件生產廠家的計算軟件進行實際計算。
    了解了膜元件標準脫鹽率、實際脫鹽率與系統(tǒng)脫鹽率之間的關系之后，在設計反滲透裝置、給用戶提供系統(tǒng)性能擔保、驗收反滲透裝置或者評定膜元件性能時，一定要根據(jù)系統(tǒng)實際脫鹽率來進行，而不能以膜元件標準脫鹽率來進行。
    ６．什么叫背壓，產水背壓會有什么不良后果
    在反滲透水處理領域，背壓指的是產品水側的壓力大于給水側的壓力的情況。如前面介紹，卷式膜元件類似一個長信封狀的膜口袋，開口的一邊粘接在含有開孔的產品水中心管上。將多個膜口袋卷繞到同一個產品中心管上，使給水水流從膜的外側流過，在給水壓力下，使淡水通過膜進入膜口袋后匯流人產品水中心管內。
    為了便于產品水在膜袋內流動，在信封狀的膜袋內夾有一層產品水導流的織物支撐層；為了使給水均勻流過膜袋表面并給水流以擾動，在膜袋與膜袋之間的給水通道中夾有隔網(wǎng)層。
    膜口袋的三面是用粘結劑粘接在一起的，如果產品水側的壓力大于給水側的壓力，那么這些粘接線就會破裂而導致膜元件脫鹽率的喪失或者明顯降低，因此從安全的角度考慮，反滲透系統(tǒng)不能夠存在背壓。
    由于反滲透膜過濾是通過壓力驅動的，在正常運行時是不會存在背壓的，但是如果系統(tǒng)正?；蛘吖收贤C，閥門設置或者開閉不當，那么就有可能存在背壓，因此必須妥善處理解決背壓的問題。
    ７．為什么高壓泵后面應設手動調節(jié)門和電動慢開門
    配制標準測試溶液的水源為反滲透產水，因而幾乎不帶雜質，不存在膜元件被污染的問題。在實際使用時，除了二級反滲透系統(tǒng)的進水是以一級反滲透系統(tǒng)的產水作為原水外，其他反滲透系統(tǒng)的進水幾乎都是經(jīng)普通預處理后的原水。盡管預處理工藝去除了其中一部分雜質，但與標準測試條件下所用水源相比，其進水水質仍然較差。所以膜元件設計產水量應該小于標準產水量，此時如仍按標準產水量作為設計產水量，則反滲透膜元件很快就會受到污染，造成膜元件損壞。
    為了避免上述情況的發(fā)生，膜元件生產廠家提供了設計導則，以使設計人員有據(jù)可依。設計導則建議應根據(jù)不同的進水水源來選取不同的設計產水量。
    即使在實際使用時按照膜元件生產廠家提供的設計導則使用，但是反滲透膜元件仍然會慢慢受到污染，當然在一段時間后可以通過化學清洗部分恢復其性能，但卻很難完全恢復其性能，所以有經(jīng)驗的設計人員在設計時應該考慮到這一問題，此時應該選用能夠保證3年后達到設計產水量的給水泵，即需要設計更高壓力的給水泵，但系統(tǒng)初始投運時不需要很高的壓力就可以達到設計產水量，所以系統(tǒng)在初始運行時給水泵壓力富裕，隨著時間的推移，壓力富裕逐漸減少，因此高壓泵后面應設手動調節(jié)門來調節(jié)給水壓力。有些時候可以對給水泵設置變頻調節(jié)裝置，此時可以用變頻的方法來實現(xiàn)給水壓力的調節(jié)。
    高壓泵后面的手動調節(jié)門在設置后一般不需要經(jīng)常調節(jié)，在一段時間內基本上是保持在恒定的位置，在系統(tǒng)每次啟動時也不需要開閉此閥門。
    但是如果高壓泵后面沒有其他閥門，此時每次啟動系統(tǒng)時，高壓泵的高壓水源會直接沖擊膜元件，特別是在系統(tǒng)中存在空氣時就會產生“水錘”的現(xiàn)象，這樣容易造成膜元件的破裂。
    為了防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，應該在高壓泵后面設電動慢開門，在啟動高壓泵后慢慢打開電動慢開門，也即慢慢向系統(tǒng)的反滲透膜上加載壓力，電動慢開門應該是全開全閉閥門，其全開全閉時間是可以調節(jié)的，但一般設定為45～60s。所以從反滲透膜元件的安全角度考慮應該設置電動慢開門。
