膜法水处理-反渗透

膜法水处理—反渗透一、反渗透的原理（1）渗透的定义一种溶剂通过一种半透膜进入一种溶液或一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。渗透压：当稀溶液向浓溶液的渗透停止时的压力反渗透的定义：在浓液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂压到半透膜的另一边稀溶液中，这和自然界正常渗透过程相反。反渗透的条件：高选择性和高渗透性的选择性半透膜、高于溶液渗透压的操作压。反渗透原理图见图4-7。渗透压的计算根据渗透平衡时膜两侧水的化学位相等的条件，得出渗透压的计算公式，对于水的稀溶液，其计算式可近似为VantHoff方程：Π=R·T·∑ci式中：Π为渗透压，Mpa；R为气体常数，0.008039MPa·L/(mol·K)；T为水的绝对温度，K；∑ci为水中各种溶质的浓度之和，mol/L。渗透压是选择操作压力和设计反渗透的重要依据。25℃时部分典型溶液的渗透压数据组分浓度渗透压组分浓度渗透压mg/Lmmol/LMPapsimg/Lmmol/LMPapsiNaCl350000.602.8398MgSO410000.008310.0253.6海水32000--2.4340MgCl210000.01050.0689.7NaCl20000.03420.1622.8CaCl210000.0090.0588.3苦咸水2000-5000--0.105-0.2815-40蔗糖10000.002920.0071.05NaHCO310000.01190.0912.8葡萄糖10000.00550.0142.0Na2SO410000.007050.0426.0二、反渗透膜1.反渗透膜的性能要求和指标(1)膜的化学稳定性膜的化学稳定性主要指膜的抗氧化性和抗水解性。膜材料都是高分子化合物，而水溶液中含有次氯酸钠、溶解氧、双氧水、六价铬等氧化剂，这些氧化剂会造成膜的氧化，影响膜的性能和寿命。因此若分离含氧化剂的水溶液，应尽量避免用含键能很低的O-O键或N-N键的膜，以提高膜的抗氧化能力，如，芳香聚酰胺膜中因有一定的N－N键，在氧化剂含量较高时易断裂，故其抗氧化性不如醋酸纤维膜。膜的水解和氧化是同时发生的。当制备膜的高分子化合物中含－CONH－、－COOR－、－CN－、－CN2O－等时，在酸或碱的作用下，易发生水解反应，使膜破坏，而聚砜、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚等材料的抗水解性能优越，但由于其缺少亲水基团，故透水性差，常用做制作膜表面有孔的超滤膜和微孔滤膜。(2)膜的耐热性和机械强度反渗透膜有时需在较高温度下使用，故需耐热。膜的机械强度是高分子材料力学性质的体现，其中包括膜的耐磨性。在压力作用下，膜的压缩和剪切蠕变以及表现出的压密现象，会导致膜的透过速度下降。如能将膜直接制作在高强度的支撑材料上，会增加膜的机械强度。(3)膜的理化指标膜材质允许使用的压力适用的pH范围耐O2和Cl2等氧化性物质的能力抗微生物、细菌的侵蚀能力耐胶体颗粒及有机物、微生物的污染能力(4)膜的分离透过特性指标膜的分离特性指标包括脱盐率（或盐透过率）、产水率（或回收率）、水通量及流量衰减系数（或膜通量保留系数）等。①脱盐率（SaltRejection）指给水中总溶解固体物（TDS）中的未透过膜部分的百分数。脱盐率＝（1－产品水中总溶解固体物/给水中总溶解固体物）×100％②产水率（PermeatFlowRate/Recovery）指渗透水流的比率，也可表示为回收率，即产水流量与给水流量之比。产水率＝（产品水流量/给水流量）×100％③水通量（Flux）又称透水量，指单位面积膜的产品水流量，是设计和运行都要加以控制的重要指标，它取决于膜和原水的性质、工作压力、温度。