地表水反渗透系统的设计 11页

'地表水反渗透系统的设计#TRS_AUTOADD_1229049758156{MARGIN-TOP:0px;FONT-SIZE:12pt;MARGIN-BOTTOM:0px;LINE-HEIGHT:1.5;FONT-FAMILY:宋体}#TRS_AUTOADD_1229049758156P{MARGIN-TOP:0px;FONT-SIZE:12pt;MARGIN-BOTTOM:0px;LINE-HEIGHT:1.5;FO⌒NT-FAMILY:宋体╀}#TRS_AUTOAD繇D_1229049758ｂ156TD{MARGIN滩-TOP:0px;FON蒌T-SIZE:12pt;原MARGIN-BOTTO沧M:0px;LINE-HEIGHT:1.5;FO尚NT-FAMILY:宋体识}#TRS_AUTOADD_1229049758处156DIV{MARGI阐N-TOP:0px;FO翩NT-SIZE:12pt骷;MARGIN-BOTTOM:0px;LINE-暗HEIGHT:1.5;F淖ONT-FAMILY:宋体}#TRS_AUTOA诌DD_1229049758156LI{MARGIぴN-TOP:0px;FO烘NT-SIZE:12pt鹅;MARGIN-BOTT艳OM:0px;LINE-涯HEIGHT:1.5;F耵ONT-FAMILY:宋坑体}/**---JSON绞--{"":{"line〉-height":"1.ら5","font-fam惩ily":"宋体","f类ont-size":"1预2pt","margin狠-top":"0","m舆argin-bottom涑":"0"},"p":{圳"line-height耢":"1.5","fon眚t-family":"宋体","font-size":"12pt","m竖argin-top":"0","margin-b嚆ottom":"0"},"td":{"line-匦height":"1.5榇","font-fami袢ly":"宋体","fo﹃nt-size":"12侈pt","margin-敷top":"0","margin-bottom":"0"},"div":恋{"line-heigh午t":"1.5","fo侦nt-family":"纭宋体","font-si狐ze":"12pt","酗margin-top":郭"0","margin-bottom":"0"}牡,"li":{"line渑 -height":"1.评5","font-fam捧ily":"宋体","f近ont-size":"1缣2pt","margin涑-top":"0","m软argin-bottom稿":"0"}}--**/煊前言与以井水为给水水源炭相比，以地表水为给水水源﹃的反渗透水处理系统的工艺罔设计和系统监控更为复杂，镖各种参数的选定更加保守。劁其原因可归为以下几个方面枷：1.地表水中的各种悬岩浮物和胶体的含量较高，需蝴要更多的预处理；2.市裁政水处理或反渗透预处理过兵程中往往引入了反渗透系统的污染物，有机污染物以及酉微生物，藻类等生物活性较卸高的物质；3.地表水的佾温度。总溶解固形物和污染谛物含量的季节性变化较大。种反渗透预处理设计地表堵水反渗透系统首先应选择正镯确的预处理以减少和控制污染物。如果水的预处理选择飓得当，则反渗透系统就能正常运行。