反滲透系統的維護與清洗
反滲透水處理是一種先進的脫鹽技術,即可應版用於生水脫鹽、權純凈水制備,也可用於廢水處理、污水回收。它和離子除鹽的本質區別在於它是一種物理脫鹽,具有操作簡單、運行經濟、沒有污染有利於環境保護等特點,同時可大大降低生產人員的勞動強度,提高生產效率。
反滲透膜元件的維護:
膜元件的維護歸納為兩個大的方面:一是反滲透的預處理,二是反滲透設備的沖洗、清洗及保養。
反滲透設備的預處理
反滲透系統的預處理,首先要根據原水水質情況配置預處理設備,這一點對整個系統的安全性至關重要。
『貳』 反滲透膜清洗劑配方
反滲透膜清洗幾種常用配方:
反滲透膜清洗配方劑1:
1%-2%檸檬酸溶液或0.4%HCl溶液,適用於鐵污染及碳酸鹽結晶污堵。
反滲透膜清洗配方劑2
0.2%NaClO+0.1%NaOH溶液,適用於清洗由有機物及活性生物引起的膜組件的污染。
反滲透膜清洗配方劑3
0.3%H2O2+0.3%NaOH溶液,適用於清洗由glutamic acid發酵液引起的膜組件的污染。
反滲透膜清洗配方劑4
1%甲醛溶液,適用於細菌污染的超濾;
反滲透膜清洗配方劑5
HNO3的0.5%水溶液,適用於電泳漆處理過程中磷酸鉛對膜組件造成的污堵(此清洗必須在其他常規化學清洗之後進行。);
反滲透膜清洗配方劑6
20%的Na2CO3、7%的Na3PO4、3%的NaOH、0.5%的EDTA,主要用於膠體污染物造成的膜污染;
反滲透膜清洗配方劑7
9%的十二烷基苯磺酸鈉、9%的表面活性劑、0.4%的NaOH、0.15的無水碳酸鈉、11%的磷酸鈉、10%的硅酸鈉,清洗時需注意pH的控制,有些膜不適用於高pH清洗液的清洗,要慎重選擇,主要用於清洗含油廢水所造成的膜污染。
反滲透膜清洗配方劑8
3%的H3PO4、0.5%的EDTA-2Na、0.5%的LBOW專用清洗劑,主要用於清洗蛋白質和油脂污染物造成的污染。
反滲透膜清洗配方劑9
20%的H2SO4,主要用於硅垢結晶造成的污染。
RO膜元件是反滲透設備系統中重要的部分,其日常維護的好壞直接影響到系統出水水質的好壞,這里對於反滲透膜的清洗方法加以概述,系統說明反滲透膜在運行中可能出現的污染物以及相對應的清洗方法。
『叄』 反滲透的氧化劑和還原劑到底是什麼求各位大神在線解答~~急用
有一類來化學反應叫做氧化還原反應,反自應物由氧化劑和還原劑組成,生成物由氧化產物和還原產物組成。簡單地說吧:氧化劑→還原產物,還原劑→氧化產物。
↑
↑
被還原
被氧化
反滲透前還原劑的作用是:消除前處理殘余的氧化性物質,反滲透膜不能耐受氧化劑,會被氧化造成失去脫鹽功能;反滲透還原劑使用亞硫酸氫鈉,主要是用來還原氧化性殺菌劑次氯酸鈉,消除余氯的。
『肆』 加有臭氧的純凈水進入反滲透膜對膜回有什麼影響的影響
有影響的。減少壽命。
如果是聚醯胺膜,對於氧化劑的耐受更差。據說存在一些耐受氧化劑的超濾膜(HOR)。
《高耐受氧化性HOR反滲透膜元件的性能研究》豆丁裡面有。
但如果沒有可靠的抑菌方法,也會造成微生物污染的。
『伍』 如何選擇好用的反滲透膜清洗劑
膜的清洗再生方法可分為物理方法和化學方法兩大類:
一膜的物理清洗法:
①等壓水力沖洗法:具體做法是:關閉超濾膜透過液出口閥門,全開濃縮水出口閥門,此時中空纖維內外兩側壓力逐漸趨於平衡,因壓力差而粘附於膜表面的污垢松動,再加上增大水的流量沖洗表面,這對去除膜表面上的大量松軟的雜質是很有效的.
②負壓反向沖洗法:是一種從膜的負面(產水端)向正面(進水端)進行沖洗的方法,此方法很有效。但風險也很高,一旦操作失誤,很容易把膜沖裂或者破壞密封粘接面,因此反沖洗壓力不應超過0.1MPa.
③此外還有:熱水沖洗法、水氣混合沖洗法、高純水沖洗法等等。
二.膜的化學清洗法
① 酸洗法:配製PH=2的酸溶液(常用的酸有鹽酸、檸檬酸、草酸),把酸溶液灌入膜組件內浸泡5~10小時,或者利用酸泵把溶液打循環2~4小時。這樣能有效地去除無機雜質。
② 鹼洗法:配製PH=12的鹼溶液(常用的鹼有NaOH),把鹼溶液灌入膜組件內浸泡5~10小時,或利用鹼泵把溶液打循環2~4小時,能有效地去除有機雜質和油脂。
③ 氧化性清洗劑清洗法:配製2%H2O2,或者0.5%NaCLO水溶液,清洗超濾膜方法和上面一樣,時間一般在4~8小時,此方法能有效地去除污垢,又能殺滅細菌.
④ 加酶洗滌劑清洗法: 加酶洗滌劑(1%胃蛋白酶,胰蛋白酶)能有效地去除蛋白質、多糖、油脂類污染物質.