④通量衰减系数（Fluxdeclinecoefficient）指反渗透装置在运行过程中水通量衰减的程度，即运行一年后水通量与初始运行水通量下降的比值。如，Hydranautics的膜以井水为原水时每年衰减4％～7％。⑤膜通量保留系数（MembraneFluxRetentionCoefficient）指运行一定时间后水通量与初始水通量的比值。⑥盐透过率（SaltPassage）盐透过率＝（1－脱盐率）×100％⑦最大给水流量、最大压降、最低浓水流量设定最大给水流量用来保护容器中的第一个反渗透元件，使其给水与浓水压力降不会太大，否则，压力降高就可能使膜组件变形，损坏膜元件。设定最小的浓水流量以保证在容器末端的膜元件有足够的横向流速，从而减少了胶体在膜表面上的沉淀，并且减少浓差极化对膜表面的影响。浓差极化指在膜表面上的盐浓度高于主体流体浓度的现象，易产生盐浓缩，因为横向流速低，膜表面的盐的反向扩散速度就低，结果难溶盐沉淀的机会增多，而且更多的盐会透过膜表面，导致产水量和脱盐率下降。（5）反渗透膜的除盐分离特性1)有机物比无机物容易分离。2)电解质比非电解质易分离。对电解质来说，电荷高的分离性好，例如去除率大小顺序为：Al3+＞Mg2+＞Ca2+＞Na+；PO43-＞SO42-＞Cl-3)无机离子的去除率受该离子的水合离子数及水合离子半径的影响．水合离子半径越大的离子(一般离子半径小的离子，其水合离子半径大)，则越容易被去除。例如，某些阳离子的去除率大小顺序为：Mg2+、Ca2+＞Li+＞Na+＞K+，而阴离子的去除率大小顺序为：F-＞C1-＞Br-＞NO3-。4)对非电解质来说，分子愈大的愈易去除。5)气体容易透过膜。例如：氨、氯、碳酸气、硫化氢氧等气体的去除率就很低。氨的分离性较差，但调pH值使之成为铵离子后，分离性就变好。6)对弱酸诸如硼酸、有机酸的去除率低。在有机化合物中，去除率大小顺序为：柠檬酸＞酒石酸＞乙酸，乙醛＞乙醇＞胺＞酸。2.膜运行条件的影响因素及膜表面的浓差极化(1)膜的水通量和脱盐率膜的水通量和脱盐率是反渗透过程中关键的运行参数，这两个参数将受到压力、温度、回收率、给水含盐量、给水pH值等因素的影响。压力给水压力升高使膜的水通量增大，压力升高并不影响盐透过量，在盐透过量不变的情况下，水通量增大时产品水含盐量下降，脱盐率提高。温度在提高给水温度而其他运行参数不变时，产品水通量和盐透过量均增加。给水含盐量给水含盐量增加影响盐透过量和产品水通量，使产品水通量和脱盐量均下降。回收率增大产品水的回收率，则产品水通量稍有下降趋势。因为浓水盐浓度增大，盐浓度高，则渗透压增大，在给水压力不变的情况下，用于水通过膜的压力降低。给水pH值脱盐率和水通量在一定的pH值范围内较为恒定，一般最大脱盐率的pH为8.5左右。(2)膜表面的浓差极化1）定义反渗透过程中，水分子透过以后，膜界面中含盐量增大，形成较高浓度的浓水层，此层与给水水流的浓度形成很大的浓度梯度，这种现象称为膜的浓差极化。2）浓差极化的危害①由于界面层中的浓度很高，相应地会使渗透压升高，导致原来运行条件下的产水量下降。②由于界面层中盐的浓度升高，膜两侧的盐浓度差增大，使产品水的盐透过量增大。③由于界面层的浓度升高，则易结垢的物质增加了沉淀的倾向，从而导致膜的垢物污染。④浓差极化也是促成膜表面胶体污染的重要原因（胶体扩散速度远小于盐）。3）消除浓差极化的措施①严格控制膜的水通量;②严格控制回收率;③严格按照膜生产厂家的设计导则进行系统的运行。④制造商对回收率的要求考虑了膜表面冲洗的流速，对水通量的规定考虑了膜表面浓缩盐分应避免达到临界浓度。3.膜的材料和结构特点按反渗透膜的材质、成膜工艺、结构和特性分类，主要有非对称反渗透膜、复合反渗透膜，包括被人们关注的耐氯膜、耐污染膜、动力膜、荷电膜、无机膜等。（1）非对称反渗透膜最早实际使用的反渗透膜，其结构特征是二层结构，上面一层是致密脱盐层，下面一层是多孔支撑层，真正起脱盐作用的是致密层最上面厚约0.1～0.2微米的一部分，叫活化层。