1、PAGE PAGE 6反滲透技術研究與應用b反滲透技術研究與應用/b摘 要：反滲透技術是目前應用較為廣泛的一類水處理技術。在對反滲透分離原理討論的基礎上,對反滲透技術的現(xiàn)狀和研究進行了總結,并以鍋爐供水系統(tǒng)為例進行系統(tǒng)的討論。并提出反滲透系統(tǒng)安全運行影響因素以及反滲透技術新的發(fā)展方向。關鍵詞：反滲透分離應用 反滲透技術在美國、日本的研究應用較早,我國的研究始于1966年,近年來已得到廣泛應用。反滲透技術最初只用于海水淡化,后來逐步擴大到苦咸水淡化、食品加工、醫(yī)藥衛(wèi)生、飲料凈化、超純水制備等方面,產生了很高的經濟效益。1 反滲透分離原理用一張半透膜將稀溶液(如純水)與濃溶液(如鹽水)隔開,稀溶液

2、會向濃溶液滲透并保持相應的滲透壓,此現(xiàn)象稱為滲透。如果在濃溶液處施加大于滲透壓的壓力,則濃溶液會向稀溶液一側滲透,此現(xiàn)象稱為反滲透。一般反滲透膜微孔尺寸在1OA左右,操作壓力為1.0-10.0MPa,切割分子量小于500,能截留鹽或小分子量有機物,可使水中離子的含量降低96%-99%。反滲透的去除性能一般有如下規(guī)律:(1)高價離子去除率大于低價離子A13+Fe3+Mg2+Ca2+Li+(2)去除有機物的特性受分子構造與膜親和性影響分子量:高分子量低分子量親和性:醛類酸類胺類側鏈結構:第三級異位第二級第一級(3)對分子量300的電解質、非電解質都可有效的除去,其中分子量在100-300之間的去除

3、率為90%以上。2 膜污染近年來,反滲透以其操作簡單、可靠性高、不產生二次污染等特點而得到了廣泛的應用。然而反滲透經長期運行,在膜上濃水側會積累膠體、金屬氧化物、細菌、有機物、水垢等物質,造成膜污染,引起系統(tǒng)脫鹽率下降,出水量降低,壓差增大等問題。因此,當反滲透性能下降到一定程度時,就應對膜進行及時有效地清洗,避免造成嚴重膜污染而難以恢復系統(tǒng)是否需要清洗可根據產水量、脫鹽率、壓差變化來判斷。3 反滲透技術應用實踐20世紀末,反滲透水處理的市場份額以每年18%的速度增長,它與許多高科技產品一樣,技術含量高,科技附加值高,易操作,使用方法易掌握。反滲透用途幾乎涵蓋了所有工業(yè)部門,廣泛應用于電力、化

4、工、石油、飲料、制藥、電子、冶金等行業(yè)。包括水的脫鹽,由苦咸水和海水制取飲用水,輔助處理過程的凈化,高純漂洗水的生產,化學制造業(yè)所接觸的水,食品和飲料的生產,工業(yè)污水的凈化等。不同行業(yè)所處理的水質情況不同。在反滲透的使用中,必須重視反滲透裝置的長期安全經濟運行,其經濟可行性很大程度上取決于其能達到的最高透過速率和膜壽命。在反滲透運行過程中,當系統(tǒng)設計合理的情況下,并排除設備機械損壞(如O形環(huán)的損壞)等因素,由于水質千差萬別,若運行控制不當,必然會導致膜的污染,嚴重的會導致整個反滲透裝置的報廢,會造成巨大的經濟損失。應對不同水質的實際情況設計出合理的反滲透系統(tǒng),掌握正確的反滲透操作方法和運行技術

5、,以保證反滲透設備的安全經濟運行。下面以一套用于鍋爐補給水的反滲透系統(tǒng)的應用情況討論。1、系統(tǒng)概述本系統(tǒng)的產水用于鍋爐補給水。采用軟水系統(tǒng)的出水(軟水)作為反滲透水處理系統(tǒng)的水源。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。2 系統(tǒng)設計及應用實踐自然界的天然水的水質千差萬別,不同的水源水質及對水處理后的不同用途,需采用不同的水處理工藝,水處理系統(tǒng)。合理的水處理系統(tǒng)是保證設備安全經濟運行的前提和基礎,根據以上原則首先對水源(軟水)水質進行了分析。根據所分析水質特點的結果,采取了上述的水處理工藝。2.1 加酸系統(tǒng)雖然在本系統(tǒng)選用的進口阻垢劑阻垢效果非常好,但原水經過石灰軟化后,PH值將達到910,反滲透裝置濃水側仍存

