反滲透設備預處理系統設計原則

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  • 來源:東莞水處理公司

反滲透設備中預處理設計的是否合理直接關乎整套設備的產水品質和運行性能,根據原水情況,使用有效的預處理工藝,以保證水質達到反滲透膜的進水標準。

一、難溶無機鹽類成份的反滲透預處理系統設計

離子交換軟化:此工藝在系統未選擇投加有機阻垢劑時且原水硬度含量較低及有一定的鋇、鍶離子含量水源時,被經常采用。一般說來,目前此工藝在小型反滲透裝置的預處理系統和用于飲用水凈化的反滲透純凈水制備系統應用最多。

石灰軟化輔助投加鎂劑:此工藝在原水碳酸鹽硬度和溶解二氧化硅含量較高的大型反滲透系統中往往被采用。一般說來,該方法可將原水碳酸鹽硬度降低到100mg/l左右,與此同時原水中溶解的二氧化硅含量也可以去除50~60%左右。此工藝在處理水質較差的地表水和工業循環水時應用居多。

給水中計量投加阻垢劑:由于該工藝對原水和現場條件的適用性強,實現自動控制容易,裝置運行可靠,故此在大型反滲透系統和原水難溶無機物含量較高的系統中被廣泛采用。

目前在新建的反滲透系統中,投加的阻垢劑多見于國外進口產品,該類阻垢劑的共同特點是稀釋及投加均十分方便,該藥劑對水中的多種難溶物質均具有較高的分散能力,藥劑生產廠商甚至可以保證在R/O濃水系統LSI或S&DSI指數高達+2.5~+3.0時仍不結垢,另外,CaSO4、SrSO4、BaSO4、CaF2的飽和度而因此可以分別擴展2.3、8.0、60、100倍;并且有的阻垢劑與預處理系統中投加絮凝劑兼容。

而在過去國內被作為阻垢劑經常使用的六偏磷酸鈉,由于其具有溶解不便、受溫度影響、不十分穩定、分散能力較差等缺點而正在被逐漸取代。另外,六偏磷酸鈉水解后生成的磷酸根離子和磷酸鹽垢,很可能成為原水中所含有微生物的營養劑,從而促進了微生物在反滲透系統內繁衍,這也是六偏磷酸鈉正在被用戶逐漸棄用的原因之一。無論是選用哪一種阻垢劑,在應用時應特別注意其濃水系統中LSI和S&DSI值的控制,保證系統安全運行。

弱酸型陽離子交換脫堿軟化:該法在原水含鹽量較高和堿度成分高(占陰離子含量70%以上時)的大型反滲透系統中應用居多。但經過此工藝處理后,被處理水PH值較低(4~5),這樣往往會由于反滲透系統的無機酸透過量增加,而使反滲透系統脫鹽率較低;即便再對脫碳后的被處理水進行調節PH值處理或采用不脫除二氧化碳的工藝,其脫鹽率也無法達到原來較為理想的水平。盡管如此,該工藝在高鹽量、高堿度的水質條件情況下還是得到了較多的應用。

二、溶解硅含量較高的反滲透預處理系統設計

對此種水源條件下運行的反滲透預處理系統設計一般有如下幾種方法:

在現場條件允許的情況下,通過系統內設置的換熱器將給水溫度調整至28~35℃左右,進而提高水中硅酸化合物的溶解度,并與控制系統水回收率的工藝設計相結合,來確保反滲透系統在運行過程中無硅膠垢形成.這是在工程中經常采用的方法。在此種條件下,一般應注意將反滲透濃水系統的二氧化硅的含量控制在150mg/l以下。

采用石灰預軟化和投加鎂劑(菱苦土)相結合的方法除硅。該方法可以將溶解在原水中的二氧化硅去除60%以上,另外,本工藝在用戶實際操作時比較麻煩,故此本工藝在小型水處理系統中應用很少,而在大型反滲透系統中被廣泛采用。

投加硅分散劑。目前,由于進口硅分散劑的優越性能而導致該方法在國內最近開工的大型反滲透工程中已被廣泛采用。從藥劑供應商提交的技術文件和相關信息來看,在應用時,有的甚至允許反滲透濃水系統二氧化硅的含量達到240~290PPM左右。

