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工业水处理之反渗透技术问答

发表时间:2015-09-29 08:51
    反渗透(RO)是水处理中高精技术,90年代中期起在我国的医药行业得到了广泛的应用,它的使用极大地延长了传统的离子交换设备的再生周期,减少了酸碱排放量,有利地保护了生态环境。以下是反渗透的问题作出以下详细介绍。
    1.反渗透系统应多久清洗一次?
    一般情况下,当标准化通量下降10~15%时,或系统脱盐率下降10~15%,或操作压力及段间压差升高10~15%,应清洗RO系统。清洗频率与系统预处理程度有直接的关系,当SDI15<3时,清洗频率可能为每年4次;当SDI15在5左右时,清洗频率可能要加倍但清洗频率取决于每一个项目现场的实际情况。一般情况下,采用碟管式反渗透(DTRO)较卷式反渗透能明显延长清洗周期。
    2. 什么是SDI?
    是反渗透水处理系统中水质指标的重要参数之一,SDI值代表了水中颗粒、胶体和其他能阻塞各种水净化设备的物体含量。这是在RO设计之前必须确定的重要参数。
    3.一般进水应该选用反渗透工艺还是离子交换工艺?
    在许多进水条件下,采用离子交换树脂或反渗透在技术上均可行,工艺的选择则应由经济性比较而定,一般情况下,含盐量越高,反渗透就越经济,含盐量越低,离子交换就越经济。由于反渗透技术的大量普及,采用反渗透,尤其是碟管式反渗透(DTRO)+离子交换工艺或碟管式反渗透(DTRO)+其它深度除盐技术的组合工艺已经成为公认的技术与经济更为合理的水处理方案。
    4. 反渗透膜元件一般能用几年?
    膜的使用寿命取决于膜的化学稳定性、元件的物理稳定性、可清洗性、进水水源、预处理、清洗频率、操作管理水平等。根据水质情况和经济分析通常卷式反渗透寿命一般为1-5年,碟管式反渗透(DTRO)一般3-15年。
    5. 反渗透和纳滤之间有何区别?
    纳滤是位于反渗透与超滤之间的膜法液体分离技术,反渗透可以脱除最小的溶质,分子量小于0.0001微米,纳滤可脱除分子量在0.001微米左右的溶质。纳滤本质上是一种低压反渗透,用于处理后产水纯度不特别严格的场合,纳滤适合于处理井水和地表水。纳滤适用于没有必要像反渗透那样的高脱盐率的水处理系统,但对于硬度成份的脱除能力很高,有时被称为“软化膜”,纳滤系统运行压力低,能耗低于相对应的反渗透系统。
    6. 膜技术具有怎样的分离能力?
    反渗透是最精密的膜法液体分离技术,它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于100的有机物,但允许水分子透过,醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于95%,反渗透膜脱盐率一般大于98%.它们广泛用于海水及苦咸水淡化,锅炉给水、工业纯水及电子级超纯水制备,饮用纯净水生产,废水处理及特种分离等过程,在离子交换前使用反渗透可大幅度地降低操作费用和废水排放量。反渗透膜两侧的运行压差当进水为苦咸水时一般大于5bar,当进水为海水时,一般低于84bar,金正环保独家研发的优于国际水平的海水淡化膜极大满足了国内外市场需求。
    7. 反渗透膜进水最大允许二氧化硅浓度多少?
    最大允许二氧化硅的浓度取决于温度、pH值以及阻垢剂,通常在不加阻垢剂时浓水端最高允许浓度为100ppm,某些阻垢剂能允许浓水中的二氧化硅浓度最高为240ppm,可咨询相关阻垢剂供应商。
    8. 铬对RO膜有何影响?
