2022年反渗透技术理论 .pdf

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1、反渗透技术理论反渗透技术基础培训1.反渗透水处理系统的构成2.反渗透预处理 它是让您高枕无忧的关键成动运行的必要条件具体的预处理设计需要根据现场情况和膜元件类型确定必须仔细考虑各种要求原水的特点非常重要为确保系统可靠运行，有时需要作小型实验2.1 反渗透预处理合适与否的简单判断准则清洗频率预处理是否合理或适度3 个月或更长适度13个月可能需要加强预处理1 个月超过 1 次确实需要加强预处理2.2 反渗透预处理设计考虑因素膜元件种类(醋酸纤维素膜或芳香聚酰胺复合膜)进水水质(水源及其变化)进水流量(小型或大型装置)反渗透的回收率(高回收率意味着需要更好的预处理)后处理设备和要求2.3 反渗透元件

2、的进水条件反渗透膜元件类型进水中氯的浓度-ppm是否能耐受细菌的降解进水 pH进水温度-CAB0.3 1.0不能5 61 35CPA0.1*可以4 101 45SWC0.1*可以4 101 45ESPA0.1*可以4 101 45ESNA0.1*可以4 101 45注：氯的耐受力计算建立在无铁存在的基础上2.4 预处理中考虑的反渗透结垢成分反渗透进水中含有的难溶盐及相关成分达到下表中所列的浓度时，均应在预处理中采取相应措施，以防止反渗透膜结垢。结垢成份在下列进水情况下需要预处理，包括添加阻垢剂、分散剂名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 14 页 -CaCO3浓水 LS

3、I 值 0，pH 值较高，温度较高CaSO4浓度积/溶度积 100%，Ca+SO4250 ppmBaSO4浓度积/溶度积 100%，Ba50 ppbSrSO4浓度积/溶度积 100%，Sr 2 ppm可溶性铁Fe0.3 ppm锰Mn 0.05 ppm可溶性硅温度 15 时，且没有重金属(Fe、Al 等)存在时，SiO225 ppm注意：上表中指标的设计基础为75%的系统水回收率，在某些情况下，最小值范围会有变化。2.5 反渗透污染物2.5.1 悬浮固体普遍存在于地表水和废水中尺寸1 微米(胶体可能会小于1 微米)在未搅拌溶液中能悬浮状态沉积下来(胶体会保持悬浮状态)预处理后必须将下列指标降低至

4、浊度1 NTU 15 分钟 SDI 值 5 2.5.2 胶体污染物普遍存在于地表水或废水中污染物主要存在于反渗透系统的前端尺寸1 微米在未搅拌溶液中微粒会保持悬浮状态可以是有机或无机成份组成的单体或复合化合物无机成份可能是硅酸、铁、铝、硫有机成份可能是单宁酸、木质素、腐殖物预处理后必须将下列的指标降低至：浊度1 NTU 15 分钟 SDI 值 5 2.5.3 有机污染物污染物主要存在于反渗透系统的前端普遍存在于地表水或废水中被吸收附着在膜表面天然腐殖有机物来源于植物腐烂物且常带电荷缺乏明确的TOC(总有机碳)含量规定进水中TOC 含量为2 ppm 时应引起注意具有电中性表面的LFC1 膜及CA

5、B 膜可能更适用2.5.4 生物污染名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 14 页 -普遍存在于地表水或废水中开始时易在反渗透前端形成污染物，随后扩展及整个反渗透系统通常污染物为细菌、生物膜、藻类、真菌警戒含量为每毫升10000 cfu(菌落生成单位)必须控制生物活性CAB 膜由于其对余氯的耐受性较好，因而可能更适用2.6 针对特定污染物的反渗透预处理设计要点2.6.1 针对给溶盐的反渗透预处理设计离子交换软化弱酸阳离子软化石灰软化添加化学阻垢剂2.6.2 针对金属氧化物的反渗透预处理设计离子交换软化石灰软化锰砂过滤添加化学分散剂2.6.3 针对溶解性硅的反渗透预处理设