致密层和多孔支撑层是在膜制备过程中同时形成的。目前应用最广泛的非对称反渗透膜是醋酸纤维膜（CA）和芳香聚酰胺膜。①醋酸纤维素膜（CA）有平膜和管式膜（中空纤维膜），通常膜的厚度为100～200μm，制膜时与空气相接触的丙酮蒸发面在外观上有光泽，并有非常致密的构造，其厚度在0.25～1μm，这层称为表面层或表面致密层，与除盐作用有关。表面层下有一较厚的多孔海绵层，支持着表面层，称为支持层。表面层含水率12％，支持层含水率60％。表面层的细孔在10nm以下，支持层的细孔在100nm以上。优点：价格便宜，制备简单，透水性能好。膜在短时间内抗氯气的浓度可达20ppm。缺点：容易水解和生物降解，高分子的屈服压力只有56kg/cm2，只能在较窄的pH值范围（4～7）、较低的原水温度（小于30度）和较低的操作压力（低于50kg/cm2）下使用。应用：适用于苦咸水淡化、超纯水制备和中性水溶液的浓缩分离等方面。三醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素等都可做成纤维素类膜。②芳香聚酰胺膜（PA）70年代以前研究的主要是脂肪族的聚酰胺膜，如尼龙-56、环氧乙烷接枝尼龙以及异氰酸酯处理的尼龙等。这些膜的透水性都较差，目前使用最多的是芳香聚酰胺膜，成膜材料为芳香聚酰胺、芳香聚酰胺-酰肼以及一些含氮芳香聚合物。优点：具有较高的透水量和较高的脱盐率，膜的化学稳定性好，机械强度高，一般适用pH为4～10、较高的原水温度和操作压力。缺点：膜材料单体毒性大，制备复杂，价格昂贵，对氯气比较敏感。应用：除适用于CA膜应用范围外，还适用于一级海水淡化、工业污水净化及酸性、碱性水溶液的浓缩分离。③复合反渗透膜由于非对称膜的致密层和支撑层是在制备中同时形成的，故非对称膜的活化层很难做得比1000埃更薄，而活化层越厚，透水量越小，流量衰减系数越大。为克服此问题，发展了复合反渗透膜，其活化层和支持层分开形成，从结构上看，复合膜是两层薄皮的复合体，活化层理论上可做成200埃厚。制法：将极薄的皮层刮制在一种预先制好的微细多孔支撑层上。复合膜具有比非对称膜更大的透水量（比非对称膜高80～100％）、更高的脱盐率和更小的流量衰减系数，它的出现大大降低了反渗透的操作压力，延长了膜的寿命，提高了反渗透的经济效益，促进了万吨以上反渗透膜海水淡化工厂和十万吨级反渗透苦咸水淡化工厂的建立。三、反渗透膜组件的几种形式复合膜1.板框式反渗透装置有系紧螺栓式和耐压容器式反渗透器，系紧螺栓式由几块或几十块承压板组成。承压板两侧覆盖微孔支撑板和反渗透膜。将这些贴有膜的板多层间隔迭合，用长螺栓固定后，装入密封耐压容器中。高压盐水以湍流状态通过反渗透膜表面，淡化水由承压板中流出。板框式反渗透器的优点为：装置牢固，能承受高压，占地面积不太大。其缺点是液流状态差，容易造成浓差极化，设备费用较大。耐压容器式是将多层脱盐板堆积组装放入耐压容器中而成。2.管式管式反渗透器有内压式、外压式、单管式和管束式等几种。在管式膜渗透过程：在压力下料液通过具有内壁膜的管子，穿过半透膜的产水从支撑管上的小孔流出，管内浓缩的盐水从管子的另一端流出。3.螺旋卷式（简称卷式）螺旋卷式反渗透膜的组成是在二层反渗透膜中间夹入一层多孔支撑材料，并密封膜的二面边缘(使盐水与透过膜的淡化水隔开)，再在膜的下面铺上一层隔网，然后沿着钻有孔的中心管卷绕这一依次选好的多层材料(膜／多孔支撑材料／膜／进料液隔网)，就形成一个卷式反渗透膜组件。4.中空纤维式美国杜邦公司和道斯化学公司提出用纯中空纤维素作为反渗透膜，制造出一种中空纤维式反渗透装置。这种装置类似于一端封死的热交换器，其中含有外径50μm、内径25μm；装成一种圆柱形中空纤维管束，一端敞开，另一端用环氧树脂封死，放入一种圆筒形耐压容器中，或者将中空纤维弯曲成U形装入耐压容器中，由于这种中空纤维极细，通常可以装填几百万根。高压溶液从容器旁的打进去。