    ８．為什么要設置自動沖洗功能
    給水進入反滲透系統(tǒng)后分成兩路，一路透過反滲透膜表面變成產水，另一路沿反滲透膜表面平行移動并逐漸濃縮，在這些濃縮的水流中包含了大量的鹽分，甚至還有有機物、膠體、微生物和細菌、病毒等。在反滲透系統(tǒng)正常運行時，給水／濃水流沿著反滲透膜表面以一定的流速流動，這些污染物很難沉積下來，但是如果反滲透系統(tǒng)停止運行，這些污染物就會立即沉積在膜的表面，對膜元件造成污染。所以要在反滲透系統(tǒng)中設置自動沖洗系統(tǒng)，利用干凈的水源對膜元件表面進行停運沖洗，以防止這些污染物的沉積。
    ９．反滲透系統(tǒng)需要哪些常用儀表
    為了使RO裝置能夠安全可靠地運行，便于運行過程中的監(jiān)控，應該裝置必要的儀表和控制設備，一般需要裝設的表計有溫度表、壓力表、流量表、pH表、電導率表、氯表、氧化還原電位表等，裝設的地點及其作用分述如下。
    (1)溫度表
    給水溫度表，因產水量與溫度有關，所以需要監(jiān)測以便求出“標準化”后的產水量。大型設備應進行記錄，另外，溫度超過45℃會損壞膜元件，所以對原水加熱器系統(tǒng)應設超限報警、超溫水自動排放和停運RO的保護。
    (2)壓力表
    給水壓力表、第一段RO出水壓力表、排水壓力表用于計算每一段的壓降(也可裝設壓差表)并用于對產水量和鹽透過率進行“標準化”。鹽透過率、產水量和△P用于RO性能問題的分析。
    5mm過濾器要安裝進出口壓力表(也可裝設壓差表)，當壓降達到一定值時(2bar)更換濾芯。
    給水泵進出口壓力表用于監(jiān)測給水泵進出口壓力，進出口壓力開關用于在進口壓力低報警、停泵，出口壓力高(延時，以防慢開門未打開)報警、停泵。
    (3)流量表
    產品水流量表在運行中監(jiān)測產水量，每段應單獨裝設，以便于“標準化RO性能數(shù)據(jù)。產品水流量應有指示、累計和記錄，濃水排水流量表在運行中監(jiān)測排水量，應有指示、累計和記錄。
    從各段產品流量和排水流量可計算出各段的給水量、回收率和整個RO系統(tǒng)回收率，給水流量表主要用于RO=加藥量的自動調節(jié)(加酸、加阻垢劑、加亞硫酸氫鈉往往兩套RO共用)，除知識累計外還要給出信號用于比例調節(jié)。
    (4)電導率表
    給水電導率表、產品水電導率表指示、記錄水的電導率，可設置報警，從給水電導率和產品水電導率可估計出RO的脫鹽率。
    (5)pH表
    當給水需加酸防止生成CaCO3垢時，加酸后的給水需裝pH表在使用醋酸纖維素膜時，不僅為防止CaCO3垢生成，而且更重要的是維持最佳pH值。醋酸纖維素膜的pH值要求為5.7，除指示、記錄、設超限報警外，還可以自動控制不合格給水排放，并停運RO還可以與流量表配合對加酸系統(tǒng)進行比例積分調節(jié)。
    (6)氯表
    使用醋酸纖維素膜元件RO給水必須含有0.1～0.5mg/L殘余氯，最大允許含氯量為lmg/L，因此給水必須裝設氯表，以指示、記錄、和超越報警。藥液箱要設液位開關，低液位報警，加酸可采用比例調節(jié)或比例積分調節(jié)，加阻垢劑等可采用比例調節(jié)，加藥泵與給水泵之間進行連鎖。
    (7)氧化還原電位表
    經(jīng)加亞硫酸氫鈉消除余氯的給水應裝設氧化還原電位表，應有指示、記錄、超限報警。
    10．設計反滲透控制系統(tǒng)時應考慮哪些方面的問題
    反滲透脫鹽系統(tǒng)的運行和監(jiān)控由PLC、儀表、計算機系統(tǒng)和工藝流程模擬屏執(zhí)行，同時設有手動操作按鈕和控制室操作按鈕；系統(tǒng)具有聯(lián)鎖保護功能及報警指示功能。PLC和主要儀表由國外進口。