6、计石灰软化热交换器脱除铁硅分散剂2.6.4 针对微粒和胶体的反渗透预处理设计澄清石灰软化砂滤或添加混凝剂或絮凝剂后进行多介质过滤微滤或超滤2.6.5 针对天然有机物的反渗透预处理设计澄清石灰软化活性碳过滤微滤或超滤2.6.6 针对有微生物滋长的反渗透预处理设计名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 14 页 -化学杀菌剂石灰软化紫外杀菌微滤或超滤保持水流动尽量减少死角2.6.7 由于预处理系统设计或操作不当而人为造成的常见污染在市政水厂添加化学药剂阳离子聚合物氯化铝或氯化铁正磷酸锌添加了互不相容的化学药剂氧化剂3.反渗透系统的故障诊断和运行数据的标准化3.1 反渗透系统的

7、故障及其诊断确定问题：您的反渗透系统是否运转不正常？您的反渗透系统是不是正常停机中停用时间过长？您的反渗透预处理或化学加药系统是否正常？确定您是否在适当的进水温度、TDS 或这 pH 条件下使用？确定您的水流量和水回收率是否适当？确定压降(进水 浓水)是否正常？确定所有的仪器仪表是否校准？对产水流量和产水水质进行标准化。逐段及逐个压力容器测量产水水质。检查每只压力容器密封件有无损坏。检测反渗透进水的保安过滤器是否含有污染物？检测反渗透膜元件是否被污染或被损坏。采样并分析反渗透进水、浓水和各段产水及总产水水质数据。将分析所得水质数据与反渗透设计的计算值相比较。以标准化后产水水质、流量及压降的变化

8、为基础，确定可能的污染物。对预测的污染物及垢质进行清洗。分析清洗液中所含的污染物以及清洗液的顔色和pH 值变化。将反渗透膜元件送出进行非破坏性的分析，并确定清洗方案。最后的手段是进行膜元件解剖分析和实验分析以确定污染物。3.2 常见反渗透污染现象3.2.1 膜降解名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 14 页 -水解(由过低或过高pH 值造成)氧化(Cl 2,H 2 O 2,KMnO 4)机械损坏(产水背压、膜卷突出、过热、由于细碳料或砂料造成的磨损)3.2.2 沉淀物沉积碳酸垢(Ca）硫酸垢(Ca,Ba,Sr)硅垢(SiO 2)3.2.3 胶体沉积金属氧化物(Fe,Z

9、n,Al,Cr)污泥3.2.4 有机物沉积天然有机物(腐殖物和灰黄素)油类(泵密封泄漏，新换管道)过量的阻垢剂或铁沉淀过量的阳离子聚合物(来源于预处理的过滤器)3.2.5 生物污染复合膜(CPA,ESPA,ESNA)表面形成生物粘泥细菌对醋酸膜(CAB)的浸蚀藻类真菌3.3 反渗透污染症状3.3.1 系统进水与浓水间压降增加3.3.2 反渗透进水压力发生变化3.3.3 标准化后的产水流量变化3.3.4 标准后的盐透过率发生变化3.4 反渗透故障诊断一览表可能的原因可能的发生地点进水与浓水间压降产水流量盐透过率金属氧化物第一段正常或增加降低正常或增加胶体污染第一段正常或增加降低正常或增加结垢最后

10、一段增加降低增加生物污染任何一段正常或增加降低正常或增加有机污染所有各段正常降低降低或增加氧化物(如 Cl2)第一段最严重正常或降低增加增加名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 14 页 -磨损(碳粒、污泥粒)第一段最严重降低增加增加O 型圈或粘结部位泄漏随机分布正常或增加正常或增加增加回收率过高所有各段降低正常或降低增加3.5 如何减少故障和降低反渗透清洗频率3.5.1 在取得水质全分析的基础上设计反渗透系统3.5.2 在进行设计前确定RO 进水的SDI 值3.5.3 如果进水水质变化，需要作出相应的设计调整3.5.4 必须保证足够的预处理3.5.5 选择正确的膜元件

11、，CAB 或 LFC1 膜对于处理比较复杂的地表水或污水可能更为适用3.5.6 选择比较保守的水通量3.5.7 选择合理的水回收率3.5.8 设计足够的横向流速及浓水流速3.5.9 对运行数据进行标准化3.6 反渗透系统的标准化使用计算机和和程序来分析产水水质和产水水量在一段时间内的变化趋势，监测反渗透系统的运行然后可以初步掌握“该反渗透系统是否运转正常？”有助于反渗透系统故障排除3.6.1 标准化由于下列原因导致反渗透系统性能变化：基本设计参数如温度、使用年限、进水TDS、回收率、水通量等发生变化 (即：系统发生变化是正常的)膜元件发生污染或结垢(即：需要清洗！)膜元件降解 (即：需要购买新