注意:在做化學清洗前後一定要用干凈的清水沖洗每支超濾組件。
針對超濾法處理工業含油廢水時所造成的超濾膜污染,採用正交實驗法進行實驗室模擬實驗,研製了一種高效鹼性清洗劑,最佳配方(質量分數)為:十二烷基苯磺酸鈉(LAS)9%,表面活性劑9%,氫氧化鈉46%,無水碳酸鈉15%,磷酸鈉11%,硅酸鈉10%.分別測定了該清洗劑的凈洗力、pH、泡沫力、漂洗性能和接觸角的變化,並將該配方應用到鋼鐵廠超濾膜機組進行工業實驗.實驗結果表明,該清洗劑的各項指標符合國家環保要求,對超濾膜管的凈洗力達到96.53%,而且對超濾膜管無腐蝕性,性能優於傳統的鹼性清洗劑.
超濾膜的清洗
常用的方法有物理方法和化學方法兩類。
物理方法。一般在超濾前均裝有孔徑為5~10μm的過濾器,以去除固體懸浮物及鐵鋁等膠體。對已污染的膜,可採用下列方法清洗。
① 水力方法,降低操作壓力,提高保留液循環量(即高速水沖洗)有利於提高通量;採用液流脈沖的形式可以很快將膜污染清除,特別是洗液脈沖同反沖結合起來,將會收到令人滿意的效果。例如,內壓式中空纖維膜可以用以下兩種方式清洗。一個是反沖洗滌液體反向透過膜,除去沉積在纖維內壁的污垢,注意洗滌液中不得含有懸浮物以防止中空纖維膜的海綿狀底層被堵塞。例如反沖洗時可採用兩個超濾器並聯運行,用一個超濾器的出水對另一個超濾器進行反沖洗,這應在較低的操作壓力下進行,以免引起膜破裂,反沖洗時間一般需要20~30min。另一個是循環洗滌關閉透過液出口,利用料液和透過液來清洗,由於料液在中空纖維內腔的流速高,因而流動壓力降大。關閉透過液出口後,纖維間的壓力大致等於纖維內壓力的平均值,在中空纖維的進口段內壓較高,產生濾液;在纖維的出口段外壓較高,濾液反向流人纖維內腔,透過液在中空纖維內外作循環流動。返回的濾液流加上高速的料液流可以清除沉積的污垢,
近來有一種發展動向是採用兩套內壓中空纖維膜組合使用的方法,兩套膜組件並聯,其中一套工作,分流出一部分超濾液來反沖另一套中空纖維膜,間隔一段時間後交換進行,一般是工作10min,反沖1min,這種邊工作邊反沖的方式能很好地防止膜孔道堵塞,使膜通量保持在較高的狀態下工作。這種操作方式突破了要等到膜污染之後才停止工作進行清洗的觀點,它不需用清洗劑,也不需卸下膜組件,是一種很好的方法,只是對換向開關以及換向開關的控制部分要求較高,否則影響膜的壽命。
又如,對外壓式中空纖維膜可使用等壓法沖洗。沖洗時首先降壓運行、關閉超濾液出口並增加原液進口流速,此時中空纖維內腔壓力隨之上升,直至達到與纖維外側內腔操作壓力相等,使膜內外側壓差為零,滯留於膜面的溶質分子即會懸浮於溶液中並隨濃縮水排出。等壓沖洗適用於中空纖維膜。對於中空纖維膜組件,還可使用負壓清洗方法,即用抽吸的方法使膜的功能面處於負壓狀態,從而去除污染物,使膜的性能得到恢復。其優點為當膜的外側壓力為大氣壓時,膜內外側的壓差最大為一個大氣壓,膜不易損壞,同時其清洗效果優於等壓清洗。
② 氣-液脈沖往膜過濾裝置間隙通人高壓氣體(空氣或氮氣)就形成氣,液脈沖。氣體脈沖使膜上的孔道膨脹,從而使污染物能被液體沖走。此法效果較好,氣體壓力一般為0.2~0.5MPa,可以使膜通量恢復到90%以上。此外,還有電場過濾,脈沖電脈清洗,脈沖電解清洗,電滲透反洗,海綿球機械擦洗等方法。
化學清洗。當膜污染比較嚴重,採用物理方法不能使通量恢復時,必須用化學清洗劑進行清洗。化學清洗從本質上講是沉澱物與清洗劑之間的一個多相的反應,根據布萊特的理論,化學清洗分為6個過程:
① 化學清洗前的機械清洗;
② 清洗劑擴散到污垢表面;
③ 滲透擴散進污垢層;
④ 清洗反應(其中包括物化過程:溶化、機械應力和熱應力、濕潤、浸透、溶脹、收縮、溶劑化作用、乳化作用,抗絮凝作用和吸附作用。化學過程為:水解作用、膠溶作用、皂化作用、溶解作用、整合作用、整合和懸浮,這些反誼總是生成一些可溶性的產物,至少也能分散一些物質。反應產物減弱了污垢顆粒和膜表面之間的結合力):
⑤ 清洗反應產物轉移到內表面;
⑥ 產物轉移到內表面。
化學清洗常用的清洗劑有以下幾種:
① 酸鹼液硝酸、磷酸、草酸、擰棱酸和氫氟酸以及NaOH、KOH等鹼類都可用於膜組件的清洗。無機離子如Ca2+、Mg2+等在膜表面形成沉澱層,可採取降低pH值促進沉澱溶解,再加上EDTA鈉鹽等絡合物使沉澱物被去除;用稀Na。H溶液清洗聚碸膜,也可以較有效地清除蛋白質造成的污染。Hayel等採用調節pH與加熱相結合的方法,能恢復乳醯超濾造成的污染,達原始通量的50%~90%。