    1)RO系統(tǒng)運行過程對儀表和程控的工藝要求
    ⑴加藥量采用比例調節(jié)方式，根據(jù)給水流量計發(fā)出的信號自動調節(jié)計量泵進行比例加藥。
    ⑵計量箱裝有就地液位計，并有低液位信號進行報警，以保證不會因藥液箱無藥而使加藥中斷。
    ⑶設有就地給水儀表盤，盤上裝有流量指示和流量積累表、電導率表、pH值指示表。另外還設有給水壓力表。流量表、電導率表和pH表所發(fā)出的參數(shù)信號送至中央控制室進行連續(xù)記錄；同時流量計發(fā)出的信號控制計量泵進行比例加藥；pH計發(fā)出的高、低報警信號送至中央控制室進行報警。
    ⑷保安過濾器進、出口裝有壓力指示表，當保安過濾器進出口壓差達到一定值或運行一定時間后，需更換濾芯。
    ⑸高壓泵進、出口側分別裝有低、高壓開關。當高壓泵進口壓力低于限定值時，低壓開關閉合并發(fā)送信號至PLC，由PLC進行報警并自動停止高壓泵的運行；當高壓泵出口壓力高于限定值時，高壓開關閉合，發(fā)出信號送至PLC，PLC延時一定時間后，如高壓泵高壓側壓力仍高于限定值，則PLC輸出報警并自動停止高壓泵的運行，如在延時范圍內高壓開關恢復至斷開狀態(tài)，則PLC自動取消輸人信號。
    ⑹高壓泵出口裝有電動慢開門。高壓泵啟動后，慢開門自動緩慢打開以確保RO膜元件不受水錘破壞，如慢開門發(fā)生故障而未能在規(guī)定時間內打開，則高壓泵出口壓力增高，壓力開關輸出報警信號并經(jīng)PLC自動停止高壓泵的運行。
    ⑺每套RO裝置設就地儀表盤一塊，盤上裝有RO一段、二段產品水、排水的流量表各一塊(流量及累積流量值顯示)，產品水電導率表一塊。流量表和電導率表所發(fā)出的參數(shù)信號送中央控制室進行連續(xù)記錄，并具有電導率值高報警。就地盤上裝有高壓泵啟動、停止按鈕和指示燈，系統(tǒng)緊急停止按鈕和指示燈，電動慢開門開、關按鈕和指示燈。       
    ⑻每套RO裝置設就地壓力表盤一塊，盤上裝有RO一段進水、二段進水和排水壓力指示表。
    ⑼中央控制盤上設有高壓泵、計量泵、沖洗水泵的三位操作開關(自動一關一手動)，系統(tǒng)程序啟、停按鈕，可實現(xiàn)上述裝置的自動啟動控制室遠操和就地手操功能。當三位開關打至“自動”位置時，上述裝置不能就地操作。
    RO運行數(shù)據(jù)
    運行數(shù)據(jù)可以說明．RO系統(tǒng)的性能，在整個RO使用期所有的數(shù)據(jù)都要收集和記錄，這些數(shù)據(jù)與定期的水分析一起為評價RO裝置的性能提供資料。
    ⑴流量(各段產品水和濃水流量)。
    ⑵壓力(各級給水、濃水、產品水)。
    ⑶溫度(給水)。
    ⑷pH值(給水、產品水、濃水)。
    ⑸電導率／TDS(給水，產品水，每一段給水，產品水濃水)。
    ⑹SDI(給水，5mm過濾后，每一段給水，濃水)。
    ⑺最后一段濃水的LSI。
    ⑻運行小時數(shù)。
    ⑼偶然事件(SDI、pH值和壓力失常、停運等)。
    ⑽所有儀表和表計的校準，必須按照制造商的建議方法和周期進行，但是3個月至少要校準(校改)1次。
    ⑾流量壓力、溫度、pH值、電導率、SDI(給水)，每班一次。
    ⑿每一段給水，濃水的SDI每星期一次，并對濾膜上殘留物進行分析。
    ⒀每一段給水，濃水，產品水的TDS每月分析一次。
    ⒁余氯、電導率每天一次。
    ⒂濃水(排水)LSI每星期一次。
    ⒃偶然事件發(fā)生時記錄下來。
    3)加藥運行數(shù)據(jù)
    ⑴加酸前后SDI每天一次。
