反渗透水处理系统技术改造方案的探讨

陈娟

摘要：针对反渗透水处理系统存在的问题，介绍了该系统的优化改进方案，并取得了较好的经济效益。

关键词：反渗透;水处理系统;改进

针对不同的水源、水质以及出水要求，目前水处理工艺应用较多的方案为反渗透技术、EDI电除盐技术和传统的离子交换技术。由于化学水处理的发展趋于设备及生产集中化、环保化、多元化以及经济化，反渗透技术以其先进性和节能性已经广泛应用于水处理系统中。

一、反渗透简介

1.反渗透原理。利用一种只能透过水，而不能透过溶质的半透膜，将纯水与含溶质的水（浓溶液）隔开，并在浓溶液一侧施加足够大的压力，则浓溶液中的水就会通过半透膜流向纯水侧，使浓溶液中的水分子被分离出来，而浓溶液本身浓度增大，从而达到除盐的目的。这个过程去除的是水中的各种杂质——各种离子、分子、有机胶体、细菌、病毒等。

2.反渗透工艺的优点。反渗透是采用膜分离的水处理技术，属于横流过滤的物理方法。其优点如下：（1）在室温条件下，依靠水的压力作为推动力，运行费用较低;（2）无大量废酸碱液排放，不污染环境;（3）系统简单，操作方便，自动化程度高;（4）对原水水质有较大的适应范围，出水水质稳定;（5）设备占地面积小，检修维护工作量小。

二、反渗透（RO）技术工艺流程

反渗透（RO）技术工艺中两个主要阶段：预处理阶段和反渗透系统。

1.预处理阶段。由于原水中含有一定的悬浮物、胶体、有机物和微生物，所以在进入反渗透装置之前，一般加入氧化剂，氧化原水中的有机物，杀菌灭藻，一般用量为1～2 mg/L，氧化之后，加入絮凝剂，使水中的悬浮物、有机物、胶体等凝聚成大颗粒的矾花，经多介过滤器除去，同时一些细小的悬浮物、胶体以及有机物也会经多介过滤器除掉，达到出水淤泥密度指数（SDI）<5。如果多介过滤器出水SDI不能满足RO进水要求，可以在多介过滤器之后增加超滤系统。在进入RO系统前，需加入还原剂和阻垢剂，还原剂是将水中氧化性氯还原，防止其破坏反渗透膜元件，阻垢剂是为防止反渗透浓水侧结垢。

2.反渗透系统。反渗透系统主要包括：①保安过滤器截留原水中>5μm的颗粒，防止其进入反渗透系统;②高压泵为反渗透本体装置提供足够的进水压力，保证其正常运行;③反渗透装置除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物;④清洗系统当膜通量下降10%;脱盐率下降10%;膜的压力差增加10%以上;已证实装置内部有严重污染物或结垢物时，则膜受到污染，需要清洗。另外，反渗透装置长期停用，再次投入使用前，也需要清洗。主要分为清洗和冲洗：清洗是通过配置一定浓度特定的清洗溶液，清除膜中的污染物质，恢复膜的原有特性;冲洗是用反渗透产水置换停机后滞留的浓水，防止浓水侧亚稳态的结垢物质出现结垢，以保护反渗透膜，冲洗水直排，不得循环使用。如果反渗透运行正常，每年只需要化学清洗一两次;⑤仪表控制用来控制、监测系统的正常运行，包括在线监测仪表，如电导率仪，pH计等。

三、反渗透水处理设备运行与注意事项

1.设备运行。反渗透水处理设备的运行分为4步：（1）预冲洗。在反渗透水处理设备内充满水，去除内部的空气;（2）冲洗。在45s内，反渗透水处理设备的出水质量如果能够达到的标准，便会自动投入运行;如果没有在45s内达到水质的标准，或者实际流量比设定的数值小，就会自动进入运行后冲洗阶段;（3）运行。在这一阶段中，运行人员需要根据压力、回收率与实际流量来适当的调整反渗透水处理设备的进水门、出水门;（4）运行后冲洗阶段。其目的就是在停止运行以后，去除反渗透膜上杂质的残留，直到的浓溶液一侧水质达到保准为止，时间通常为10min。