② 表面活性劑表面活性劑能夠提高清洗劑的濕潤性,增強洗滌性,增加化學清洗劑和污垢之間的接觸作用,使沖洗水的用量和噸洗時間降到最小。表面活性劑如SDS、吐溫80、Triton、X-100(一種非離子型表面活性劑)等在許多場合有很好的清洗效果,可根據實際情況加以選擇。陰離子表面活性劑是一種中性的有機的發泡劑,例如肥皂、燒基硫酸鹽和燒基磺酸鹽等;但有些陰離子型和非離子型的表面活性劑能同膜結合造成新的污染,在選用時需加以注意。
③ 氧化劑當Na。H或表面活性劑不起作用時,可以用氯進行清洗,其用量為200~400mg/L活性氯(相當手400~800mg/L NaClO),其最適pH值為10~110氧化劑常用於可抗氧化劑的膜。
④ 酶由醋酸纖維等材料製成的膜,由於不能耐高溫和極端pH值,在膜通量難以恢復時,需採用能水解蛋白質的含酶清洗劑清洗。但使用酶清洗劑不當會造成新的污染。
需要引起注意的是,不能等到膜污染很嚴重時才清洗,這樣將會增加清洗難度,使清洗步驟增多和清洗時間延長。對於各種膜,選擇化學清洗劑時要慎重,以防止化學清洗劑對膜的損害。
此外,化學清洗還用於防止微生物、細菌及有機物的污染。如每月需用H202清洗膜一次。步驟如下:裝置停止運行並放空,把10L 30%的H202稀釋至300L,對人口、出口及流量計等處進行清洗;膜表面由無機鹽所形成的沉澱可根據沉澱物的溶解性質,選用EDTA之類的整合劑,或者酸、鹼加以溶解。進行化學清洗時加熱的再生液流經膜表面,清洗劑循環0.5~4h。
設備長期停用(停用5日以上方為長期)、長期保管時在設備中需要用0-5%甲醛浸泡。先將裝置停運放空,將37%的甲醛5.5L稀釋至400L(濃度為0.5%),洗滌入口、出口,流量為15m3/h。若停用3個月以上,每月需按以上步驟清洗一次,啟用時再將H202洗凈。
『陸』 超濾膜組件的清洗方法
海綿球清洗
選擇與膜管直徑大小的海綿球,用管子通過膜管進行反復擦拭回,而且可以反復使答用。
熱水沖洗法
熱水洗滌方法將水加熱至(30-40°C),然後沖洗膜表面,這個方法對於粘稠或熱溶性雜質去除效果很好。
超濾膜的化學法清洗,需要根據不同的污染雜質種類來選擇相對應的化學葯劑,才能達到去污效果。
鹼性溶液清洗:比較常用的鹼NaOH。配製溶液的pH約為10-12。水循環操作後可清洗或者浸泡0.5h~1h後在清洗。可有效去除雜質和油脂。
氧化劑清洗劑:超濾膜化學劑H202和NaC10是很常用的殺菌劑。選擇1%~3%H2O2、500~1000mg /
LNaC10等水溶液後在清洗,對污垢和消毒細菌很有效果。
食品工業中的蛋白質沉澱選擇胃促胰酶溶劑或磷酸鹽,硅酸鹽基鹼性洗滌劑進行,需要消毒(使用NaOH和H 2 O 2等)。
化學清洗方法和正常清洗超濾膜過程是一樣的,將相對應的清洗液倒入原液口,會自動滲入濃縮層等返回清洗液容器,一番循環後排出,再用干凈的水沖洗。
『柒』 超濾膜化學清洗方法
化學清洗:隨著超濾膜組件的長期使用,當超濾膜的產水量下降20%以上版或使用了1-4個月時,便需要對超濾權膜進行化學清洗,以便及時去除超濾膜上的污染物,防止超濾膜形成頑固性結垢。一般情況的化學清洗,分為酸洗,鹼洗
A、
酸洗:使用檸檬酸將葯液箱內的RO反滲透水(或超濾水)的PH值調到PH=2,啟動葯液泵,調節節閥使壓力表顯示壓力P=0.20MPa,循環酸洗30分鍾後使用超濾水將超濾膜沖洗干凈為止。
B、鹼洗:使用氫氧化鈉和次氯酸鈉將葯液箱內的RO反滲透水(或超濾水)調節PH=12,啟動葯液泵,調節調節閥使壓力表顯示壓力P=0.20MPa,循環鹼洗30分鍾後使用超濾水將超濾膜沖洗干凈為止。
『捌』 為什麼反滲透設備要除去余氯,余氯的作用是什麼,怎麼除
氯作為市政供水的主要殺菌方式由來已久,因為它效率高,方便操作。一般余氯濃度控制在0.5-1.0ppm之間,這樣能很好的防止微生物的污染,但是這個濃度對反滲透設備來說有些高,進反滲透主機之前需徹底地脫氯處理,為什麼呢?因為余氯會對反滲透膜造成氧化破壞,最明顯的表現就是脫鹽率下降。
陶氏膜具有一定程度的抗氯性,大約為與1ppm余氯接觸200-1000小時後,可能會出現膜的降解。氯對膜的攻擊速度取決於進水水質,如果水質偏鹼性,氯對膜的攻擊速度要比在中性或是酸性條件下快,另外當重金屬(如鐵)及高水溫條件下,氯的攻擊也會加快,它們相當於催化劑,加快膜的降解反應。
通過什麼可以有效的去除水中的余氯呢?