12、膜更换)3.6.2 标准化定义标准化：将现在经过计算的操作数据(标准化后的产水流量和标准化后的脱盐率)和原来选定的基准参考时间的操作参数进行比较的过程。标准化的流量：如果系统进行条件与初投运时相同，现在理论上所能达到的流量。标准化后的脱盐率：如果系统运行条件与初投运时相同，现在理论上所能达到的脱盐率参考点：A.初投运时(稳定运行或经过24 小时)(优先选用)B.反渗透膜元件制造厂商的标准参数3.6.3 标准化后的一般特征通常 CAB 膜元件盐透过率每年增加33%通常 CPA 膜元件盐透过率每年增加1017%通常反渗透膜元件产水流量每年减少410%名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第

13、 6 页，共 14 页 -标准化的真正意义在于了解变化趋势，而不是评价某一天的变化前一次有效清洗后，标准化后的流量或产水水质下降15%或压降增加15%时，建议进行再清洗3.6.4 标准化实例 系统运行数据进水温度进水TDS产水TDS脱盐率产水流量浓水流量回收率进水压力浓水压力产水压力 P(进水减产水压力)P(进水减浓水压力)日期ppmppm%gpmgpm%psipsipsipsidpsid1-Jan205401098.13001007521015010200602-Jan19530998.3250837519513510185603-Jan23550998.430010075250190502

14、00604-Jan18570998.4280937520014010190605-Jan18570998.430010075240180102306015-Jan186001497.7300100752801901027090初投运时20.65501597.3300100752161581020658注：1gpm=3.785 L/min4.反渗透膜的清洗、消毒及保存目的：保证反渗透系统的正常运行目的：延长反渗透膜元件使用寿命什么时候需要清洗及消毒如何清洗消毒及用何种药品进行清洗消毒4.1 什么时候需要清洗反渗透系统当标准化后的产水流量比上次清洗后减少1015%当标准化后的产水水质比上次清洗后降

15、低1015%当标准化后的压降比上次清洗后增加1015%在长期停用前作为日常的维护4.2 需要清洗什么碳酸钙垢硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢水合金属氧化物垢(铁、锰、镍、铜等)硅垢胶体沉积物(无机)胶体沉积物(无机、有机混合物)有机沉积物(自然产物)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 14 页 -有机沉积物(人为产物)生物滋长(细菌、真菌、霉菌等)注意：通常您需要清洁的是上述几种污染物的混合物4.3 如何选择清洗药剂确定污染物与膜制造厂商、工程公司或反渗透专用化学药剂供应商联系选择通用型或专用型化学清洗药品现场收集信息并进行清洗(实验及校正方法)向反渗透专用药剂供应商提供膜元

16、件以供实验室分析之用考虑药品成本4.4 选择和使用化学清洗剂时的注意事项遵循制造厂商推荐的关于药剂品种、剂量、pH 值、温度及接触时间的指导原则最佳的清洗效果最小限度地使用强烈化学试剂对于 CPA、ESPA 膜通常pH 范围为410 对 CPA、ESPA、膜最大pH 范围为212 在推荐温度清洗，一般在3040 下清洗最好需要考虑排放对环境的影响不要将酸碱混合用高 pH 的产水冲洗清洗剂如果出现油污染，开始时不要使用低pH 值溶液清洗4.5 复合膜最常用的清洗配方污染物清洗溶液碳酸钙、磷酸钙、金属氧化物(铁)pH 值 4.0，2%柠檬酸溶液+氨水，温度 40，有时也可用 pH23的盐酸水溶液清

17、洗硫酸钙、混合胶体、小分子天然有机物、微生物pH 值 10.0，2%三聚磷酸钠溶液，温度40，有时也可用pH 小于 10 的 NaOH 水溶液清洗大分子天然有机物、微生物pH 值 10.0，2%三聚磷酸钠溶液，0.25%十二烷基苯磺酸钠溶液，温度 40 4.6 醋酸膜最常用的清洗配方污染物清洗溶液碳酸钙、磷酸钙、金属氧化物pH 值 4.0，2%柠檬酸溶液，0.1%非离子清洗剂，温度35 硫酸钙、混合胶体、小分子天然有机物pH 值 7.5，2%三聚磷酸钠溶液，0.8%Na-EDTA溶液，0.1%的非离子清洗剂，温度35 大分子天然有机物pH 值 7.5，0.5%过硼酸钠溶液，0.1%非离子清洗剂