6、在結垢傾向,所以本系統(tǒng)配置一套加酸系統(tǒng)調節(jié)反滲透進水PH值至7.2左右,以降低濃水的LSI值,保證反滲透裝置的長期可靠運行。2.2 熱交換器熱交換器的作用是使原水維持在一定的溫度范圍之內,以利于保證反滲透系統(tǒng)出力的穩(wěn)定。反滲透系統(tǒng)的出力受進水水溫的變化影響較大,在進水壓力穩(wěn)定的條件下,水溫每變化1e,其產水量大致增減2.7%。為了避免因水溫較低而造成反滲透系統(tǒng)產水水量的下降的情況出現(xiàn),就必須加熱進水使其維持在20e25e左右。在冬季水溫低時,熱交換器的出水水溫由熱交換器上的溫度控制調節(jié)單元完成,水溫控制在25e左右。2.3 氧化劑(NaClO次氯酸鈉)加藥裝置對于反滲透系統(tǒng)而言,需要配置嚴格的

7、預處理工藝。加氧化劑的作用是提供足夠量的氧化性的NaClO,用于原水的滅菌、滅藻、氧化有機物,其目的是保證反滲透系統(tǒng)免遭生物的污染。為了達到以上目的,一般需加入1310-6的有效氯。一般投入市場上出售的NaClO溶液,其有效氯濃度為8%12%。2.4 凝聚劑(PAC)加藥裝置該裝置的作用是為系統(tǒng)投加適量的凝聚劑,將原水中的懸浮物、有機物、膠體等凝聚成大顆粒的礬花,以便其在多介質過濾器中被有效地去除。由于系統(tǒng)進水受有機物污染,本系統(tǒng)投加了氧化劑,以破壞和降解有機物。水中還有其它雜質,如懸浮物和膠體等雜質,這些雜質一般帶有一定量的同性電荷,它們相互排斥,難以自動聚成大顆粒。PAC(聚合氯化鋁)是長

8、鏈的高分子聚合物,在水中可形成帶電荷的Alx(OH)3x-yy長鏈多功能基因,它具有壓縮膠體雙電層的作用,同時對異性電荷也起到中和的作用,而且每一個基因都可以吸附水中分散的懸浮物、有機物、膠體等小顆粒雜質,使其凝固成大顆粒的礬花,然后通過介質過濾器將其除去。為了增加水中水中雜質顆粒到達凝聚劑Alx(OH)3x-yy基因表面而被吸附的機會,應適當?shù)剡M行攪動混合,因此本系統(tǒng)PAC的加入點選擇在多介質過濾器的進水母管上,且隨后裝設靜態(tài)管道混合器。2.5 多介質過濾器多介質過濾器是反滲透系統(tǒng)的重要預處理裝置,它的作用是濾除原水帶來的細小顆粒!懸浮物、膠體、有機物等雜質,以及經一級加藥后形成的礬花,從而

9、保證其出水SDI(污染指數(shù))。2.6 活性碳過濾器此設備的主要作用是有效去除水中殘余的游離氯,本系統(tǒng)根據需要前面設計了加氯系統(tǒng),經加氯后,水中會有殘余氯,而殘余氯是強氧化劑,會對反滲透膜造成損害,因此必須除去?；钚蕴坑泻芎玫某刃Ч?。2.7 反沖洗動力裝置本設備在系統(tǒng)中的作用是為多介質過濾器提供充足的壓縮氣體,用于多介質過濾器反沖洗時的氣體擦洗。在多介質過濾器運行過程中,其濾料表面會粘附大量的雜質,甚至造成濾料結成泥球。若只用水進行沖洗很難湊效；而采用壓縮氣體進行鼓泡擦洗,同時借助水的作用,則很容易將濾料表面粘附的雜質或泥球剝落或打散,然后由水流帶出,從而提高多介質過濾器反沖洗的效果。2.8