但對一個反滲透系統設計者來說,具體工程中反滲透濃水系統二氧化硅的所允許的最高含量,應根據具體投加藥劑所允許的技術指標和符合現場條件的藥劑投加計算軟件的模擬結果而最終確定。

三、含有金屬氧化物的反滲透預處理系統設計

在預處理系統中設置對原水的預氧化工藝,然后通過混凝、沉降和砂濾或錳砂過濾等工藝,將原水中的鐵、錳離子及其化合物去除。

在預處理系統中,增設石灰預軟化和混凝、澄清、沉降的組合處理工藝一般均可以將原水中的大部分金屬氧化物去除。

采用電化學凝聚、沉降和多介質過濾的預處理組合工藝,也可將水中的絕大部分鐵金屬氧化物去除。

投加化學分散劑。在可以有效地防止無機鹽結垢的同時,還可以防止一定量的金屬氧化物在反滲透膜系統中的沉積。

四、含有天然有機物的反滲透預處理系統設計

在預處理系統中,設置石灰預軟化、混凝、澄清組合處理工藝,然后再通過多介質過濾和細砂過濾的工藝處理,以去除原水中的被吸附的天然腐殖質有機物。該工藝在地表水和循環水脫鹽凈化處理的大型反滲透預處理系統中被廣泛采用。

在預處理系統中設置活性炭吸附過濾工藝,去除原水中尚存的有機物。該工藝在中小型反滲透預處理被經常采用,尤其在純凈水生產和生活飲用水凈化系統中應用最多。

在預處理系統中增設有機物清掃器工藝,以便較為徹底地去除原水中的有機物。該工藝在電子行業的超純水系統和原水為江、河、湖水,水中有機物含量相對較多或成分也較為復雜的反滲透預處理系統中多被采用。

將微濾器(0.2μm)和超濾器(截留分子量在6000~20000)作為清除有機物的預處理設備使用,該工藝在小型反滲透系統中被經常使用。

在預處理系統中以納濾膜分離設備作為反滲透系統的預處理設備,可以將分子量在200以上的有機物和微生物、病毒、熱源去除。在二級海水淡化系統中和以地表水為水源的超純水制備系統及生活飲用水凈化系統中應用較多。

五、含有微粒和膠體的地表水的反滲透預處理設計

在預處理系統中設置石灰預軟化工藝,并在澄清器中輔助投少量的鋁酸鈉,以增加澄清效果。

在多介質過濾或細砂過濾等預處理工藝環節之前,增設投加混凝劑/助凝劑、沉降、澄清等預處理組合工藝。

在反滲透膜分離系統之前,設置微濾或超濾預處理設備,以去除原水中該類污染物。

反滲透膜系統不允許有大于5微米的顆粒物質進入,因為反滲透給水中的顆粒物質在系統運行過程中會把反滲透膜的超薄屏障層滑傷,進而導致膜系統鹽透過率增加和系統脫鹽率下降。

六、含有細菌及微生物或系統已有微生物滋長的反滲透預處理系統設計

在反滲透給水系統上間斷投加被允許使用的非氧化性化學殺菌劑,

在反滲透預處理系統中增設紫外線消毒工藝。

在預處理系統中增設微濾或超濾工藝。

優化反滲透裝置的結構設計,減少微生物的孳生地帶;如在反滲透裝置配管設計時,盡量減少水流死角;再如在設計系統連接管道時,盡量減少在停機時造成部分管道局部積水狀態的高-低-高形式的設計和連接;在適當的管道低段增設排放閥等。

在處理湖、河及海水時,在預處理系統中設計投加硫酸銅(0.1PPM)工藝,以控制微生物、藻類的生長和污染。

一般說來,反滲透系統要求原水細菌總數要控制在10000cfu/ml以下。

七、城市自來水或自備水源的反滲透處理系統設計

在預處理系統中考慮設置還原劑(亞硫酸氫鈉)計量投加裝置或設置活性炭吸附過濾器,用以消除給水尚存的自由氯,以防止由于水中氧化性物質的長期存在而導致的反滲透膜的表面活性層性能退化。一般說來,在小型反滲透系統中均選擇設置活性炭過濾器,而在大型系統中一般都考慮在預處理系統中計量投加還原劑。