18、，温度35 生物滋长pH 值 7.5，2%三聚磷酸钠溶液，0.25%Na-DBS溶液，温度35 4.7 二氧化硅垢的化学清洗名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 14 页 -对沉淀在膜上的溶解性硅，在不损坏膜的前提下很难去除在清洗前应询问膜厂商较高的冲洗流速有利于冲刷掉污垢反复地循环、浸泡有助于除垢对于 CPA 膜，高pH 值 1012 的碱性溶液和40 温度有助于硅垢的去除4.8 复合膜生物污染的清洗珊瑚礁综合症：无机垢、金属氧化物、胶体物质、有机物质、活的及死的细菌、生物粘泥、真菌等复杂混合物。4.8.1 解决办法一低 pH 清洗高 pH 清洗生物杀菌剂消毒4.8.

19、2 解决办法二利用能破坏粘泥的杀菌剂消毒高 pH 值清洗每周停运杀菌一次，每次使用生物杀菌剂消毒2030 分钟4.9 细菌的控制和杀除4.9.1 浓水中细菌浓度控制规则：如果每毫升log cfu，认为细菌数量已得到控制如果每毫升4 6log cfu，应引起注意如果每毫升达到6log cfu 或细菌数量上升，应着手处理问题消毒：指细菌99.9%(3 log)杀菌：指细菌减少99.9999%(6 log)灭菌：指细菌减少99.9999999%(9 log)杀菌剂：杀灭细菌生物抑制：阻止细菌生长粘泥破坏剂：破坏生物粘膜的数量注意：4log=10,000=10 4,6log=1,000,000=10

20、6 4.10 反渗透化学杀菌剂应有的特性杀除细菌去除生物粘膜最少接触时间对膜危害最小无毒性及无环境危害性可以安全地操作名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 14 页 -合理的价格4.11 杀菌剂的杀菌速度(条件为20 时去除99.9999%的孢菌)杀菌剂接触时间2%甲醛溶液12 小时100ppm的次氯酸钠溶液7 小时0.2%的过氧化氢溶液25 小时5%的过氧化氢溶液23小时10%的过氧化氢溶液12小时1%过氧化氢和400ppm的过醋酸溶液0.51小时4.12 复合膜(CPA,ESPA,ESNA)元件消毒用杀菌剂4.12.1 甲醛剂量：0.11.0%在美国认为该药剂有一定

21、毒性对于新膜，必须在操作24 小时后才可使用，否则会导致不可恢复的水通量损失可用做长期贮存时的杀菌液4.12.2 异噻唑啉剂量：1525ppm Rohm&Haas(罗门哈斯)的“Kathon”或 Betz 公司的“Simicide C-68”可用做长期贮存时的杀菌液4.12.3 亚硫酸氢钠剂量：500ppm，使用3060 分钟1.0%的溶液可用于长期贮存4.12.4 过氧化氢/过乙酸剂量：0.2%(两种化合物之和)pH：34(高 pH 值会引起膜氧化)温度：25 (最高)如果存在铁或过渡金属，会引起CPA 膜氧化反复循环2030 分钟/浸泡 2 小时/随后冲洗对于破坏生物粘膜可能需要4 个小时

22、的接触时间是有效、迅速的氧化型杀菌剂对于破坏生物粘膜比较有效本杀菌液不适用于长期贮存4.13 醋酸膜(CAB 膜消毒用杀菌剂)4.13.1 游离氯名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 14 页 -剂量：在pH 值 56 时，采用0.11.0ppm 剂量连续加入剂量：二周一次，每次使用5ppm 消毒 1 小时与腐蚀产物(铁)反应会造成膜损伤如果存在铁，建议可以使用最高浓度为10ppm 的氯胺溶液代替0.11.0ppm 的溶液可以用做长期贮存时的杀菌剂4.13.2 甲醛剂量：0.11.0%可用做长期贮存时的杀菌剂4.13.3 异噻唑啉剂量：1525ppm 可用于长期贮存时