10、阻垢劑加藥裝置加藥裝置的作用是在經過預處理后的原水進入反滲透系統(tǒng)之前,加入高效率的專用阻垢劑,以防止反滲透濃水側產生結垢。反滲透的工作過程是原水在膜的一側從一端流向另一端,水分子透過膜表面,從原水側到達另一側,而無機鹽離子就留在原來的一側。隨著原水的流程逐漸增長,水分子不斷從原水中取走,留在原水中的含鹽量逐步增大,即原水逐步得到濃縮,而最終成為濃水,從裝置中排出。濃水受濃縮后各種離子濃度將成倍增加。自然水中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-、SiO2等傾向于產生結垢的離子濃度積一般都小于其平衡常數(shù),所以不會有結垢出現(xiàn)，但經濃縮后,各種離子的濃度積都可能大大超過平衡常

11、數(shù),因此會產生嚴重的結垢現(xiàn)象。判斷水結垢的標準:一是對于碳酸鹽垢以朗格利爾(LSI)為基準;當LSI0時結垢;二是對于硫酸鹽垢,是以飽和指數(shù)來確定的,水中陽、陰離子的濃度積與飽和平衡常數(shù)的比值即為飽和指數(shù)。當飽和指數(shù)小于1時不結垢,反之就會出現(xiàn)結垢。2.9 反滲透本體系統(tǒng)本系統(tǒng)的主要作用是把經預處理的水進行膜分離脫鹽。它包括下列單元設備:2.9.1 5L保安過濾器5L保安過濾器的作用是截留原水帶來的大于5L的顆粒,以防止其進入反滲透系統(tǒng)。這種顆粒經高壓泵加速后可能擊穿反滲透膜組件,造成大量漏鹽的情況,同時劃傷高壓泵的葉輪。過濾器中的濾元為可更換卡式濾棒,當過濾器進出口壓差大于設定的值(通常為0

12、.070.1MPa)時,應當更換。保安過濾器采用耐腐蝕的304不銹鋼材質外殼。濾棒是由聚丙烯噴熔制成,其特點:1)孔形呈錐形結構;2)過濾能進入深處,形成深層過濾;3)納污量大、壽命長;4)便于快速更換。2.9.2 高壓泵高壓泵的作用是為反滲透本體裝置提供足夠的進水壓力,保證反滲透膜的正常運行。根據反滲透本身的特性,需有一定的推動力去克服滲透壓等阻力,才能保證達到設計的產水量。2.9.3 反滲透本體裝置反滲透裝置是本系統(tǒng)中最主要的脫鹽裝置,反滲透系統(tǒng)利用反滲透膜的特性來除去水中絕大部分可溶性鹽分,膠體,有機物及微生物。經過預處理后合格的原水進入置于壓力容器內的膜組件,水分子和極少量的小分子量有

13、機物通過膜層,經收集管道集中后,通往產水管再注入反滲透水箱。反之不能通過的就經由另一組收集管道集中后通往濃水排放管,排入濃水收集箱。系統(tǒng)的進水、產水和濃水管道上都裝有一系列的控制閥門,監(jiān)控儀表及程控操作系統(tǒng),它們將保證設備能長期保質、保量的系統(tǒng)化運行。本裝置反滲透膜組件均采用世界上最先進的復合反滲透膜,單根膜脫鹽率達99.6%。經過反滲透膜專用計算軟件分析,當設計反滲透裝置的回收率為85%時,每套反滲透配置36根BW30-365型膜組件,分別安裝在6根FRP壓力容器內,成321排列。2.10 反滲透清洗和沖洗系統(tǒng)清洗的作用是根據反滲膜運行污染的情況,配制一定濃度的特定的清洗溶液,清除反滲透膜中

14、的污染物質,以恢復膜的原有特性。無論預處理如何徹底,反滲透經過長期使用后,反滲透膜表面仍會受到結垢的污染。所以本系統(tǒng)設置一套反滲透清洗系統(tǒng),當膜組件受到污染后,可進行化學清洗。它包括一臺5L保安過濾器,一臺不銹鋼清洗泵,一臺清洗箱及一批配套儀表、閥門、管道等附件。沖洗的作用是用反滲透產水置換反滲透膜中停機后滯留的濃水,防止?jié)馑畟葋喎€(wěn)態(tài)的結垢物質出現(xiàn)結垢,以保護反滲透膜。本系統(tǒng)中沖洗水泵與清洗水泵公用。2.11 加氨系統(tǒng)經RO系統(tǒng)處理后的水,雖然已達到出水水質指標,但是鍋爐補水的PH值要求為8.59.2,所以在產品水泵出口處還需要設置加氨系統(tǒng),以調節(jié)鍋爐補給水的PH值至規(guī)定的范圍內。3 反滲透維