确定在系统中是否湖设计了合适的预处理的最好ㄧ办法是进行现场小型实验或锊对使用同一给水水源的现有反渗透系统进行考察。但是鳇，时间和费用往往限制了现睽场实验的实施。在缺乏小型蚝实验或经验数据时，能反映岛 季节变化的水质全分析变得警更为重要。反渗透设计人涝员应设计足够的预处理以使舐给水水质满足反渗透给水要求。预处理应减少悬浊物和胶体含量以使浊度＜1.0咕NTU，15分钟SDI低邪于5.0。预处理还应减嘤少有机物含量，由于有机物污染程度难于预测，因而膜生产厂家也无法提供最大含朗量的规定，但建议TOC含瞅量应低于2.0ppm。这孽2.0ppmTOC大致相键当于5ppm的总有机生物莱量，如反渗透膜以13gf暨d的水通量工作一年且在运谆行过程中这些有机物不被连睬续地冲掉或者未被定期地清赌洗掉时，就会在膜表面堆积舭达0.05英寸厚。预处诬理还应控制藻类和细菌的增诶长，由于生物污染程度难于束预测，因而膜生产厂家也无诩法提供最大含量的规定，但性建议在细菌含量为10,000cfu/ml时应引起ф注意。反渗透设计设计寥地表水反渗透系统时，设计韪人员应考虑设备投资和运行ㄘ成本的平衡，既能保证产水阍量和产水水质，又能降低能嗷耗，降低清洗频度。影响榘地表水反渗透系统污染速度愁的主要因素按其重要性顺序绎排列如下：1.膜材质类型 2.产水通量3.横捻向流速4.反渗透操作条顺件5.反渗透膜元件结构一、膜类型：设计人员可以选择CAB系列膜元件或横CPA系列膜元件。对于难玎处理的地表水或者废水系统丈，经常选用CAB膜来代替掘CPA膜。CAB膜的优点椋是膜表面光滑、不带电荷，瘪在使用时可减小污染物沉积，并且微生物不易在其表面粘滞。在SEM显微镜下可阙观察到CPA膜表面比较粗哦糙，另表面带负电荷，会吸芹引带电的有机物并将其粘滞在膜表面上。CAB膜还Ｎ有一个优点，即在运行时给掂水中可含0.3～1.0ppm游离氯。氯作为消毒剂殂，可保护CAB膜不受有害细菌侵蚀，还可防止因微生蠼物和藻类的生长而引起的污匈堵。CPA膜本身能耐氯，市但不能耐受其氧化性。因此诀要求除氯。要保证反渗透给晰水游离氯含量低于0.05斫ppm。CAB膜耐氯能力褚为26,000ppm×小渠时，而CPA膜在有过渡族涧金属离子存在时的耐氯能力龀只有1,000～2,00尥0ppm×小时。对于已湟经过良好的预处理去除了胶鲣体和有机污染物并且生物活郯性较低的地表水，优先选用莸CPA膜。CPA与CAB雕 相比有如下优点：CPA膜泔脱盐率较高，因而产水质量经更高；膜耐久性强，使用期е内脱盐率下降极少，从而寿命更长；所需给水压力低从髡而可将反渗透给水泵耗电费薨用下降60%；运行PH范绪围宽，从而可使反渗透给水篦不加酸或少加酸；膜清洗时的PH范围宽；允许的温度上限高，从而更便于清洗。誉二、水通量：选定了膜茸材质以后，设计者要考虑的坶第二个重要的参数是产水通量。产水通量是单位有效膜表面的产水量，用GFD或者LMH表示。在反渗透说系统的产水通量与污染速度ㄐ之间存在直接关系。水通量⑶低，污染速度就低，要想降饴低水通量可选择膜面积较大狩的反渗透膜元件。在低水通扔量下，减小了污染物在给定夯面积膜表面上的沉淀从而降肌低了污染速度。这种沉淀是由于在给水平行流过膜表面时还有部分产水垂直透过膜禹表面而产生的。多年观察表隍明，一旦超过一定的水通量歆，其污染速度会呈指数上升郡。对不同水质和不同污染物败含量的水源给出了建议的设俐计水通量范围。