一個是物理方法,一個是化學方法。我們最先想到的那就是化學法-還原劑,既然氯對膜是氧化反應,那加還原劑就可以,這里要加的還原劑是焦亞硫酸鈉,它是最常用的去除余氯的化學品。物理方法就是活性炭,活性炭對余氯有很好的吸附作用,這也是為什麼反滲透設備預處理部分加活性炭裝置的作用。
『玖』 反滲透膜被氧化的原理
一般使用久的話,就會被易熔鹽和金屬氧化物氧化,所以反滲透膜前面必須加置預處理(如石英石過濾器、保安過濾器等),才能延長反滲透膜的使用壽命!!
『拾』 急:高分求助:水處理一級反滲透加還原劑亞硫酸氫鈉後為什麼ORP會升高
各種原水中均含有一定濃度的懸浮物和溶解性物質。懸浮物主要是無機鹽、膠體和微生物、藻類等生物性顆粒。溶解性物質主要是易溶鹽(如氯化物)和難溶鹽(如碳酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽)金屬氧化物,酸鹼等。在反滲透過程中,進水的體積在減少,懸浮顆粒和溶解性物質的濃度在增加。懸浮顆粒會沉積在膜上,堵塞進水流道、增加摩擦阻力(壓力降)。難溶鹽在超過其飽和極限時,會從濃水中沉澱出來,在膜面上形成結垢,降低RO膜的通量,增加運行壓力和壓力降,並導致產品水質下降。這種在膜面上形成沉積層的現象叫做膜污染,膜污染的結果是系統性能的劣化。需要在原水進入反滲透膜系統之前進行預處理,去除可能對反滲透膜造成污染的懸浮物、溶解性有機物和過量難溶鹽組分,降低膜污染傾向。對進水進行預處理的目的是改善進水水質,使RO膜獲得可靠的運行保證。
對原水進行預處理的效果反映為TSS、TOC、COD、BOD、LSI及鐵、錳、鋁、硅、鋇、鍶等污染物水質指標的絕對值降低,在上一章中有對於這些污染物水質指標的詳細描述。表徵膜污染傾向的另外一個重要的水質指標是SDI。通過預處理,除了要將上述指標降到反滲透膜系統進水要求的范圍內,還有重要的一點是盡量降低SDI,理想的SDI(15分鍾)值應小於3。
5.1化學預處理
為了改善反滲透系統的操作性能,在進水中可以加入添加下列一些葯劑:酸、鹼、殺菌劑、阻垢劑和分散劑。
1 加酸-防止結垢
在進水中可以加入鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)來降低pH。硫酸價格便宜、不會發煙腐蝕周圍的金屬元器件,而且膜對硫酸根離子的脫除率較氯離子高,所以硫酸比鹽酸更為常用。沒有其他添加劑的工業級硫酸即適宜於反滲透使用,商品硫酸有20%和93%兩種濃度規格。93%的硫酸也稱為66波美度硫酸。在稀釋93%硫酸時一定要小心,在稀釋到66%時發熱可將溶液的溫度提升到138℃。一定要在攪拌下緩慢地將酸加入水中,以免水溶液局部發熱沸騰。鹽酸主要在可能產生硫酸鈣或硫酸鍶結垢時使用。使用硫酸會增加反滲透進水中的硫酸根離子濃度,直接導致硫酸鈣結垢傾向增加。工業級的鹽酸(無添加劑)購買非常方便,商品鹽酸一般含量為30-37%。降低pH的首要目的是降低RO濃水中碳酸鈣結垢的傾向,即降低朗格里爾指數(LSI)。LSI是低鹽度苦鹹水中碳酸鈣的飽和度,表示碳酸鈣結垢或腐蝕的可能性。在反滲透水化學中,LSI是確定是否會發生碳酸鈣結垢的是個重要指標。當LSI為負值時,水會腐蝕金屬管道,但不會形成碳酸鈣結垢。如果LSI為正值,水沒有腐蝕性,卻會發生碳酸鈣結垢。LSI由碳酸鈣飽和的pH減去水的實際pH。碳酸鈣的溶解度隨溫度的上升而減小(水壺中的水垢就是這樣形成的),隨pH、鈣離子的濃度即鹼度的增加而減小。LSI值可以通過向反滲透進水中注入酸液(一般是硫酸或鹽酸)即降低pH的方法來調低。推薦的反滲透濃水的LSI值為0.2(表示濃度低於碳酸鈣飽和濃度0.2個pH單位)。還可以使用聚合物阻垢劑來防止碳酸鈣沉澱,一些阻垢劑供應商聲稱其產品可以使反滲透濃水的LSI高達+2.5(比較保守的設計是LSI為+1.8)。
2 加鹼-提高脫除率
在一級反滲透中加鹼使用較少。在反滲透進水中注入鹼液用來提高pH。一般使用的鹼劑只有氫氧化鈉(NaOH),購買方便,而且易溶於水。一般不含其他添加劑的工業級氫氧化鈉便可滿足需要。商品氫氧化鈉有100%的片鹼,也有20%和50%的液鹼。在加鹼調高pH時一定要注意,pH升高會增加LSI、降低碳酸鈣及鐵和錳的溶解度。最常見的加鹼應用是二級RO系統。在二級反滲透系統中,一級RO產水供給二級RO作為原水。二級反滲透對一級反滲透產水進行「拋光」處理,二級RO產水的水質可達到4兆歐。在二級RO進水中加鹼有4個原因:
a.在pH8.2以上,二氧化碳全部轉化為碳酸根離子,碳酸根離子可以被反滲透脫除。而二氧化碳本身是一種氣體,會隨透過液自由進入RO產水,對於下游的離子交換床拋光處理造成不當的負荷。
b.某些TOC成分在高pH下更容易脫除。
c.二氧化硅的溶解度和脫除率在高pH下更高(特別是高於9時)。
d.硼的脫除率在高pH下也較高(特別是高於9時)。
加鹼應用有一個特例,通常被叫做HERO(高效反滲透系統)過程,將進水pH調到9或10。一級反滲透用來處理苦鹹水,苦鹹水在高pH下會有污染問題(比如硬度、鹼度、鐵、錳等)。預處理通常採用弱酸性陽離子樹脂系統和脫氣裝置來除去這些污染物。
3 脫氯葯劑-消除余氯
RO及NF進水中的游離氯要降到0.05ppm以下,才能達到聚醯胺復合膜的要求。除氯的預處理方法有兩種,粒狀活性炭吸附和使用還原性葯劑如亞硫酸鈉。在小系統(50-100gpm)中一般採用活性碳過濾器,投資成本比較合理。推薦使用酸洗處理過的優質活性炭,去除硬度、金屬離子,細粉含量要非常低,否則會造成對膜的污染。新安裝的碳濾料一定要充分淋洗,直到碳粉被完全除去為止,一般要幾個小時甚至幾天。我們不能依靠5μm的保安過濾器來保護反滲透膜不受碳粉的污染。碳過濾器的好處是可以除去會造成膜污染的有機物,對於所有進水的處理比添加葯劑更為可靠。但其缺點是碳會成為微生物的飼料,在碳過濾器中孳生細菌,其結果是造成反滲透膜的生物污染。
亞硫酸氫鈉(SBS)是較大型RO裝置選用的典型還原劑。將固體偏亞硫酸氫鈉溶解在水中配製成溶液,商品偏亞硫酸氫鈉的純度為97.5-99%,乾燥儲存期6個月。SBS溶液在空氣中不穩定,會與氧氣發生反應,所以推薦2%的溶液的使用期為3-7天, 10%以下的溶液使用期為7-14天。從理論上講,1.47ppm的SBS(或0.70ppm偏亞硫酸氫鈉)能夠還原1.0ppm的氯。設計時考慮到工業苦鹹水系統的安全系數,設定SBS的添加量為每1.0ppm氯1.8-3.0ppm。SBS的注入口要在膜元件的上游,設置距離要保證在進入膜元件有29秒的反應時間。推薦使用適當的在線攪拌裝置(靜態攪拌器)。
SBS脫氯反應:
·Na2S2O5 (偏亞硫酸鈉)+ H2O =2 NaHSO3 (亞硫酸氫鈉)
·NaHSO3 + HOCl =NaHSO4 (硫酸氫鈉) + HCl (鹽酸)
·NaHSO3 + Cl2 + H2O =NaHSO4 + 2 HCl
採用SBS脫氯的好處是在大系統中比碳過濾器的投資較少,反應副產物及殘余SBS易於被RO脫除。
SBS脫氯的缺點是需要人工混合小體積的葯劑,在脫氯系統沒有設計足夠的監測控制儀器時增加了氯對膜的威脅,而且在少數情況下進水中存在硫還原菌(SBR),亞硫酸會成為細菌營養幫助細菌的繁殖。SBR通常在淺層井水厭氧環境下有發現,硫化氫(H2S)作為SBR的代謝產物會同時存在。
脫氯過程的監測可採用游離氯監測儀,用以監測殘余亞硫酸根的濃度,還可以採用ORP監測儀。推薦的方法是監測殘余亞硫酸根的濃度,以保證有足夠的亞硫酸根來還原氯。大多數商業化氯監測儀的撿出濃度為0.1ppm,這個值是CPA膜的余氯上限。直接利用ORP監測儀監控亞硫酸根濃度的方法不夠可靠,這種測定水中氧化還原電位的儀器的基線變化難以預測。
CPA膜的耐氯能力大概在1000-2000ppm小時(透鹽率增加一倍),1000ppm小時等於在0.038ppm余氯下運行3年。需要注意的是,在一些情況下發現耐氯能力會因溫度升高(90華氏度以上)、pH(7以上)升高和過渡金屬存在(比如鐵、錳、鋅、銅、鋁等)而大大下降。CPA膜的耐氯胺能力約為50,000-200,000ppm小時(發生透鹽率明顯增加),這個值相當於在RO進水中含有1.9-7.6ppm的氯胺,膜可以運行3年。同樣,在溫度升高、pH降低和過渡金屬存在時,膜的耐氯胺能力會變化。
在加州的一個三級廢水處理裝置上發現,在氯胺濃度6-8ppm進水條件下,膜的脫鹽率在2-3年內從98%降到了96%。設計者要注意在氯胺化之後進行脫氯還是必要的。氯胺是混合氯和氨的產物,游離氯對膜的降解作用要比氯胺強得多,如果氨量欠缺時會有游離氯存在。因此,使用過量的氨是非常關鍵的,系統監測要確保這一點。
4 阻垢劑和分散劑
許多阻垢劑生產廠商可提供各種用於反滲透和納濾系統性能改善的阻垢劑和分散劑。阻垢劑是一系列用於阻止結晶礦物鹽的沉澱和結垢形成的化學葯劑。大多數阻垢劑是一些專用有機合成聚合物(比如聚丙烯酸、羧酸、聚馬來酸、有機金屬磷酸鹽、聚膦酸鹽、膦酸鹽、陰離子聚合物等),這些聚合物的分子量在2000-10000道爾頓不等。反滲透系統阻垢劑技術由冷卻循環水和鍋爐用水化學演變而來。對為數眾多各式各樣的阻垢劑,在不同的應用場合和所採用的有機化合物所取得的效果和效率差別很大。
