反渗透水处理技术

反渗透技术是目前应用较为广泛的一类水处理技术。在对反渗透分离原理讨论的基础上,对反渗透技术的现状和研究进行了总结,并以锅炉供水系统为例进行系统的讨论。并提出反渗透系统安全运行影响因素以及反渗透技术新的发展方向。反渗透技术在美国、日本的研究应用较早,我国的研究始于1966年,近年来已得到广泛应用。反渗透技术最初只用于海水淡化,后来逐步扩大到苦咸水淡化、食品加工、医药卫生、饮料净化、超纯水制备等方面,产生了很高的经济效益。1反渗透分离原理用一张半透膜将稀溶液(如纯水)与浓溶液(如盐水)隔开,稀溶液会向浓溶液渗透并保持相应的渗透压,此现象称为渗透。如果在浓溶液处施加大于渗透压的压力,则浓溶液会向稀溶液一侧渗透,此现象称为反渗透。一般反渗透膜微孔尺寸在1OA左右,操作压力为1.0-10.0MPa,切割分子量小于500,能截留盐或小分子量有机物,可使水中离子的含量降低96%-99%。反渗透的去除性能一般有如下规律:(1)高价离子去除率大于低价离子A13+Fe3+Mg2+Ca2+Li+(2)去除有机物的特性受分子构造与膜亲和性影响分子量:高分子量低分子量亲和性:醛类酸类胺类侧链结构:第三级异位第二级第一级(3)对分子量300的电解质、非电解质都可有效的除去,其中分子量在100-300之间的去除率为90%以上。2膜污染近年来,反渗透以其操作简单、可靠性高、不产生二次污染等特点而得到了广泛的应用。然而反渗透经长期运行,在膜上浓水侧会积累胶体、金属氧化物、细菌、有机物、水垢等物质,造成膜污染,引起系统脱盐率下降,出水量降低,压差增大等问题。因此,当反渗透性能下降到一定程度时,就应对膜进行及时有效地清洗,避免造成严重膜污染而难以恢复系统是否需要清洗可根据产水量、脱盐率、压差变化来判断。3反渗透技术应用实践20世纪末,反渗透水处理的市场份额以每年18%的速度增长,它与许多高科技产品一样,技术含量高,科技附加值高,易操作,使用方法易掌握。反渗透用途几乎涵盖了所有工业部门,广泛应用于电力、化工、石油、饮料、制药、电子、冶金等行业。包括水的脱盐,由苦咸水和海水制取饮用水,辅助处理过程的净化,高纯漂洗水的生产,化学制造业所接触的水,食品和饮料的生产,工业污水的净化等。不同行业所处理的水质情况不同。在反渗透的使用中,必须重视反渗透装置的长期安全经济运行,其经济可行性很大程度上取决于其能达到的最高透过速率和膜寿命。在反渗透运行过程中,当系统设计合理的情况下,并排除设备机械损坏(如O形环的损坏)等因素,由于水质千差万别,若运行控制不当,必然会导致膜的污染,严重的会导致整个反渗透装置的报废,会造成巨大的经济损失。应对不同水质的实际情况设计出合理的反渗透系统,掌握正确的反渗透操作方法和运行技术,以保证反渗透设备的安全经济运行。下面以一套用于锅炉补给水的反渗透系统的应用情况讨论。1、系统概述本系统的产水用于锅炉补给水。采用软水系统的出水(软水)作为反渗透水处理系统的水源。系统工艺流程如图1所示。2系统设计及应用实践自然界的天然水的水质千差万别,不同的水源水质及对水处理后的不同用途,需采用不同的水处理工艺,水处理系统。合理的水处理系统是保证设备安全经济运行的前提和基础,根据以上原则首先对水源(软水)水质进行了分析。根据所分析水质特点的结果,采取了上述的水处理工艺。2.1加酸系统虽然在本系统选用的进口阻垢剂阻垢效果非常好,但原水经过石灰软化后,PH值将达到9－10,反渗透装置浓水侧仍存在结垢倾向,所以本系统配置一套加酸系统调节反渗透进水PH值至7.2左右,以降低浓水的LSI值,保证反渗透装置的长期可靠运行。2.2热交换器热交换器的作用是使原水维持在一定的温度范围之内,以利于保证反渗透系统出力的稳定。反渗透系统的出力受进水水温的变化影响较大,在进水压力稳定的条件下,水温每变化1e,其产水量大致增减2.7%。为了避免因水温较低而造成反渗透系统产水水量的下降的情况出现,就必须加热进水使其维持在20e－25e左右。在冬季水温低时,热交换器的出水水温由热交换器上的温度控制调节单元完成,水温控制在25e左右。