反渗透系统预处理及膜系统设计综述 31页

'1.反渗透水处理系统水质分析主要项目简介3-1.反渗透水处理系统水质分析主要项目简介无论是反渗透水处理设备的用户还是反渗透设备的生产厂家，若能比较全面地了解系统应用原水的化学成分和其在运行过程中产生的化学现象，对于判断设备在产水过程中形成污垢(Scale)的可能性是非常重要的；除此之外，对于反渗透设备及工程设计单位来说，在进行设计之前还需要了解更多的客户资料才能为用户提供使设备长期稳定运行的可靠设计。诸如，现场水源的特性（水温、水质及变化情况）和反渗透设备使用情况（使用地点、运行状况；设备配套设施情况）等。3-1-1.水源一般性水质分析项目·PH值·碱度（Alkalinity）其中：HCO3-（Bicarbonate）CO32-(Carbonate)OH-(Hydroxide)·SO42-(Sulfate)·CI-(Chloride)·F-(Flouride)·NO3(Nitrate)·H2S(Sulfide)·PO43-(Phosphate)·SiO2(Silica)·硬度（Hardness） ·Na+(Sodium)·Fe,Mn(Iron&Manganese)1.反渗透水处理系统水质分析主要项目简介·Ba2+(Barium)·Sr2+(Strontium)·Al3+(Aluminun)·Cu2+(Copper)·Zn2+(Zinc)·Ca2+(Calcium)·Mg2+(Magnesium)·K+(Potassium)·游离性余氯（FreeChlorineResidaul）·CO2(Carbondioxde)3-1-2.水源的综合性分析项目■SDI（SiltDensityIndex）SDI也称为淤泥密度指数（foulingindex）。该指标是表示R/O膜系统在依据此给水条件下运行发生污染可能性的一种尺度：SDI数值表征了在规定时间内,孔径为0.45μm测试膜片被溶在被测试给水中的淤泥、胶体、黏土、硅胶体、铁的氧化物、腐植质等污染物堵塞的比率和污染程度。SDI的具体标准检验法在美国ASTMTEST（D189-82）的文件中有所叙述，具体测试过程叙述如下:使给水以30PSI的恒定压力通过直径为Φ47mm、孔径为0.45μm的测试滤膜后开始测定：首先测定开始通过滤膜的500(250)毫升水所需要的时间TO ；在使水连续通过滤膜15分钟（T）后，再次测得通过滤膜的500(250)毫升水所需要的时间T1；在取得以上3个时间数据之后，由此可以计算出该水源的SDI值：1.反渗透水处理系统水质分析主要项目简介即SDI=[1-TO/T1]*100/T在实际工程中，当T1为TO的四倍时，SDI为5;在SDI为6.7时，水会完全堵塞测试膜，而无法取得时间数据T1，在这种情况下需要对反渗透预处理系统进行调整，使其SDI指标降至5.0以下。这种SDI数值的测试方法的局限性在于该测试方法与反渗透膜系统的运行方式有所不同：因为在测定SDI时，给水中的所有污染物均被测试滤膜过滤；而反渗透系统在运行时，膜表面则有相当部分的污染物(foulants)沿着膜表面被RO浓水一道流走。但是，经过大量的工程实践证明，以该种测试方法而得到的SDI值还是能说明反渗透系统给水的污染程度：一般说来，在RO系统给水SDI值低于3时，对膜系统的污染不重，设备运行基本不会出现膜系统的过快污染；当SDI大于5时，则说明在反渗透系统运行时可能会引起较重的膜污染。■浊度（Turbidity）浊度是利用水的透明程度来判定给水所引起（膜）污染的可能性的综合指标。该指标一般使用浊度计通过水中的杂质所散射的光的程度来测定。国际上浊度的通用度量单位用NTU来表示，也可以使用其它相对性度量单位，比如在我国通常用“度”来表征浊度指标。