採用聚丙烯酸類阻垢劑時要特別小心,在鐵含量較高時可能會引起膜污染,這種污染會增加膜的操作壓力,有效清除這類污染要進行酸洗。
如果在預處理中使用了陽離子混凝劑或助濾劑,在使用陰離子性阻垢劑時要特別注意。會產生一種粘稠的粘性污染物,污染會造成操作壓力增加,而且這種污染物清洗非常困難。
六偏磷酸鈉(SHMP)是早期在反滲透中使用的一種普通阻垢劑,但隨著專用阻垢劑的出現,用量已經大大減少了。SHMP的使用有一些限制。每2-3天要配製一次溶液,因為暴露在空氣中會水解,發生水解後不僅會降低阻垢效果,而且還會造成磷酸鈣結垢的可能性。使用SHMP可減少碳酸鈣結垢,LSI可達到+1.0。
阻垢劑阻礙了RO進水和濃水中鹽結晶的生長,因而可以容許難溶鹽在濃水中超過飽和溶解度。阻垢劑的使用可代替加酸,也可以配合加酸使用。有許多因素會影響礦物質結垢的形成。溫度降低會減小結垢礦物質的溶解度(碳酸鈣除外,與大多數物質相反,它的溶解度隨溫度升高而降低),TDS的升高會增加難溶鹽的溶解度(這是因為高離子強度干擾了晶種的形成)。
最常見的結垢性無機鹽有:
◆ 碳酸鈣(CaCO3)
◆ 硫酸鈣(CaSO4)
◆ 硫酸鍶(SrSO4)
◆ 硫酸鋇(BaSO4)
不太常見的結垢性礦物質有:
磷酸鈣(Ca3(PO4)2)
氟化鈣(CaF2)
分散劑是一系列合成聚合物用來阻止膜面上污染物的聚集和沉積。分散劑有時也叫抗污染劑,通常也有阻垢性能。對於不同的污染物,不同的分散劑的效率區別很大,所以要知道所對付的污染物是什麼。
需要分散劑處理的污染物有:
● 礦物質結垢
● 金屬氧化物和氫氧化物(鐵、錳和鋁)
● 聚合硅酸
● 膠體物質(指那些無定型懸浮顆粒,可能含有土、鐵、鋁、硅、硫和有機物)
● 生物性污染物
硅酸的超飽和溶解度難以預測,在水中有鐵存在時,會形成硅酸鐵,硅酸的最大飽和濃度會大大降低。其他的因素還有溫度和pH值。預測金屬氧化物(如鐵、錳和鋁)也非常困難。金屬離子的可溶解形式容許較高飽和度,不溶性離子形式更像是顆粒或膠體。
理想的添加量和結垢物質及污染物最大飽和度最好通過葯劑供應商提供的專用軟體包來確定。在海德能反滲透設計軟體中採用的是較為保守的難溶鹽超飽和度估算。過量添加阻垢劑/分散劑會導致在膜面上形成沉積,造成新的污染問題。在設備停機時一定要將阻垢劑及分散劑徹底沖洗出來,否則會留在膜上產生污染問題。在用RO進水進行低壓沖洗時要停止向系統注入阻垢劑及分散劑。
阻垢劑/分散劑注入系統的設計應該保證在進入反滲透元件之前能夠充分混合,靜態攪拌器是一個非常有效的混合方法。大多數系統的注入點設在RO進水保安過濾器之前,通過在過濾器中的緩沖時間及RO進水泵的攪拌作用來促進混合。如果系統採用加酸調節pH,推薦加酸點要在上游足夠遠的地方,在到達阻垢劑/分散劑注入點之前已經完全混合均勻。
注入阻垢劑/分散劑的加葯泵要調到最高注射頻率,建議的注射頻率是最少5秒鍾一次。阻垢劑/分散劑的典型添加量為2-5ppm。為了讓加葯泵以最高頻率工作,需要對葯劑進行稀釋。阻垢劑/分散劑商品有濃縮液,也有固體粉末。稀釋了的阻垢劑/分散劑在儲槽中會被生物污染,污染的程度取決於室溫和稀釋的倍數。推薦稀釋液的保留時間在7-10天左右。正常情況下,未經稀釋的阻垢劑/分散劑不會受到生物污染。
下面的表-2給出一些葯劑廠商提供的加阻垢劑後,RO濃水中難溶鹽最大飽和度,以及海德能設計軟體所採用的保守警戒值。這些數值基於濃水的情況,以正常未加葯時的飽和度為100%計算。海德能一直推薦用戶要向廠商確證其產品的實際效率。
選擇阻垢劑/分散劑的另外一個主要問題是要保證與反滲透膜完全兼容。不兼容葯劑會造成膜的不可逆損壞。海德能相信供應商會進行葯劑的RO膜兼容性測試和效率測試。我們建議用戶向阻垢劑和分散劑廠商咨詢下列一些問題:
● 與相關RO膜的兼容性如何?
● 有沒有成功運行1000小時以上的最終用戶列表?
● 與反滲透進水中的任何成分(比如鐵、重金屬、陽離子聚電解質等)有沒有不可逆反應?
● 推薦添加量和最大添加量是多少?
● 有沒有特殊的排放問題?
● 是否適於飲用水應用(有必要時)?
● 該廠商還供應與阻垢劑相容的混凝劑、殺菌劑和清洗劑等其他反滲透葯劑嗎?
● 該廠商是否提供膜解剖或元件清洗一類的現場技術服務?