经过中空纤维膜的外壁，从中空纤维管束的另一端把渗透液收集起来，浓缩后的料液从另一端连续排掉。中空纤维式的优点是单位体积内的膜装载面积大，无须承压材料，装备紧凑。缺点是容易堵塞、清洗困难。因此对原液的预处理要求很严。四、反渗透膜污染因素及其防止1.反渗透膜的污染导致膜性能降低的膜污染因素：（1）膜本身发生化学变化，包括芳香聚酰胺膜的胺基受氯和其他氧化性因素的作用而破坏；醋酸纤维素膜的酯基受温度和pH值影响而水解；膜受强酸、强碱的溶解等。（2）颗粒物的沉积（胶体污染）：由于进水中常含有大量的硅酸胶体，前端的过滤处理无法脱除，增加了溶质的传质阻力，且有形成硅酸盐垢的不利因素。（3）无机物的沉积（结垢）：膜表面盐浓度升高（浓差极化现象），当成垢盐的浓度超过其饱和浓度时就会发生结垢，使得消耗的能量增大。（4）微生物的粘附及生长（生物污染）：进水中含有微生物和膜的较大的表面积。（5）有机分子的吸附（有机污染）：水中有机大分子如油和烃类对膜的污堵或小分子有机物对膜的吸附污染。膜的悬浮物和胶体颗粒污染1）膜受悬浮物和胶体颗粒污染的表现：表现在产品水流量降低，有时也影响脱盐率，初期标志是反渗透系统的给水/浓水压差增大2）给水中淤泥胶体的来源细菌、黏土、大分子有机物、胶体硅不溶解的金属铁的腐蚀产物给水预处理使用的混凝剂，如铝盐、铁盐或带正电荷的聚电解质在澄清和过滤中未能有效地除去的物质预处理所加入的带正电荷聚合物的凝聚剂与加入的带负电荷的阻垢剂产生的沉淀颗粒3）污染因素的表征水中胶体和悬浮颗粒的污染因素以淤泥密度指数SDI量度表征，对于卷式反渗透膜，进水要求小于5，中空纤维膜小于3。SDI作为反渗透给水重要的指标，在反渗透运行中应每天测3次。用直径为47mm，孔径为0.45微米的过滤膜，保持2.1MPa压力，开始记录过滤500mL水样所用时间t0，在同样压力下连续过滤15min，15min后再测量过滤500mL水样所用时间t15，则：SDI＝（1－t0/t15）×100/15。测定方法详见ASTMD189－82。4）去除天然水中悬浮颗粒及胶体的方法:混凝澄清、直接凝聚过滤、介质过滤、滤芯过滤、氧化（除铁、锰）过滤的深度过滤。近年来，微滤、超滤的膜分离方法引入了反渗透给水预处理领域，并可望成为代替常规处理方法的新技术。膜的有机物污染:反渗透给水中有机物的允许值，就目前所掌握的信息认为有机物污染尚难于预测。从SDI的测定可知，大于0.45微米的有机物大分子会引起污染威胁，可能包括腐殖质、腐殖质与黏土及金属离子相结合的复合物、具有胶体性质的有机物蛋白质、病毒、细菌、纤维素等多糖类化合物。不能被0.45微米膜阻留的有机物是否会对膜造成污染尚难以简单地确定，只能靠试验来检验。1）溶解性有机物的去除原水中的有机物呈悬浮、胶体和溶解三种形态，悬浮、胶体形态的有机物可通过前述的方法除去或降低，这里仅指溶解性有机物。有机物不仅是微生物的养料，而且当其浓缩到一定程度后，还可以溶解膜材料，使膜件能劣化；有机物的种类较多，有些低分子有机物如乙醇等可透过膜，因此对膜无影响；腐殖酸分子量大，不透过膜，对膜的污染也较少；而丹宁酸易吸附在膜上，是强污染物：2）除去溶解性有机物的方法有：①用阳离子混凝剂除去负电性大分子有机物；②投加氧化剂如Cl2、Cl02等氧化、分解有机物；③采用活性炭吸附；④用超滤除去一定分子量的有机物等。膜的微生物污染微生物主要是随着原水进入系统的。进入反渗透系统的微生物会在膜元件及管道内繁殖生长，形成生物粘泥，造成膜的生物污染，从而严重影响膜的性能。1）微生物污染的表现特征①水通量逐渐下降，运行压差逐渐增加；②对于CA膜，微生物(如细菌)的侵蚀会使醋酸纤维素高分子中的乙酰基破坏，引起膜脱盐率的下降；③对于复合膜，虽然不会被细菌侵蚀，但细菌粘泥会造成膜元件的污堵。④由于生物粘泥的附着力较大，具有保护微生物不受水流剪切力的作用。一旦发生生物污染就较难进行清洗。⑤微生物黏膜也不怕化学消毒药物的影响，由于总是不能彻底清除因而加速黏膜的再生。