    ⑵5mm過濾器進出口壓力每班一次。
    ⑶酸耗量每天一次。
    ⑷NaClO耗量每天一次。
    ⑸所有儀表和表計的校準按制造商的建議和方法，但至少3個月校準1次。
    活性炭過濾器為什么要注意滅菌
           
    在水處理工藝中，活性炭過濾器用于對有機物的吸附和對過量氯(余氯)的吸附去除，對前者去除能力較差，通常為50％，對后者則很強，可以完全脫除余氯，這是由于在對余氯吸附的同時，還有自身被氯化的作用。
    活性炭的吸附能力曾被用于口服對腸道細菌的吸附而治療細菌性痢疾，在第一次世界大戰(zhàn)中，氯氣類毒氣作為大規(guī)模殺傷性武器被使用，活性炭則是防毒面具中主要的毒氣吸附劑，離子交換樹脂被廣泛應用后，活性炭在化學除鹽系統(tǒng)中使用較廣，大機組對有機酸的腐蝕敏感，因此配置活性炭床者更多?；钚蕴课剿袪I養(yǎng)物質，可以成為細菌微生物的溫床，微生物膜對水的阻力影響較大，因此，應定期進行反洗去污。如果反洗不能奏效時，應進行滅菌處理。
    實際上，按照進水濁度安排合理的反沖洗制度更具有實際意義，由于微生物膜與微生物黏泥難于清凈，采取空氣擦洗是必要的。某熱電廠用受嚴重污染的河水作為原水，水中菌、藻和微生物對濾池污塞嚴重，虹吸濾池的運行時間和反洗時間持平；活性炭過濾器無法使用，混床被黏泥結成團塊無法分層再生。為保證水的產量，將虹吸濾池濾料粒徑由1mm左右先后放大到2mm和3～4mm，將混床改成二級陽床與二級陰床除鹽，其出水質量雖下降，但是滿足了供熱的用水量。最終的解決對策是使用了部分自來水，緩解河水污染造成的困擾，因此，當活性炭過濾器由于菌、藻造成污塞時除了加強反洗保證壓差在規(guī)定范圍內之外，滅菌雖屬重要，但是更應從源頭上解決。
    在水處理工藝中，在反滲透裝置運行中都應根據(jù)實際情況做應變處置。在對內蒙古某電廠進行風險評估時，該廠停爐保護僅做熱爐放水處理，按照通常情況是遠遠不夠的，但是認可該對策。當電廠人員詢問是否應該采取成膜等保護措施時指出，對于地處沙漠與干旱地區(qū)的該廠來說，由于當?shù)叵鄬穸瘸Ｄ甑陀?0％，采取熱爐放水已經(jīng)能起到良好的停爐保護作用，無需采取更多的停爐保護措施，對于活性炭過濾器來說，只要壓差合乎規(guī)定，CODMn去除率不低于30％，無需更多的維護。
    18．什么樣的系統(tǒng)用軟化器合適
           
    軟化器是鈉陽離子交換器的俗稱，它可把水中鈣、鎂離子交換除去，使成為對應的鈉鹽。水中含有鋇、鍶等離子時，也可經(jīng)過鈉離子交換脫除。因此，下列情況可以對水進行軟化處理，以免除結水垢的困擾。
    1)在水處理系統(tǒng)中原來配置有軟化器時，應盡量利用它作為前置過濾和軟化防垢，例如某熱電廠的熱網(wǎng)補充水和蒸發(fā)器的用水是軟化水，該廠原水是河水，限于資金，反滲透預處理較簡單，反滲透器壓差增長快，清洗周期短，出水質量差，為此建議考慮。
    ⑴用軟化水作為反滲透器原水可使進水的濁度和污染指數(shù)達標，并防止鈣，鎂結垢。
    ⑵也可填設微濾裝置。
    2)水的硬度過高，例如≥8mmol／L(Ca2++Mg2+)，使用一般的阻垢分散技術難以奏效者。
    3)水質較特殊，含鋇、鍶等離子高，或是含硫酸根高(例如≥200mg／L)或是含氟離子高(例如≥10mg／L)者。
    4)經(jīng)技術經(jīng)濟比較，并經(jīng)過模擬試驗證明，使用軟化技術優(yōu)于阻垢處理者。進口阻垢劑通常為8萬元／噸，對于雜質含量不高時，處理費用較高，其防垢效果軟化為差.


文件出處：上海摩勒科學儀器有限公司

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