表-2 加阻垢劑後難溶鹽最大飽和度
垢物或污染物
葯劑廠商推薦值
海德能推薦的保守值
碳酸鈣LSI 值
+ 2.9
+ 1.8
硫酸鈣
400%
230%
硫酸鍶
1,200%
800%
硫酸鋇
8,000%
6,000%
氟化鈣
12,000%
未給出
硅酸
300 ppm 或更高
100%
鐵
5 ppm
未給出
鋁
4 ppm
未給出
5.2軟化預處理
原水中含有過量的結垢陽離子,如Ca2+、Ba2+和Sr2+等,需要進行軟化預處理。軟化處理的方法有石灰軟化和樹脂軟化。
1石灰軟化
在水中加入熟石灰即氫氧化鈣可去除碳酸氫鈣,反應式為:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2→2CaCO3↓ +Mg(OH)2+2H2O
非碳酸硬度可加入碳酸鈉(純鹼)得到進一步降低:
CaCl2 + NaCO3→2NaCl + Ca(CO3)↓
石灰-純鹼軟化處理還可降低二氧化硅的含量,在加入鋁酸鈉和三氯化鐵時會形成碳酸鈣以及硅酸、氧化鋁和鐵的復合物沉澱。通過加入多孔氧化鎂和石灰的混合物,採用60-70℃熱石灰脫硅酸工藝,能將硅酸濃度降低到1mg/L以下。
通過石灰軟化也可顯著去除鋇、鍶和有機物,但石灰軟化處理的問題是需要使用反應器以便在高濃度下形成沉澱晶種,通常要採用上升流固體接觸澄清器。過程出水還需要設置多介質過濾器,並在進入膜單元之前要調節pH。使用含鐵混凝劑,無論是否同時使用聚合物絮凝劑(陰離子型和非離子型),均可提高石灰軟化的固液分離效果。
只有大型苦鹹水/廢水系統(大於200m3/H)才會考慮選擇石灰軟化工藝。
2樹脂軟化
a.強酸型樹脂軟化
使用鈉離子置換除去結垢型陽離子,如Ca2+、Ba2+、Sr2+,樹脂交換飽和後用鹽水再生。鈉離子軟化法在常壓鍋爐水處理中廣泛應用。這種處理方法的弊端是耗鹽量高,增加了運行費用,另外還有廢水排放問題。
b.弱酸型樹脂脫鹼度
主要在大型苦鹹水處理系統中採用弱酸陽離子交換樹脂脫鹼度,脫鹼度處理是一種部分軟化工藝,可以節約再生劑。通過弱酸性樹脂處理,用氫離子交換除去與碳酸氫根相同當量(暫時硬度)的Ca2+、Ba2+和Sr2+等,這樣原水的pH值會降低到4-5。由於樹脂的酸性基團為羧基,當pH達到4.2時,羧基不再解離,離子交換過程也就停止了。因此,僅能實現部分軟化,即與碳酸氫根相結合的結垢陽離子可以被除去。因此這一過程對於碳酸氫根含量高的水源較為理想,碳酸氫根也可轉化為CO2。
HCO3-+H+=H2O+CO2
一般不希望水中有二氧化碳,必要時要對原水或產水進行脫氣,在有生物污染可能時(地表水,高TOC或高菌落總數),對產水脫氣更為合適。在膜系統中高CO2濃度可以抑制細菌的生長。當希望系統運行在較高的脫鹽率時,採用原水脫氣較為合適,脫除CO2將會引起pH的增高,進水pH>6時,膜系統的脫除率比進水pH<5時要高。
● 再生所需要的酸量不大於105%的理論耗酸量,這樣會降低操作費用和對環境的影響;
● 通過脫除碳酸氫根,降低了水中的TDS,這樣產水TDS也較低;
弱酸型樹脂處理的缺點是:
● 殘余硬度
如果需要完全軟化,可以增設強酸陽樹脂的交換過程,甚至放置在弱酸樹脂同一交換柱中,這樣再生劑的耗量仍比單獨使用強酸樹脂時低,但是初期投入較高,這一組合僅當系統容量很大時才有意義。
另一種克服這一缺點的方法是在脫鹼度的水中加阻垢劑,雖然迄今為止,人們單獨使用弱酸樹脂脫鹼時,還未出現過結垢問題,但是我們仍極力建議你計算殘留難溶鹽的溶解度,並採取相應的措施。
● 處理過程中水會發生pH變化
因樹脂的飽和程度在運行時發生變化,經弱酸脫鹼處理的出水其pH值將在3.5-6.5范圍內變化,這種周期性的pH變化,使工廠脫鹽率的控制變的很困難。當pH<4.2時,無機酸將透過膜,可能會增加產水的TDS,因此,我們推薦用戶增加一個並聯弱酸軟化器,控制在不同時間進行再生,以便均勻弱酸處理出水pH,其它防止極低pH值出水的方法是脫除CO2或通過投加NaOH調節弱酸軟化後出水的pH值。
5.3去除膠體和顆粒物
1介質過濾
從水中去除懸浮固體普遍的方法是多介質過濾。多介質過濾器以成層狀的無煙煤、石英砂、細碎的石榴石或其他材料為床層。床的頂層由質輕和質粗品級的材料組成,而最重和最細品級的材料放在床的底部。其原理為按深度過濾——水中較大的顧粒在頂層被除去,較小的顆粒在過濾器介質的較深處被除去。
在單一介質過濾器中,最細的顆粒材料反洗至床的頂部。大多數過濾發生在床頂部5cm區域內,其餘作為支撐介質。有一泥漿層形成。雖然單一介質過濾器的濾速限制為81.5—163L/(min.m2)過濾面積,多介質過濾器的水力過程流速可高達815L/(min.m2),但因高水質的要求,通常在RO預處理中流速限制在306L/(min.m2)。