2）生物黏膜的预测水通量下降、脱盐率下降、进水/浓水压力差增加并非生物污染的防止指标。①测定原水入水口－预处理各环节－反渗透给水、浓水以及产品水细菌总数（TBC），观察细菌变化数值。当发现浓水中的TBC明显增加，说明反渗透膜尚可能有粘泥形成。②给水中的有机物含量除可造成膜的污染外，还可作为细菌生存的营养，故应对有机物（以总有机碳表示，TOC）的含量进行监测。2mg/LTOC大致相当于5mg/L的总有机生物量，TOC和TBC之间有一定的相应关系，可以间接地监视生物膜的发展。③定期检查反渗透前的滤芯过滤器及给水管、浓水管内部的清洁程度，当发现有黏状物或臭味即为产生生物粘泥的征兆。④为反渗透系统装上有代表性的模拟膜元件的监控系统。3）生物黏膜的控制①采取冲击式消毒或清洗，使反渗透膜上的生物污染物受到控制，维持在一个可以承受的水平。②如果膜的污染超过允许值时，膜的阻力上升，产水量下降，必须果断停止运行，进行清洗，如有延误，则清洗将更困难。实践证明，当产水量下降至原产水量的50％时，则清洗难以奏效。③反渗透膜的消毒杀菌方式氯化加氯、次氯酸钠或二氧化氯均可以，但应注意，对于聚酰胺膜给水必须脱氯，可采用活性炭吸附脱氯或加入亚硫酸钠或焦亚硫酸钠化学脱氯。异噻唑啉酮杀菌紫外线杀菌，常用于小型反渗透系统臭氧消毒灭菌2.膜的防垢技术措施按照结垢的顺序有：碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅络合物、硫酸钡、硫酸锶、氟化钙。而铝、铁或锰的氢氧化物一般应在预处理时沉淀析出，因而不会在膜上结晶。（1）钠离子软化采用钠离子交换树脂软化，可有效除去钙离子、锶离子、钡离子，可有效防止碳酸盐垢和硫酸盐垢，这种处理方法不改变水的pH值，适于中小型苦咸水反渗透处理。（2）弱酸性阳离子交换树脂脱碱只能除去钙离子、锶离子、钡离子的碳酸氢盐（暂时硬度），因此只是部分软化，同时水的pH值降至4～5，适于含高碳酸盐的水。应注意：此种方法处理后的水的pH值变化范围为3.5～6.5，pH值的变化使脱盐率难以控制，当pH小于4.2时，无机酸的透过量会增大，产品水TDS（总溶解固体物）变高。为避免产品水pH值过低，可在脱二氧化碳后加入氢氧化钠。（3）石灰软化法此法可除去钙、镁的碳酸盐硬度，但并不彻底，水中的非碳酸盐硬度可用碳酸钠进一步除去。石灰－苏打处理也可降低二氧化硅浓度约60～70％，同时可大量减少钡、锶及有机物。石灰软化法处理的给水在进入反渗透前需经凝聚过滤与pH调整。（4）加酸加酸可防止碳酸钙垢的析出。加酸根据LSI指数进行：多数天然水的LSI为正值，如果不使用阻垢剂，浓水的LSI必须调为负值，如果采用阻垢剂则允许LSI稍高，加酸量可降低；若采用高效阻垢剂，则往往使加酸量降到很低，甚至不需加酸，如现在有的阻垢剂允许LSI到2.8。由于反渗透对硫酸根离子的脱除率高于氯离子，且硫酸更经济，因此因首选硫酸。加酸以后可防止碳酸钙垢，但是否需加阻垢剂还要看硫酸钙、锶、钡等的离子积是否超过其溶度积。（5）加入阻垢剂阻垢剂具有溶限效应，加入较少的量即可达到较好的阻垢效果。如，SHMP（六偏磷酸钠）是一种常用的阻垢剂，但使用时要防止水解，加入到给水中的剂量一般为5mg/L，浓水中可达20mg/L。现在多使用有机阻垢剂，可在LSI超过2时使用。但应注意有机阻垢剂可能与预处理所使用的用于凝聚的阳离子聚电解质或多价阳离子产生沉淀，一旦产生这种沉淀，则较难从膜上除去，因此应避免超剂量使用。（6）硅垢的防止原水中的二氧化硅由于条件不同会以不同的形态存在，即可能以溶解态和胶态存在，甚至形成无定形或石英晶体沉淀。在反渗透给水预处理中，为了防止膜的硅垢污染，常采用下列方式：加镁剂澄清过滤；加硅垢的阻垢剂及超滤膜分离法（常用）。反渗透预处理系统3.