    某些重金属如铬会对氯的氧化起到催化作用,进而引起膜片的不可逆性能衰减。这是因为在水中Cr6+比Cr3+的稳定性差。似乎氧化价位高的金属离子,这种破坏作用就更强。因此,应在预处理部分将铬的浓度降低或至少应将Cr6+还原成Cr3+。
    9. RO系统一般需要何种预处理?
    通常的预处理系统组成如下,粗滤(~80微米)以除去大颗粒,加入次氯酸钠等氧化剂,然后经多介质过滤器或澄清池进行精密过滤,再加入亚硫酸氢钠还原余氯等氧化剂,最后在高压泵入口之前安装保安过滤器。保安过滤器的作用顾名思义,它是作为最终的保险措施,以防止偶然大颗粒对高压泵叶轮和膜元件的破坏作用。含颗粒悬浮物较多的水源,通常需要更高程度的预处理,才能达到规定的进水要求;硬度含量高的水源,建议采用软化或加酸和加阻垢剂等,对于微生物及有机物含量高的水源,还需要使用活性炭或抗污染膜元件。
    10. 反渗透能脱除微生物如病毒和细菌吗?
    反渗透(RO)非常致密,对病毒、噬菌体和细菌具有非常高的脱除率,至少在3log以上(脱除率>99.9%)。但是还须注意的是,在很多情况下,膜产水侧仍可能会出现微生物再次滋生,这主要取决于装配、监测和维护的方式,就是说,某一个系统的脱除微生物的能力关键取决于系统设计、操作和管理是否恰当而不是膜元件本身的性质。
    11. 温度对产水量有何影响?
    温度越高,产水量越高,反之亦然,在较高的温度条件下运行时,应调低运行压力,使产水量保持不变,反之亦然。
    12. 什么是颗粒和胶体污染?如何测定?
    反渗透或纳滤系统一旦出现颗粒和胶体的污堵就会严重影响膜的产水量,有时也会降低脱盐率。胶体污堵的早期症状是系统压差的增加,膜进水水源中颗粒或胶体的来源因地而异,常常包括细菌、淤泥、胶体硅、铁腐蚀产物等,预处理部分所用的药品如聚合铝和三氯化铁或阳离子聚电介质,如果不能在澄清池或介质过滤器中有效的除去,也可能引起污堵。此外阳离子性的聚电介质也会与阴离子性的阻垢剂反应,其沉淀物会污堵膜元件,水中这类污堵倾向或预处理是否合格采用SDI15进行评价。
    13. 不作系统冲洗,最长允许停机多久?
    如果系统使用阻后剂,当水温在20~38℃之间大约4小时;在20℃以下时大约8小时;如果系统未用阻垢剂约1天。
    14. 怎样才能使膜系统的能耗降低?
    采用低能耗膜元件即可,但应注意到它们的脱盐率比标准膜元件略低。可自由透过微滤膜,微滤膜用于去除细菌、微絮凝物或总悬浮固体TSS,典型的膜两侧的压力为1~3bar。
    15. 反渗透纯水系统能否频繁的启停?
    膜系统是按连续运行作为设计基准的,但在实际操作时,总会有一定频度的开机和停机。当膜系统停机时,必须用其产水或经过预处理合格的水进行低压冲洗,从膜元件中置换掉高浓度但含阻垢剂的浓水。还应采取措施预防系统内水漏掉而引入空气,因为元件失水干掉的话,可能会产生不可逆的产水通量损失。如果停机小于24小时,则无需采取预防微生物滋生的措施。但停机时间超过上述规定,应采用保护液作系统保存或定时冲洗膜系统。
    16. 膜元件上安装盐水密封圈其方向怎样确定?
    要求膜元件上的盐水密封圈装在元件进水端,同时开口面向进水方向,当给压力容器进水时,其开口(唇边)将进一步张开,完全封住进水从膜元件与压力容器内壁间的旁流。
    17. 怎样从水中脱除硅?
    水中硅以两种形态存在,活性硅(单体硅)和胶体硅(多元硅):胶体硅没有离子的特征,但尺度相对较大,胶体硅能被精细的物理过滤过程所截留,如反渗透,也可以通过凝聚技术降低水中的含量,如混凝澄清池,但是那些需要依靠离子电荷特征的分离技术,如离子交换树脂和连续电去离子过程(CDI),对脱除胶体硅效果十分有限。
    活性硅的尺寸比胶体硅小得多,这样大多数的物理过滤技术如混凝澄清、过滤和气浮等均无法脱除活性硅,能够有效脱除活性硅的过程是反渗透、离子交换和连续电去离子过程。
    18. pH对脱除率、产水量和膜寿命有何影响?