2.3氧化剂(NaClO次氯酸钠)加药装置对于反渗透系统而言,需要配置严格的预处理工艺。加氧化剂的作用是提供足够量的氧化性的NaClO,用于原水的灭菌、灭藻、氧化有机物,其目的是保证反渗透系统免遭生物的污染。为了达到以上目的,一般需加入1－3×10-6的有效氯。一般投入市场上出售的NaClO溶液,其有效氯浓度为8%－12%。2.4凝聚剂(PAC)加药装置该装置的作用是为系统投加适量的凝聚剂,将原水中的悬浮物、有机物、胶体等凝聚成大颗粒的矾花,以便其在多介质过滤器中被有效地去除。由于系统进水受有机物污染,本系统投加了氧化剂,以破坏和降解有机物。水中还有其它杂质,如悬浮物和胶体等杂质,这些杂质一般带有一定量的同性电荷,它们相互排斥,难以自动聚成大颗粒。PAC(聚合氯化铝)是长链的高分子聚合物,在水中可形成带电荷的Alx(OH)3x-yy长链多功能基因,它具有压缩胶体双电层的作用,同时对异性电荷也起到中和的作用,而且每一个基因都可以吸附水中分散的悬浮物、有机物、胶体等小颗粒杂质,使其凝固成大颗粒的矾花,然后通过介质过滤器将其除去。为了增加水中水中杂质颗粒到达凝聚剂Alx(OH)3x-yy基因表面而被吸附的机会,应适当地进行搅动混合,因此本系统PAC的加入点选择在多介质过滤器的进水母管上,且随后装设静态管道混合器。2.5多介质过滤器多介质过滤器是反渗透系统的重要预处理装置,它的作用是滤除原水带来的细小颗粒!悬浮物、胶体、有机物等杂质,以及经一级加药后形成的矾花,从而保证其出水SDI(污染指数)。2.6活性碳过滤器此设备的主要作用是有效去除水中残余的游离氯,本系统根据需要前面设计了加氯系统,经加氯后,水中会有残余氯,而残余氯是强氧化剂,会对反渗透膜造成损害,因此必须除去。活性炭有很好的除氯效果。2.7反冲洗动力装置本设备在系统中的作用是为多介质过滤器提供充足的压缩气体,用于多介质过滤器反冲洗时的气体擦洗。在多介质过滤器运行过程中,其滤料表面会粘附大量的杂质,甚至造成滤料结成泥球。若只用水进行冲洗很难凑效；而采用压缩气体进行鼓泡擦洗,同时借助水的作用,则很容易将滤料表面粘附的杂质或泥球剥落或打散,然后由水流带出,从而提高多介质过滤器反冲洗的效果。2.8阻垢剂加药装置加药装置的作用是在经过预处理后的原水进入反渗透系统之前,加入高效率的专用阻垢剂,以防止反渗透浓水侧产生结垢。反渗透的工作过程是原水在膜的一侧从一端流向另一端,水分子透过膜表面,从原水侧到达另一侧,而无机盐离子就留在原来的一侧。随着原水的流程逐渐增长,水分子不断从原水中取走,留在原水中的含盐量逐步增大,即原水逐步得到浓缩,而最终成为浓水,从装置中排出。浓水受浓缩后各种离子浓度将成倍增加。自然水中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-、SiO2等倾向于产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数,所以不会有结垢出现，但经浓缩后,各种离子的浓度积都可能大大超过平衡常数,因此会产生严重的结垢现象。判断水结垢的标准:一是对于碳酸盐垢以朗格利尔(LSI)为基准;当LSI0时不结垢,LSI0时结垢;二是对于硫酸盐垢,是以饱和指数来确定的,水中阳、阴离子的浓度积与饱和平衡常数的比值即为饱和指数。当饱和指数小于1时不结垢,反之就会出现结垢。2.9反渗透本体系统本系统的主要作用是把经预处理的水进行膜分离脱盐。它包括下列单元设备:2.9.15L保安过滤器5L保安过滤器的作用是截留原水带来的大于5L的颗粒,以防止其进入反渗透系统。这种颗粒经高压泵加速后可能击穿反渗透膜组件,造成大量漏盐的情况,同时划伤高压泵的叶轮。过滤器中的滤元为可更换卡式滤棒,当过滤器进出口压差大于设定的值(通常为0.07－0.1MPa)时,应当更换。保安过滤器采用耐腐蚀的304不锈钢材质外壳。滤棒是由聚丙烯喷熔制成,其特点:1)孔形呈锥形结构;2)过滤能进入深处,形成深层过滤;3)纳污量大、寿命长;4)便于快速更换。