在選擇系統需投加的阻垢劑品種時,應考慮所投加的阻垢劑與給水前期投加的絮凝劑和凝聚劑是否兼容。

一般從歷史上看,為了保證混凝效果,在之前一般以地表水為水源的自來水廠和自備水源系統中,都選用了投加陽離子絮凝劑,故此,在為反滲透系統選擇阻垢劑時,一定要注意藥品的兼容性,若一旦原水在預處理過程中使用了陽離子型絮凝劑,在后續反滲透系統中就要堅決避免使用陰離子型阻垢劑;若不能避免,則后續工藝投加陰離子阻垢劑就可能與過濾水中尚存的陽離子型絮凝劑發生反應,且由于藥劑投加而形成的反應物會以膠體化合物的形式沉積在膜表面上,進而對反滲透膜形成污染。目前,在市場上一些國外藥劑生產廠家一般都能提供與其阻垢劑相兼容的有機絮凝劑,這樣系統使用起來就特別安全。

八、含有二價鐵、錳和硫化氫及氨鹽的反滲透預處理系統設計

當將反滲透系統處理處于還原狀態、且含有鐵錳離子的原水時,設計者更應該注意防止鐵錳氧化物形成的膜污染。這是因為原水在經過預處理氧化工藝處理后-即當水中氧含量在5PPM以上時,二價鐵、錳離子會變成不溶性氫氧化物的溶膠,雖然一般情況下通過混凝、沉降及介質過濾等組合工藝可將該類污染物去除。

然而,在實際的反滲透水處理工程中,鐵在反滲透膜系統中污堵的產生案例往往很多。多年的工程實踐表明,當原水PH值為7.7以上時,即便反滲透給水中鐵含量為0.1PPM、且在SDI測試值小于5的情況下,也可能發生鐵的膜污染問題,這是因為鐵的氧化速率與鐵含量,水中溶解氧的濃度及PH值等因素密切有關,所以在預處理系統中應注意對原水中鐵離子含量的控制。

工程實踐證明:一般情況下,原水PH值較低時,反滲透給水中鐵離子的允許含量可以稍高:在原水PH值<6.0,溶解氧含量<0.5ppm,原水鐵含量在4ppm以下時,反滲透膜系統基本上不可能發生鐵污染;當原水溶解氧含量在0.5- 5ppm之間,PH為6.0-7.0時,水中鐵離子的安全允許含量應在0.5ppm以下;當原水溶解氧含量為5ppm以上,且PH >7.7時,反滲透給水中的鐵離子的安全允許濃度僅為0.05ppm。

另外,在處理含鐵的地下水對原水進行氧化處理時,請勿采用加氯工藝,因為水中的鐵在被氯化時所形成的膠體鐵很難去除,進而對反滲透膜形成污染。

地下水中硫化氫可以通過氯化及氧化的方法將之去除,但該方法的實際效果與被處理水源的PH值密切相關。在原水PH低于6.4時,原水加氯可使硫化氫轉變成硫酸成分存在與水中;但在原水PH值高于6.4時,在對原水氯化過程中,會有一部分硫化氫被氧化成膠體硫。

工程實踐證明:在PH為7~10時,兩種反應成分約各占50%。然而,一旦原水系統中有膠體硫形成就非常難以去除,其對反滲透膜的污染較大,所以在實際反滲透工程應用中要特別謹慎。

另外,也可以使原水在進入反滲透系統之前,采用脫氣或氣提的方法將原水中的大部分硫化氫去除。

九、含有微量油和脂的反滲透預處理系統設計

在反滲透給水中不能含有油和脂,因為原水中油和脂的存在均可能會使反滲透膜的芳香聚酰胺活性層在應用過程中發生化學降解,并引起膜性能的退化,同時,油脂在膜表面上的附著更容易使水中的其它污染物在膜表面滯留,從而引起反滲透膜的其它污染。

在進行反滲透系統設計時,當給水中油和脂的含量在0.1PPM以上時,就應根據具體情況選擇油水分離、化學凝聚、活性炭吸附過濾或超濾膜分離等工藝對其進行去除。

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