    反渗透膜产品对应pH范围一般为2~11,pH对膜性能本身的影响很小,这是与其它膜产品不同的显著特点之一,但是水中许多离子本身的特性受pH的影响巨大,例如当柠檬酸等类的弱酸在低pH条件下,主要呈非离子态,而在高pH值下出现解离而呈离子态。由于同一离子,荷电程度高,膜的脱除率高,荷电程度低或不荷电,则膜的脱除率低,因此pH对某些杂质的脱除率影响十分巨大。
    19. 进水TDS和电导率之间关系怎样?
    当获得进水电导率数值时,必须将其转化成TDS数值,以便能在软件设计时输入。对于多数水源,电导率/TDS的比率为1.2~1.7之间,为了进行ROSA设计,海水选用1.4比率而苦咸水选用1.3比率进行换算,通常能够得到较好的近似换算率。
    20. 怎样知道膜是否已受到污染?
    以下是污染的常见症状:
    在标准压力下,产水量下降,为了达到标准产水量,必须提高运行压力v。进水与浓水间的压降增加v,膜元件的重量增加v,膜脱除率明显变化(增加或降低),当元件从压力容器内取出时,将水倒在竖起的膜元件进水侧,水不能流过膜元件,仅从端面溢出(表明进水流道完全堵塞)。
    21. 怎样防止膜元件原包装内的微生物滋生?
    当保护液出现混浊时,很可能是因为微生物滋生之故。用亚硫酸氢钠保护的膜元件应每三个月查看一次。当保护液出现混浊时,应从保存密封袋中取出元件,重新浸泡在新鲜保护液中,保护液浓度为1%(重量)食品级亚硫酸氢钠(未经钴活化过),浸泡约1小时,并重新密封封存,重新包装前应将元件沥干。
    22. RO膜元件和IX离子交换树脂的进水要求有哪些?
    理论上讲,进入RO和IX系统应不含有如下杂质:
    悬浮物、胶体、硫酸钙、藻类细菌、氧化剂,如余氯等、油或脂类物质(必须低于仪器的检测下限)、有机物和铁-有机物的络合物、铁、铜、铝腐蚀产物等金属氧化物、进水水质对RO元件和IX树脂的寿命及性能将产生巨大的影响。
    23. RO膜能脱除哪些杂质?
    RO膜能够很好地脱除离子和有机物,反渗透膜比纳滤膜有更高的脱除率,反渗透通常能脱除给水中99%的盐份,进水中的有机物的脱除率≥99%。
    24. 怎样知道你的膜系统该用何种清洗方法进行清洗?
    为了获得最好的清洗效果,选择能对症的清洗药剂和清洗步骤非常重要,错误的清洗实际上还会恶化系统性能,一般来说,无机结垢污染物,推荐使用酸性清洗液,微生物或有机污染物,推荐使用碱性清洗液。
    25. 为什么RO产水的pH值低于进水的pH值?
    当了解到CO2、HCO3-和CO3=之间的平衡,就能够找到这一问题的最好答案,在密闭的体系内,CO2、HCO3-和CO3=的相对含量随pH值的变化而变化,低pH值条件下,CO2占主要部份,在中等pH值范围内,主要为HCO3-,高pH值范围内,主要为CO3=。由于RO膜可以脱除溶解性的离子而不能脱除溶解性的气体,RO产水中的CO2含量与RO进水中CO2的含量基本相同,但是HCO3-和CO3=常常能够减少1~2个数量级,这样就会打破进水中CO2、HCO3-和CO3=之间的平衡,在系列反应中,CO2将与H2O结合发生如下反应平衡的转移,直到建立新的平衡。
    如果进水中含有CO2,则RO的产水pH值总会降低,对于大多数RO系统反渗透产水的pH值将有1~2个pH值的下降,当进水碱度和HCO3-高时,产水的pH值下降就更大。
    为数极少的进水,含较少的CO2、HCO3-或CO3=这样看到产水pH值的变化就少,某些国家和地区,对于饮用水pH值有规定,一般为6.5~9.0,根据我们的理解,这是为了防止输水管路的腐蚀,而饮用低pH值的水,本身不会引起任何健康问题,众所周知,许多市售含碳酸饮料其pH值在2~4之间。
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