15、護運行中應注意的幾個問題3.1 嚴格控制反滲透進水污染指數(shù)污染指數(shù)(淤泥密度指數(shù)SDI)是反滲透進水重要的控制指標,它綜合反映水中懸浮物、膠體、部分生物等所有粒徑大于0.45um的物質含量的一個參數(shù)。一般要求反滲透進水SDI低于4,最大值不超過5。為此,在實際生產中,嚴格控制反滲透前的預處理過程,精確控制過濾器前聚合鋁的加入量,按照過濾器的擦洗要求對過濾器進行擦洗等。在平時的設備運行中,保證了SDI在3以下運行。3.2 規(guī)范系統(tǒng)的操作管理正確的系統(tǒng)操作和維護管理是保證RO系統(tǒng)長期高性能穩(wěn)定運行的關鍵,它包括系統(tǒng)的首次投運和日常開停機操作,膜元件污堵、結垢、堵塞、氧化降解以及水力沖擊破壞等的預防

16、。為此,在系統(tǒng)投運前,對員工進行嚴格的培訓,使每位員工都能按操作規(guī)程熟練規(guī)范的進行操作。在設備運行過程中,認真監(jiān)測反滲透系統(tǒng)的各個運行參數(shù),并做好記錄,發(fā)現(xiàn)問題立即進行分析解決。當設備停運行時,做好反滲透的低壓沖洗等反滲透的保養(yǎng)工作。4 影響反滲透系統(tǒng)安全運行的因素4.1 人的因素設計者應依據水質特點選出膜元件,設備系統(tǒng)的設計應當正確,設備的安全應符合設計要求,經過預處理的水質應能滿足反滲透裝置的要求。反滲透裝置調試人員應能滿足保證條件和保證值,應設定保證安全的警戒值,應建立有效的技術服務支持和預警機制。移交用戶后,操作和管理人員應按規(guī)定的條件運行和監(jiān)測,在運行參量偏離規(guī)定值時應按照規(guī)定的程序

17、處置,操作和管理人員應嚴格遵守安全規(guī)程。以上任何一點做不到,都可能導致系統(tǒng)發(fā)生安全運行問題。4.2 物(設備) 因素反滲透裝置是承受較高工作壓力的設備,如果泵體、管道、閥門和裝置本身的任何部件耐壓不夠,任何金屬部件受到腐蝕損壞,任何非金屬材料發(fā)生老化變質,都有可能引起斷裂、跑冒滲漏,以致系統(tǒng)不能安全可靠運行,另外檢測儀表失靈,加藥系統(tǒng)不可靠,電氣設備性能衰減或絕緣破損,控制系統(tǒng)發(fā)生故障等同樣導致系統(tǒng)不能安全可靠運行。4.3 系統(tǒng)環(huán)境的因素反滲透系統(tǒng)的工作環(huán)境也存在影響系統(tǒng)安全運行的因素,原水可能引起的污染和水質的二次污染,電磁輻射可能引起對控制系統(tǒng)的干擾,噪聲可能對人身心損壞引起疲勞、分神、精力不集中和違規(guī)(習慣性地和不熟悉設備) 操作,化學藥劑可能引起的意外傷害,以及可能的觸電和電弧等等。5 結語RO技術因具有特殊的優(yōu)越性而得到日益廣泛的應用。為了保證反滲透膜組件良好的設計性能和長時間的安全經濟運行，特別是為了保證膜的使用壽命,必須對原水進行合適的預處理，以確保反滲透組件給水質量合格；為了保證反滲透膜安全運行，高壓泵一般選用不銹鋼的高揚程多級離心泵，泵的進口與出口必須分別設置低水壓與高水壓保護；選擇膜材料時應考慮透水量、脫鹽率、pH值適用范圍、耐氯性、機械