由於膠體懸浮物既很細小又由於介質電荷之間的排斥,所以單獨過濾不起作用。在這些情況下,在過濾前必須加絮凝劑或絮凝化學葯品。常用的絮凝劑有三氯化鐵、礬和陽離子聚合物。因為陽離子聚合物在低劑量下就有效果,且不明顯地增加過濾器介質的固體負荷,所以最常用。另一方面,如果陽離子聚合物進入現在採用的某些最通用的膜上,則它們卻是非常強的污染物。很少量的陽離子聚合物就能堵塞這些膜,且往往難以去除。務須謹記當用陽離子聚合物作為過濾助劑時,必須小心使用。
2除鐵、錳——氧化過濾
通常含鹽量為苦鹹水范圍的某些井水呈還原態,典型特點是含有二價的鐵和錳,有時還會存在硫化氫和氨。如果對這類水源進行氯化處理,或當水中含氧量超過5mg/L時,Fe2+將轉化為Fe3+形成難溶解性的膠體氫氧化物顆粒。鐵和錳的氧化反應如下:
4Fe(HCO3)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3+8CO2
4Mn(HCO3)2+O2+2H2O→4Mn(OH)3+8CO2
由於鐵的氧化在很低的pH值時就會發生,因而出現鐵污染的情況要比錳污染的情況要多,即使SDI小於5,RO進水的鐵含量低於0.1mg/L,仍會產生鐵污染的問題。鹼度低的進水鐵離子含量要高,這是因為FeCO3的溶解度會限制Fe2+的濃度。
處理這類水源的一種方法時防止整個RO過程中與空氣和任何氧化劑如氯的接觸。低pH值有利於延緩Fe2+的氧化,當pH<6,氧含量<0.5mg/L時,最大允許Fe2+濃度4mg/L,另一種是用空氣、Cl2或KMnO4氧化鐵和錳,將所形成的氧化物通過介質過濾器除去,但需要主要的是,由硫化氫氧化形成的膠體硫可能難以由過濾器除去,在介質過濾器內添加氧化劑通過電子轉移氧化Fe2+,即可一步同時完成氧化和過濾。
海綠石就是這樣一種粒狀過濾介質,當其氧化能力耗盡時,它可通過KMnO4的氧化來再生,再生後必須將殘留的KMnO4完全沖洗掉,以防止對膜的破壞。當原水中含Fe2+的量小於2mg/L時,可以採用這一處理方法,如原水中含更高的Fe2+的量小於2mg/L時,可以採用這一處理方法,如原水中含更高的Fe2+時,可在過濾器進水前連續投加KMnO4,但是在這種情況下,必須採取措施例如安裝活性炭濾器以保證沒有高錳酸鉀進入膜元件內。
Birm過濾也可以有效地用於從RO/NF進水中去除Fe2+,Birm是一種硅酸鋁基體上塗有二氧化錳形成沉澱,並且通過濾器反洗可將這些沉澱沖出濾器。由於該過程pH將升高,可能會發生LSI值變化,因而要預防濾器和RO/NF系統內出現CaCO3沉澱。
3 微絮凝
如果過濾前對原水中的膠體進行絮凝或混凝處理,可以大幅度地提高介質過濾器效率,使出水的SDI降低到5左右。硫酸鐵和三氯化鐵可以用於對膠體表面的負電荷進行失穩處理,將膠體捕捉到新生態的氫氧化鐵微小絮狀物上,使用含鋁絮凝劑其原理相似,但因其可能有殘留鋁離子污染問題,並不推薦使用,除非使用高分子聚合鋁。迅速的分散和混合絮凝劑十分重要,建議採用靜態混合器或將注入點設在增壓泵的吸入段,通常最佳加葯量為10-30mg/L,但應針對具體的項目確定加葯量。
為了提高混凝劑絮體的強度進而改進它們的過濾性能,或促進膠體顆粒間的架橋,絮凝劑與混凝劑一起或單獨使用,絮凝劑為可溶性的高分子有機化合物,如線性的聚丙烯醯胺,通過不同的活性功能團,它們可能表現為陽離子性、陰離子性或中性非離子性。混凝劑和絮凝劑可能直接或間接地影響RO膜,間接的影響如它們的反應產物形成沉澱並覆蓋在膜面上,例如當過濾器發生溝流而使混凝劑絮體穿過濾器並發生沉澱;當使用鐵或鋁混凝劑,但沒有立即降低pH值時,在RO階段或因進水濃縮誘發過飽和現象,就會出現沉澱,還有在多介質濾器後加入化合物也會產生沉澱反應,最常見的是投加阻垢劑,幾乎所有的阻垢劑都是荷負電的,將會與水中陽離子性的絮凝劑或助凝劑反應而污染RO膜。
當添加的聚合物本身影響膜導致通量的下降,這屬於直接影響。為了消除RO/NF膜直接和間接的影響,陰離子和非離子的絮凝劑比陽離子的絮凝劑合適,同時還須避免過量添加。
4微濾/超濾
採用超濾/微濾預處理工藝的反滲透/納濾系統叫做集成膜系統(IMS)。與採用傳統預處理工藝的反滲透系統相比,IMS設計具有一些明顯的優勢。
● MF/UF透過液水質更好。SDI和濁度更低,明顯降低了對反滲透的膠體和有機物、微生物污染負荷。
● 由於膜在這里是污染物的絕對屏障,MF/UF濾液的高質量可以保持穩定。即便是地表水和廢水等水質波動異常頻繁的水源,這種穩定性也不會改變。
● 由於膠體污染減少,反滲透系統的清洗頻率明顯降低。
● 與一些傳統過濾工藝相比,MF/UF系統操作更容易,耗時更少。
● 與採用大量化學品的傳統工藝相比,MF/UF濃縮廢液的處置比較容易。