在反渗透系统中，当给水浊度大于1.0时，对反渗透膜系统来说可能会有较高的污染倾向。所以，反渗透系统设计时我们建议在反渗透系统连续运行时,给水浊度值应控制在0.3~ 0.5NTU之间最好，运行时系统给水浊度的最高限值为1.0NTU。与SDI指标一样，浊度也同样只是一个水质定性判定指标。但是，尽管浊度指标和SDI值都能反映原水质量或予处理系统出水质量，但浊度指标与水源本身的SDI却不一定呈正比关系：即浊度低的水则可能SDI值很高，这是因为水中存在着相当多的光能透过的、且能污染膜的污染物质，而这些污染物在对原水进行浊度测定时而往往检测不到。故此，对于原水浊度指标和SDI指标在设计及应用时一定要区别看待，但是它们都是反映予处理系统性能和系统给水状况的、不可缺少的重要技术指标，均应引起设计及应用者足够的重视。1.反渗透水处理系统水质分析主要项目简介■Z电位（Zetapotential）水中以有机污染物为主要成份的悬浮物显著特征是其外部常带有负电荷，并且由于这类物质相互排斥，故此其分散地存在于水中。但是它们在进入反渗透系统被浓缩的时候，可能会凝聚成较大的胶状体，这些胶状体颗粒一旦超过其在水中分散的限度时，便会沉淀下来对反渗透膜形成污染。Z电位是表示所有分散在水中悬浮物所带电荷总倾向的数值：当原水的Z电位为负值时，则意味带负电荷的悬浮物成份分散在水中的可能性很大，在此条件下，简单的过滤工艺很难将给水中的悬浮物祛除；当Z电位为零，则意味着水中的悬浮物成份基本上不再带有相互的电荷，在此种条件下，水中的悬浮物在混凝过程中很容易形成较大的凝聚体而沉淀或被分离出来。对在预处理系统中投放高分子凝聚剂的R/O系统来说，Z电位指标具有很大的意义：即在系统正常运行时，最好根据加药后的给水Z电位,注意调整凝聚剂的投加量，使调整后的反渗透给水在进入多介质过滤器或细砂过滤器之前Z电位为零才好，这样做，往往在预处理系统运行时会得到较好的过滤效果。 1.反渗透水处理系统水质分析主要项目简介■SCD（游动电流测试/Streamingcurrentdetector）SCD也多用于在投放絮凝剂的原水预处理过程中,它是能在线监测混凝效果的唯-手段。在地表水中，往往存在着许多带负电荷几乎不沉降的悬浮物，正是这些带负电荷的悬浮物在SCD的取样室内的两个电极之间的定向移动便形成了微观上的游动电流。用来测定这种电流强度的仪器就是SCD。如果水中的悬浮物所带电荷能被絮凝剂所中和，就会使包围这些悬浮物的自由离子数目减少，此时通过SCD测试槽的电流就会相对较低，也就是说，SCD电流的大小反映了系统经过混凝后仍留在水中的正（或负）离子的净余量。很显然，为保障反渗透系统安全运行,在有投放絮凝剂工艺环节的R/O预处理系统运行时，SCD的在线监测比较重要。■有机物、生物污染物的综合监测 有机污染物、微生物和细菌普遍存在于地表水和废水之中。反渗透系统在处理该类水源时，水中尚存的有机物在膜分离过程中非常容易被吸附在膜表面上，但是我们在设计及对原水取样分析时想得到准确的分析结果却十分不易。一般情况下在设计使用该类水源的反渗透系统时，对有机物的全面分析只能从有机碳总含量（TOC），生物化学耗氧量（BOD）和化学耗氧量（COD）几方面对水源进行鉴定。工程实践证明：一般说来当原水TOC含量在2毫克/升以上时就应引起足够的重视；在TOC含量高于3毫克/升时就应该对存在于原水中的有机物进行细致的分析才好：这是因为水中有的有机物不仅会污染R/O膜，而且长期附在膜面上还会引起R/O膜的超薄屏障层的化学降解，进而引起膜性能的退化和降低。但是，在有的水源下，虽然水中有机物含量很高，但是实践证明其对膜材料却无丝毫损害，所以工程设计时在对特殊水源的有机物分析十分重要。