反渗透膜的清洗（1）需要进行清洗的标志和污垢的判别1）需要进行清洗的标志：产品水流量减小膜的脱盐率下降给水/浓水的压力差增加污垢的判别根据下列分析结果判别污垢：①给水成分分析②以前清洗的检验结果③SDI测定的过滤膜上的污物分析④5μm过滤器滤芯上沉积物的分析⑤检查给水管道内表面，打开压力容器端部观察在膜元件的进水端污垢的外观（如红棕色可能是铁污垢，生物污垢或有机物通常为黏性胶状物）（2）常用清洗剂①盐酸：盐酸可清除碳酸钙水垢和多数金属氧化物。常用浓度为0.2％，清洗温度不超过45度。②磷酸：对碳酸钙和金属氧化物有效，常用浓度0.5％。③氨基磺酸：有机强酸，60度以下使用。④柠檬酸：清洗pH值一般控制在2.5～4.5，温度尽可能高一些，但不可超过45度。⑤EDTA：主要是络和清洗，在清洗二氧化硅和微生物黏膜时，清洗液中常加入EDTA，并在碱液条件下配合剥离微生物黏膜。⑥碱液（氢氧化钠或磷酸钠）：碱液主要是为了去除微生物膜、有机物和二氧化硅，其使用浓度一般0.1％。⑦硫代硫酸钠：硫代硫酸钠清洗对于金属氧化物来说属于还原性溶解，如将高价铁还原成低价铁，增加其溶解性去除。⑧表面活性剂：应使用阴离子表面活性剂，避免使用阳离子表面活性剂，因其可能发生不可逆转的污堵。清洗用化学品构成覆盖层的物质清洗剂条件含钙结垢金属氢氧化物无机胶质柠檬酸1%～2%，用氨水调节pH为4含钙结垢EDTA1%～2%，氨水或NaOH调节pH为7有机污垢、细菌阴离子表面活性剂0.1%～1%，H2SO4或NaOH调节pH为7细菌甲醛0.1%-1%五、反渗透脱盐系统的设计反渗透脱盐系统的设计是依据原水水质、产水水质及水量要求、排放水量的要求及场地情况等原始资料．选择合理的水处理工艺流程，选择适当的膜元件，确定膜元件数员及组件的排列方式等。设计工作是水处理系统建造的重要环节，往往对工程质量、投资、制水成本控制等起着决定性作用。1.设计依据的资料水源水质资料是反渗透系统设计的重要依据，它决定了反渗透系统选用的膜类型及所要求的预处理工艺系统。在进行反渗透系统设计时，不仅要有正确的水源水质分析数据，还要对水源水质可能的变化趋势资料进行分析，使设计的水处理系统能适应可能的水源水质的变化。产水水质的要求则是进行反渗透脱盐系统膜的选型、组件的排列方式以及后处理系统设计的依据。2.反渗透的基本流程3.进水的预处理根据原水水质及其水质特点，确定预处理方案。原水经预处理后的水质应达到反渗透膜元件对给水(进水)水质的要求。卷式反渗透元件对进水水质的要求悬浮物含量，mg/L淤塞密度指数SDIpH值化学需氧量，mg/L(KMnO4法，以O2计）游离氯含量，mg/L(以Cl2计）铁含量，mg/L(以Fe计)醋酸纤维膜＜0.3＜45.0～6.0＜1.50.2～1＜0.05复合膜＜1＜53～11＜1.5＜0.1＜0.054.反渗透装置的设计（1）反渗透装置的设计程序①根据水源及水质确定使用膜元件的类型；②根据对产水量和产水水质的要求，确定膜元件的数量、膜组件的排列方式和反渗透装置的回收率；③根据计算出的膜组件所需的推动压力进行高压泵的选型；④配置仪表、阀门等配件。反渗透装置的基本组成有筒式过滤器(通常称作保安过滤器，)、升高进水压力的高压泵(简称高压泵)、膜组件及管道、阀门、仪表等配件；一级二段反渗透脱盐装置(2)反渗透装置的性能参数参数计算公式说明给水、浓缩水和透过水的流量Qf=Qb+QpQf、Qb、Qp分别为给水、浓缩水和透过水的流量，m3/hF0、Ft分别为运行初期和时间t时所对应的反渗透膜的水通量，m3/(m2h);m为膜由于受压致密或受到污染而引起水通量减少的斜率值。cb、cp、cf分别为浓缩水、透过水和给水的含盐量，mg/L。SP为透过水与给水的含盐量之比，%；y为透过水与给水的流量之比，%;处理能力lgFt=mlgt+lgF0盐透过率（SP）SP=(cp/cf)*100脱盐率（截留率）RR=(1-cp/cf)*100回收率yy=(Qp/Qf)*100浓缩倍数KK=(100-SP*y)/(100-y)K=100/(100-y)=cb/cf（3）膜类型的选择原水的水质特点及对产品水的水质要求基本决定了膜的选型。