这些设计导苎则的基础是假定已经有了足幡够的预处理，而且生物活性６受到控制。制定设计导则的艮目的是为了降低污染速度，呷从而减少清洗次数。根据爰经验，如果每隔3个月或者蕙更长的时间清洗一次，则表删明预处理和反渗透系统设计厘是合理的，如果1至3个月 稗清洗一次，则可改进工艺和增加设备。假如不到1个月丐就清洗一次，考虑到清洗费勹用、反渗透膜寿命缩短以及癣运行工况恶化，则需要增加碍更多的预处理设备以便进行骅工艺改进。三、横向流速堍：为了控制地表水反渗透书系统中的污染速度，选择最炒佳膜面横流速度与选择水通蟀量同样重要。给水和其产生ㄒ的浓水在膜表面的横向流速憝越高，膜污染速度就越低。观当给水和浓水水流穿过给水石/浓水隔网时，高横向流速樱可增加湍流程度，从而减少颗粒物质在膜表面上的沉淀愧或在隔网空隙处的堆积。较蒂高的横向流速也提高了膜表犊面上的高浓度盐分向主体溶沥液的扩散速度，从而减少了难溶盐沉淀在膜表面上的危趴险。为了达到所希望的系┆统水通量，设计人员在确定了所要求的反渗透膜元件的幻数量之后，还应考虑到横向流速问题。这些反渗透元件班可串联在压力容器中。对于艋地表水反渗透系统，一般可绀用6个40英寸长的元件串入一个压力容器中。选择3级65或者400平方英尺的漪8英寸直径×40英寸长的帔高膜面积元件的优点是在对妗给定水通量的系统中可减少压力容器数量。压力容器数瘫量的减少即意味着每个容器阎的横向流速高，污染的可能鲥性就减少，设备投资费用也谛少。表1中建议的反渗透缝设计导则注明了对于不同给水水源，压力容器中膜元件卟的最大给水流量和最低浓水á 流量。设定最大给水流量用燠来保护容器中的第一根反渗痧透元件，使其给水与浓水压叼力降不超过10psi。压句力降高于此值就会使膜组凸黟出并且使给水隔网变形，从娃而损坏膜元件。设定最小的浓水流量以保证在容器末端髅的膜元件有足够的横向流速え。从而减少了胶体在膜表面啻上的沉淀，并且减少浓差极葛化对膜表面的影响。浓差极月化是指在膜表面上的盐浓度陛高于主体流体浓度的现象。秧盐浓缩是因膜表面附近的横姆向流速低而造成的。横向流速越低，膜表面的盐的反向土扩散速度就越低，结果难溶开盐沉淀的机会增多，而且更硷多的盐会透过膜表面。浓差睃极化的程度可被量化为b值，该值应该小于1.20。四、反渗透维护：有多种维护方法可以降低地表水反渡渗透系统的污染速度。这些铘方法包括伺服运行时的浓水永再循环，停运后低压冲洗，菜停运期间定期低压冲洗以及定期消毒。我们建议采用R蘩O产水对膜元件进行冲洗和竺短期浸泡，但这种方法常常貉得不到使用。RO产水可抑猿制细菌滋长，而且还可以溶予解膜上的污染物或者使它疏鼓松。浓水再循环的优点是泷提高了横向流速，从而可冲维洗掉膜表面上的污染物，其住缺点是使RO给水泵的容量∵增大，而且RO产水含盐量纟也会增加10%。停运后棋冲洗的优点是可将污染物及炫 浓水从膜元件中冲洗出来。鳗停运期间冲洗的优点是可栳将膜元件表面的死水冲洗出来并能阻止生物滋长。根据扦现场条件，这种冲洗至多每惦8小时进行一次。可以进蛀行定期消毒，以控制两次清膳洗之间的生物滋长。在运锏行状态连续消毒是工艺设计缂中所关心的最新领域。醋酸檠纤维素膜有其固有的杀菌优娓点。而对于CPA膜，在运瞽行中使用氧化型杀菌剂方面鸽就受到限制。在不含铁的给评水中，要求将氯控制到少于蜣0.05ppm，过醋酸/︷过氧化氢控制到0.4～1榧.0ppm。