2.注意事项。为了保证反渗透水处理设备能够稳定运行，提高运行质量与效率，在运行过程中应该注意以下内容：（1）启动反渗透水处理设备时，需要缓慢打开进水阀，避免由于瞬间水压破坏反渗透膜;（2）在实际操作中应该关注静背压，保证静水侧压力小于浓溶液一侧的压力;（3）无论反渗透水处理设备使处于运行状态或是停运状态，都应该避免反渗透膜发生脱水问题，一旦脱水就会造成不可逆的设备损伤。

四、运行中问题分析

通常情况下，水温每升高1℃，膜的通水能力随之增加2.7%，但是其除盐率也会下降1%，且水温过高时，会对膜的强度产生弱化作用，缩短其使用寿命，所以进水温度需要控制在20～28℃[1] 。在严寒、寒冷地区，可以在冬季对原水进行加热，以保证反渗透系统出力的稳定。调节进水pH值，为防止在膜表面产生碳酸钙水垢、膜水解，一般通过加入盐酸调节，以达到膜元件的最佳运行pH值。根据RO膜的类型及原水pH值，也可以不需要加盐酸调节。对于二级反渗透系统，在二级RO前设自动加碱，调节二级RO进水pH值，将水中CO 2转化为CO 2-3、HCO-3，从而在二级反渗透中除去，一般所加碱为NaOH溶液。为防止RO膜污堵，预处理应达到浊度低于1.0NTU（传质单元数），最好低于0.3 NTU，因有机物污染程度难以预测，建议总有机碳应低于2.0×10-6（以碳计），每毫升最高细菌含量为10 000 cfu，同时应根据原水水质变化及时调整预处理运行方式。絮凝剂和杀菌剂投加量均会对膜系统的长期稳定运行产生直接影响，需要不断摸索，找到最佳投药量点。可以通过定期分析SDI，其值越低，混凝效果越好;定期测定产水ZETA电位，通常情况下，水中胶体、有机物等带有负电荷，此电位<0，ZETA电位越接近0说明混凝效果越好。根据SDI膜片截留物性状来判断：若膜片呈黄色或浅黄色，轻擦不掉，可被稀酸洗掉，说明混凝剂投加量过大;膜片呈浅黄色或者土质色，轻擦则掉，说明混凝剂投加量过小;膜片呈灰色或者黑色，轻擦则掉，说明水中还有大量细菌体，应加强灭菌;膜片呈浅水草色，轻擦则掉，说明水中已含有藻类，应加强灭藻。天气变暖时，应特别注意微生物污染，以预防为主，除在预处理中投加足够的杀菌剂并保证足够的杀菌时间外，还应对RO系统进行定期消毒。停机时防止背压，反渗透耐压具有方向性，脱盐层面对高水压时，耐压强度高，支撑层面对高水压时，产水从支撑层向脱盐层方向回流，导致脱盐层從支撑层剥离，甚至破裂。所以，一般要求反渗透膜在任何情况下所承受的背压不得高于0.1 MPa，如果产水带压，当高压泵停止运行后，则可能出现较高背压。通常，设计时在产水管线上设置爆破膜、快速止回阀或自动排放阀，与高压泵联锁，以便及时对产水隔离或泄压。

五、反渗透水处理技术的应用

以某水处理方案为例，前期采用离子交换技术进行生产，产脱盐水量为每月59 861 t，消耗31%HCl量为每月159 t，消耗31%NaOH量为每月146t。原水的水质要求为总阴/阳离子浓度为9.5 mmol/L，但试运行时，其离子浓度已达到11.5mmol/L，并持续上升，因此为满足用水需求，在原有离子交换装置前增设反渗透装置，投产后，产出脱盐水量达到每月81 512 t，消耗31%HCl量为每月66t，消耗31%NaOH量为每月54 t，周期制水量提高20多倍，减轻了环保压力。在原水含盐量发生较大波动时，后面的离子交换设备仍能正常制水，保证了系统的安全运行。

随着水处理技术的不断改进和对环保要求的日益严格，在未来的发展中，反渗透技术以其高效、低耗、污染少，流程简单，自动化程度高以及结构紧凑等优势，有着广阔的前景，其应用领域也在不断扩大，只要在今后的运行和管理过程中，不断总结经验，将反渗透的运行参数不断完善，必将使其运行更加可靠，创造出可观的经济效益。

参考文献：

[1] 李勇.水厂废水再生的反渗透膜污染控制策略研究.邯郸：河北工程大学，2007.

[2] 吴涛.反渗透专用阻垢剂性能的动态评价方法.化工进展。2006，25（8）：907-912.

（作者单位：佛山市麦克罗美的滤芯设备制造有限公司）