23、的杀菌剂4.14 反渗透系统化学清洗的一般方法4.14.1 冲洗反渗透膜组件排除运行过程中剩余浓水和给水通道中的污染物4.14.2 清理清洗装置如水箱、管路、新使用的保安过滤器等4.14.3 配制清洗溶液使用反渗透产品水(至少是软化水)混合均匀调节至所需pH 值调节至所需温度对于正常污染情况，每根4 40 膜元件配制2.2 加仑溶液对于正常污染情况，每根8 40 膜元件配制8.7 加仑溶液对于严重污染的情况，可将溶液体积加倍4.14.4 在第一段引入清洗溶液反渗透进水入口处最大压力为60psi(减少已松脱的污染物被冲回膜表面的可能)单只膜元件最大压降1015psi，以防止膜卷突出将置换出的水排

24、入下水通道将最初20%已污染的/变色的化学清洗溶液排入下水通将于净的化学清洗溶液再循环至清洗箱将渗出的少量产品水再循环至清洗箱如果 pH 值变化超出0.5 单位，则需要重新调整pH 到指定范围4.14.5 低流量循环名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 14 页 -循环 515 分钟每根 4 的压力容器流量为3 gpm(11.4 升/分钟)每根 8 的压力容器流量为12 gpm(45.5 升分钟)尽量减少冲洗下来的污染物对进水通道的阻塞4.14.6 中等流量循环循环 515 分钟每根 8 的压力容器流量为6 gpm(22.7 升/分钟)每根 8 的压力容器流量为24

25、gpm(90.9 升/分钟)4.14.7 第一次大流量循环循环 3060 分钟每根 4 的压力容器流量为810 gpm(30.337.9 升/分钟)每根 8 的压力容器流量为3540gpm(132.5151.4 升/分钟)4.14.8 浸泡(选择使用)对于 CPA、ESPA 和 CAB 膜的轻度污染可浸泡12 小时对于严重污染的CPA 膜，需浸泡过夜(为保持温度可能需要维持正常流量10%的循环流量)浸泡有利于污染物的去除应当在必须的情况下才进行浸泡，原则上应尽量减少化学试剂与膜的接触时间4.14.9 第二次高流量循环(选择使用)循环 1560 分钟按需要浸泡及循环4.14.10 冲洗使用与清洗

26、溶液pH 值及温度相同且与系统容积相同量的反渗透产品水冲洗，并将出水排入下水通道然后使用未调节过的反渗透产品水反复冲洗保证化学清洗液全部被洗出4.14.11 使用第一种杀菌溶液(选择使用)按照标准配制杀菌液采用中等流量在已清洗各段的反渗透装置中循环1560 分钟浸泡 12 小时或按需要而定用反渗透产品水冲洗4.14.12 利用第二种清洗液进行清洗(选择使用)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 14 页 -先用低pH 溶液清洗，再用高pH 溶液清洗4.14.13 使用第二种杀菌溶液(选择使用)4.14.14 最终冲洗通常冲洗1030 分钟使用经过前处理的进水低压冲洗直

27、至浓水不再有气泡直至浓水电导与进水电导相同4.14.15 运行前冲洗与正常运行操作条件相同，但是产品水排入下水通道直至产水水质达到所需标准4.15 复合膜(ESPA、CPA)在反渗透压力容器中的保存4.15.1 ESPA、CPA 膜的短期保存通常保存时间为15 天(由细菌的繁殖活性决定)使用给水进行正常的停运冲洗和排气每 5 天重新冲洗一次(最多保存30 天)使用 1%的亚硫酸氢钠溶液冲洗可以减少生物污染的可能性4.15.2 ESPA、CPA 膜的长期保存通常指30 天以上的保存清洗反渗透膜元件使用适宜的杀菌剂冲洗及保存(0.15%异噻唑啉，1%亚硫酸氢钠或0.11.0%甲醛)如果温度27 ，

28、每 30 天使用杀菌剂再冲洗及保存如果温度28 ，每 15 天使用杀菌剂再冲洗及保存4.16 醋酸膜(CAB)在反渗透压力容器中的保存4.16.1 CAB 膜的短期保存通常间隔时间为15 天(由细菌的繁殖活性决定)进行正常的停运冲洗及排气使用酸化的进水在进水和浓水中保持pH56 和 0.10.5ppm 的余氯每 2 天重新冲洗(最多保存30 天)一次4.16.2 CAB 膜的长期贮存通常指30 天以上的保存清洗反渗透膜元件使用适宜的杀菌剂冲洗及保存(0.15 异噻唑啉，1%亚硫酸氢钠0.11.0%甲醛)如果温度27 ，每 30 天使用杀菌剂再冲洗及保存名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 14 页 -如果温度28 ，每 15 天使用杀菌剂再冲洗及保存名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 14 页 -