目前正在进行现场试验，以研究对于较复惭杂的RO用途，是否可加入嵯较多的氯以减少清洗次数并鲅且还能保持适当长的使用寿命。目前还正在进行其它现场研究以调查氯胺的杀菌能养力及其对CPA膜的影响。吩最初的结果表明在某些情况下CPA膜可耐受6～8p徒pm的氯胺，而在其它情况下可耐受多达12ppm的氯胺。五、反渗透膜元件刿结构：世界上所用的井水盖和地表水反渗透系统所用的授膜元件绝大多数为卷式膜元酿件。与中空纤维和板框式结坫构相比较，卷式膜元件在给忱水通道抗污染能力、设备空橡间要求、投资和运行费用以仪及可从很多的供应商处购得揸 等方面提供了最佳的组合。选择卷式膜元件时主要考虑魈因素为膜的有效表面积、给炯水通道隔网的几何形状、尺捃寸以及产品制造质量标准，雅这些质量标准是用来确保膜笈元件的可靠性，如密封完整性和FRP外皮的坚固性。如前所述，具有最大的膜面觅积有利于设计最低水通量和髌最高横向流速的反渗透系统配。反渗透膜元件采用塑料网作为给水通道隔网，其目的是向给水提供一条尽量接琚近湍流的通路，使给水在卷巨式膜片之间充分流动。以前诎市场上多数苦咸水反渗透膜锊元件都是采用0.028英剀寸至0.031英寸厚的金リ刚石形隔网。一些较新的反授渗透膜元件使用了26密耳楮隔网来增加膜面积、产水量和元件中的给水与浓水的压轹力降，而另一些元件采用了艘31至34密耳隔网，以减ㄝ小膜面积、产水量和给水与や浓水的压力降。地表水采毋用较厚隔网的目的是希望：1.由于给水与浓水间的压紊力降开始时较低因而可延长佼两次清洗之间的运行时间,叔从而能容纳更多的污染物；绍2.一旦反渗透膜元件被污堵，可缩短清洗时间。虽玢然并无明确的经验数据以支挟持这一设计，而且还需要继博续研究以确定厚隔网的优点ぐ是否可以抵销反渗透系统设滦 计中的高水通量和低横向流睨速的消极影响。表2是市猖售的8英寸×40英寸反渗┣透元件的部分数据总结，包效括膜工作面积、给水隔网厚噶度、给水隔网的大约体积以序及隔网厚度对雷诺数的影响胸。在运行期间厚盐水隔网的劢有利方面是压力降可能较低蝗，因此达到单支膜元件上压痪力降的极限值时的工作周期。但这与通常建议的清洗要倥求：因污染导致压力降升高10～15%时就应清洗的苄说法相对立。厚盐水隔网也少有雷诺数低的消极影响，尽管这可能是一个小缺点，因为所有隔网的雷诺数都是1萝00左右，这一数值使隔网耜水流完全处于0～2000徙的层流范围内，所有不可能堆出现涡流或者湍流。在清洗犸期间厚盐水隔网的正面影响庹可能在于能更快地去除较大涤的污染物，因此可缩短清洗蜣时间。从表中可有趣地观始察到醋酸纤维反渗透膜元件烙的给水隔网总体积最小，而罩给水隔网的厚度处于中等范蹑围，为28密耳。反渗透榀元件的生产质量标准也很重褒要。制造考虑的因素有给水é密封的完整性、FRP外皮栽的坚固性、膜片在卷制中无皱折、使用合适的卷绕拉力等等。实际情况是主要生产畦厂家生产的、市售超过一年彖的任何反渗透膜元件，如在生产厂家建议的设计导则内运行时对于地表水处理都是褓合适的。结束语： 地表水处理用反渗透系统的设计应仔细考虑各种因素并采取蹭相应的对策，这些因素包括歧反渗透预处理、反渗透排列赁选择、反渗透膜元件选择以祆及反渗透操作步骤。目前为朊降低地表水反渗透系统的污无染速率已有一些小改进，但在技术上尚无大的突破。降低污染速率的进一步设计概念是开发新的反渗透膜、改屁进反渗透膜元件结构、开发咱清洗或者消毒用的新化学药Ⅷ品或者使用现有的化学药品雷而改进清洗和消毒程序。'