CA膜的脱盐率较低(95％～98％)，化学稳定性较差，易水解。膜性能衰减较快，操作压力较高；但CA膜表面光滑、不带电荷，因此其抗污染物沉积的能力较强，微生物不易在膜表面粘滞；CA膜耐氧化能力较强，要求进水中维持0.3～1.0mog/L的游离氯，这部分游离氯可持续保护反渗透装置中的CA膜不受细菌侵蚀．还可防止由微生物和藻类的生长而引起的污堵。因此在处理污染较为严重的地表水及废水的场合，常选用CA膜。复合膜的脱盐率高(＞99％)，化学稳定性好，耐生物降解，并且操作压力低；复合膜允许的PH值范围比较宽，运行时为3～10(Filmtec/Dow为2～11)，清洗时为2～11(Filmtec/Dow为1～12)，可使反渗透给水少加酸或不加酸，清洗膜时可在较低酸性条件下进行，清洗效果好；复合膜允许的运行温度最高为45℃(CA膜为35℃)，有利于在较高温度下清洗膜元件。因此对于地下水和污染较轻的地表水，应优先选用复合膜。（4）水通量的选取在产品水量一定的条件下，选取水通量的大小基本确定了反渗透装置的膜元件数量。如设计选取的水通量低，则装置要求的膜元件数量就多，设备投资就高；但水通量低，污染物在膜表面沉淀量少，因而污染速度慢。如水通量选的高，则装置需要的膜元件数量就少，设备投资就低；但运行经验表明，在膜的水通量超过一定值时，污染速度呈指数规律上升，高通量的系统增加了膜污染的速率和化学清洗的频率。因此，水通量的选取既要考虑经济性，又要考虑膜污染的因素。通常对于地下水，因其水质好，设计时可选取较高的通量：对于受污染的地表水，则应选用较小的水通量。平均水通量及允许每年水通量衰减率(5)膜组件的排列方式每个膜元件的产水量和回收率是有限的，为满足水量的需求，需采用多个膜组件按一定的排列形式进行设计。有分段式（同一级内浓水分段）、分级式（透过液与产水分级）及部分循环式（部分浓水和透过液循环）。分段是指膜组件的浓缩液不经泵自动流到下一组的膜组件处理，流经n组膜组件处理即称为n段；级是指膜组件的透过液（淡水）在经泵到下一组膜组件处理，透过液经n次膜组件处理称为n级。分段式有简单的单段式、部分循环式以及多段式。分级式（产水分级）用于对最终产水要求高的流程中，第一级RO产水作为第二级反渗透的给水，以此推类，这样可最终制出高纯度的产水。一级一段连续式流程单段式：给水进入膜组件后，浓缩液和透过液连续引出。适用于处理量小、回收率不高的场合。一级一段循环式流程部分循环式：是部分浓缩液返回给水中进行循环，浓缩液浓度不断提高，因此回收率高，但透过液质量下降，适用于处理量较小并对回收率要求高的场合；分段（三段）式锥形排列多段式：将前一段的浓水作为下一段的进水，最后一段的浓水排放，而各段产水汇集利用，由于产品水的不断排出，因此浓缩液流量随段数的增加而下降，为了保持各段膜表面的流速基本一致，防止因流速过低产生浓差极化，应逐段减少膜组件数，即所谓的锥形排列，这种流程适用于处理量较大并需有较高回收率的场合，在工业脱盐应用中使用最广。(6)高压泵的选型高压泵提供了反渗透的推动力，是反渗透过程的关键设备，其性能的优劣直接影响到运行的经济性。可根据进水流量、膜组件要求的给水压力等参数进行选型。在确定给水水质并选定膜元件、膜组件的排列方式、回收率后，用RO设计软件可以方便地计算出需要的给水压力等数据。RO设计软件可从膜厂商处得到。高压泵有多级离心泵、容积式柱塞泵（小型装置）等。选用多级离心泵时，应在泵的出口管路上设置止回阀及电动慢开阀，前者可防止停机时被浓水回流冲击而损坏高压泵，后者可防止升压过快而造成膜组件的损坏，通常升压速度不宜超过0.07MPa/s；选用柱塞泵时，需设置缓冲器以消除脉动压力对膜造成的伤害。（7）仪表、控制设备等配件的设置(1)压力开关一般在高压泵的进、出口管路上均设有高低压保护开关，以防止进水量不足造成泵的气蚀及出水超压造成膜的损坏o(2)流量计设置产水和浓水流量计，测定装置的产水量及浓水排放量，并以此控制反渗透装置的回收率。