2.9.2高压泵高压泵的作用是为反渗透本体装置提供足够的进水压力,保证反渗透膜的正常运行。根据反渗透本身的特性,需有一定的推动力去克服渗透压等阻力,才能保证达到设计的产水量。2.9.3反渗透本体装置反渗透装置是本系统中最主要的脱盐装置,反渗透系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分,胶体,有机物及微生物。经过预处理后合格的原水进入置于压力容器内的膜组件,水分子和极少量的小分子量有机物通过膜层,经收集管道集中后,通往产水管再注入反渗透水箱。反之不能通过的就经由另一组收集管道集中后通往浓水排放管,排入浓水收集箱。系统的进水、产水和浓水管道上都装有一系列的控制阀门,监控仪表及程控操作系统,它们将保证设备能长期保质、保量的系统化运行。本装置反渗透膜组件均采用世界上最先进的复合反渗透膜,单根膜脱盐率达99.6%。经过反渗透膜专用计算软件分析,当设计反渗透装置的回收率为85%时,每套反渗透配置36根BW30-365型膜组件,分别安装在6根FRP压力容器内,成3×2×1排列。2.10反渗透清洗和冲洗系统清洗的作用是根据反渗膜运行污染的情况,配制一定浓度的特定的清洗溶液,清除反渗透膜中的污染物质,以恢复膜的原有特性。无论预处理如何彻底,反渗透经过长期使用后,反渗透膜表面仍会受到结垢的污染。所以本系统设置一套反渗透清洗系统,当膜组件受到污染后,可进行化学清洗。它包括一台5L保安过滤器,一台不锈钢清洗泵,一台清洗箱及一批配套仪表、阀门、管道等附件。冲洗的作用是用反渗透产水置换反渗透膜中停机后滞留的浓水,防止浓水侧亚稳态的结垢物质出现结垢,以保护反渗透膜。本系统中冲洗水泵与清洗水泵公用。2.11加氨系统经RO系统处理后的水,虽然已达到出水水质指标,但是锅炉补水的PH值要求为8.5－9.2,所以在产品水泵出口处还需要设置加氨系统,以调节锅炉补给水的PH值至规定的范围内。3反渗透维护运行中应注意的几个问题3.1严格控制反渗透进水污染指数污染指数(淤泥密度指数SDI)是反渗透进水重要的控制指标,它综合反映水中悬浮物、胶体、部分生物等所有粒径大于0.45um的物质含量的一个参数。一般要求反渗透进水SDI低于4,最大值不超过5。为此,在实际生产中,严格控制反渗透前的预处理过程,精确控制过滤器前聚合铝的加入量,按照过滤器的擦洗要求对过滤器进行擦洗等。在平时的设备运行中,保证了SDI在3以下运行。3.2规范系统的操作管理正确的系统操作和维护管理是保证RO系统长期高性能稳定运行的关键,它包括系统的首次投运和日常开停机操作,膜元件污堵、结垢、堵塞、氧化降解以及水力冲击破坏等的预防。为此,在系统投运前,对员工进行严格的培训,使每位员工都能按操作规程熟练规范的进行操作。在设备运行过程中,认真监测反渗透系统的各个运行参数,并做好记录,发现问题立即进行分析解决。当设备停运行时,做好反渗透的低压冲洗等反渗透的保养工作。4影响反渗透系统安全运行的因素4.1人的因素设计者应依据水质特点选出膜元件,设备系统的设计应当正确,设备的安全应符合设计要求,经过预处理的水质应能满足反渗透装置的要求。反渗透装置调试人员应能满足保证条件和保证值,应设定保证安全的警戒值,应建立有效的技术服务支持和预警机制。移交用户后,操作和管理人员应按规定的条件运行和监测,在运行参量偏离规定值时应按照规定的程序处置,操作和管理人员应严格遵守安全规程。以上任何一点做不到,都可能导致系统发生安全运行问题。4.2物(设备)因素反渗透装置是承受较高工作压力的设备,如果泵体、管道、阀门和装置本身的任何部件耐压不够,任何金属部件受到腐蚀损坏,任何非金属材料发生老化变质,都有可能引起断裂、跑冒渗漏,以致系统不能安全可靠运行,另外检测仪表失灵,加药系统不可靠,电气设备性能衰减或绝缘破损,控制系统发生故障等同样导致系统不能安全可靠运行。4.3系统环境的因素反渗透系统的工作环境也存在影响系统安全运行的因素