流量计最好有累计和记录功能。(3)压力表在保安过滤器进、出口设置压力表，进、出口压力差可作为更换滤芯的依据；在膜组件进水、各段出水、浓水排放、淡水管路上设置压力表，用于监控运行压力、各膜组件进出口压差和产水管的背压。(4)电导率表设置进水及产品水的电导率表．由进水及产品水的电导率可近似地计算出反渗透装置的脱盐率。(5)pH计、温度表在进水管路上设置PH计及温度表，对于没有进水加热器的反渗透系统，应安装温度高报警、超温水自动排放和自动停运反渗透装置的设备。(6)SDI测定仪在高压泵前的进水管路上设置，有条件时可选用SDI自动测定仪。(7)流量控制阀浓水排水管上设流量调节阀，控制反渗透装置的回收率。(8)取样阀在每个膜组件的进水、浓水、淡水管上设取样阀，以监测各膜组件的水质状况。六、反渗透脱盐系统的运行1.膜元件的装入和取出（1）膜元件装入压力容器应先仔细阅读压力容器用户手册（有详细的安装拆解说明）。准备好必要的工具、材料和防护用品，如卡环钳、扳手、改锥、甘油、橡皮锤、手套、安全眼镜等。按用户手册的方法取下压力容器的二端端板，将压力容器清洗、接拭干净，并用毛巾或海绵浸甘油均匀涂抹压力容器内壁，使内壁润滑，便于膜元件的装入。膜元件装入压力容器的操作程序A.打开塑料封袋，取出膜元件，检查膜元件的密封环，并往密封环上涂甘油。B.将膜元件的2／3推入压力容器，注意密封环在暴露端，且密封环唇面向外部。C.记录膜元件系列号和位置。D.在膜元件连接件的o型密封环上均匀涂抹少许疆油。E.将连接件插人产品水管内或套在产品水管外(随膜生产厂家不同)。F.开始装入第2个膜元件，注意对准连接件，将膜元件连接好，馒慢地并保持与压力容器平行地将策2个膜元件推入2／3。G.记录第2个膜元件的系列号和位置。H.重复上述过程，直至所需数目的膜元件装入压力容器。I.在第一个和最后一个膜元件的两外端插入已用甘油润滑的产品水接头。J.将推力环插入压力容器浓水端，装好浓水端端板。K.装好进水端板。L.连接好端板处的管道。（2）从压力容器中取出或更换膜元件A.拆下压力容器端板的连接管件，卸下压力容器二端的端板。B.从进水侧向出水侧推出膜元件。如是更换膜元件，则安装膜的程序同时装入新的膜元件，并将要更换的膜元件逐个顶出；如仅是要卸出膜元件，则需使用推杆类的工具，方将膜逐个推出。2.运行监控（1）预处理系统预处理系统出水(RO给水)最重要的监测项目是SDI。通常对于以深井水为水源的预处理系统，每班(8h)需测定一次SDI;而对于以地表水为水源的预处理系统，则应增加监测次数,通常为2～4h检测一次。使用阻垢剂，应定期检查阻垢剂加药系统，每班应对阻垢剂的加入且做记录，并与此期间反渗透系统的产水量所要求的阻垢剂加入量进行核对。使用加酸调整PH值，虽目前一般使用自动加酸系统来控制，但为了保证加酸系统的可靠运行，应经常对PH测定仪进行校核。其他需监控的项目有混凝剂的加入量，多介质过滤器、活性炭过滤器的运行压差，COD、游离氯的浓度，保安过滤器的压力、各段压降等。（2）反渗透装置流量、压力、温度及电导率均应有在线仪表进行监测，如有自动记录则更好。流星包括反渗透进水、产品水、浓缩水的流量，由于这些流量的比值确定了反渗透装置的回收率，而较设计值过高或过低的回收率均会对运行产生不良的后果，因此，保证流量监测仪表的准确性尤为重要。压力包括反渗透进水、各段进水、浓缩水、产品水等的压力。在恒定的压力及温度下，产品水流量的下降则表明了膜正在受到污染。电导率包括反渗透进水和产品水的电导率，电导率的大小反映了水中含盐量的高低，从而反映了产品水水质的变化。产品水水质的下降反映了膜的污染程度或其他可能的情况，如O形密封圈的损坏等。3.计算机监控的应用在反渗透应用于电站锅炉补给水处理和海水淡化等系统中，计算机监控是采用分散控制、集中监视的DCS(distributedcontrolsystem)控