原水的生物含量检测也是十分重要的，必须引起足够的重视，这是因为微生物在进入R/O系统后，虽然不会吞噬膜材料，但是其在膜元件表面及内部寻找到形成生物膜的理想环境，以致于对膜元件形成生物污堵。由此而引起的生物污堵严重并增大到一定程度时，甚至会导致反渗透膜系统中的膜元件发生“望远镜现象”，造成膜元件的机械损坏，这一点对反渗透系统设计者来说很重要。1.反渗透水处理系统水质分析主要项目简介 3-2．反渗透系统予处理和设计综述2．反渗透系统预处理和设计综述3-2-1．预处理系统运行时可能遇到的污染物分类说明■悬浮固体该类污染物普遍存在于地表水和废水的水源中，其颗粒直径往往大于1微米。这类杂质在水流处于未搅动状态时，完全可以沉积下来，它很容易被反渗透系统设置的细砂过滤器和多介质过滤器滤出；当反渗透予处理系统中设置絮凝剂/凝聚剂的投加工艺时，该类杂质也可以被絮凝剂所结成的矾花吸附，之后被多介质过滤器细或砂过滤器滤出。■胶体污染物该类污染物也普遍存在于地表水和废水的水源之中，其颗粒直径往往小于1微米，这类杂质即使在未处于水流搅动时也不会自由沉降，会始终保持在悬浮状态。此类杂质可能是有机或无机成分组成的单体化合物，也可能是多类化合物组成的复合化合物。如硅酸化合物，铁铝氧化物，硫化物，单宁酸，腐殖质等等。■生物污染物 该类污染物也同样多存在于地表水或废水中。在处理这类水源时，污染产生时开始往往反映在反渗透系统前端的膜元件上，在此类现象发生时，R/O系统前段压力升高较快，最初时反渗透系统的脱盐率还会因此而有所提高，但随着膜系统的持续运行，生物污染将逐渐向整个反渗透系统扩散，从而形成大面积的膜污染。膜系统出现生物污堵时，最终导致系统运行压力大幅度上升和产水量下降。该类污染物同常为细菌、生物膜、藻类和真菌。一般在进行反渗透工艺系统设计时，一定要注意控制原水的活性，当原水细菌含量1000cfu/100mg以上时，在设计时就必须考虑去除措施。2．反渗透预处理系统及设计综述■有机污染物我们说过，原水中的有机物的成份最为复杂，其对反渗透膜元件的污染及影响情况也非常难以预料。但是，该项指标是设计反渗透系统时需要认真考虑防护的主要污染物。有机污染物的来源一般分成两种：一类是由于动植物的腐烂物形成的天然腐殖有机物；另一类是工业废弃物污染所形成的有机物。有机物污染反渗透膜时，往往是有机物被较为牢固的吸附在膜表面上，清洗时较为困难。一般说来，有机物对膜系统的污染后果最难预测：水中的有一些有机物对反渗透膜几乎没有任何破坏作用；但却有个别的微量有机物一旦被吸附在膜面后不仅能污染反渗透膜，甚至还能引起膜的降解和退化。所以我们必须对原水中存在的有机物予以高度重视。所以从原则讲上，在我们设计一个反渗透系统时，当原水TOC含量达到3mg/l，就必须在系统内考虑相应的去除措施。一般说来，在处理地表水和废水的反渗透预处理系统中，应尽量在絮凝、澄清和氧化等预处理工艺过程中，将大部分有机污染物去除或分解转化。假如经过以上处理后仍无法满足进水要求，则可以考虑通过活性炭吸附过滤器、有机物清扫器或超滤设备的设置将其进一步去除，以最终满足反渗透系统的进水要求。 3-2-2．反渗透预处理系统的设计原则及综述2．反渗透预处理系统及设计综述1)水中存在的难溶无机盐类成份的反渗透预处理系统设计■离子交换软化：此工艺在系统未选择投加有机阻垢剂时且原水硬度含量较低及有一定的钡、锶离子含量水源时，被经常采用。一般说来，目前此工艺在小型反渗透装置的预处理系统和用于饮用水净化的反渗透纯净水制备系统应用最多。■石灰软化辅助投加镁剂：此工艺在原水碳酸盐硬度和溶解二氧化硅含量较高的大型反渗透系统中往往被采用。一般说来，该方法可将原水碳酸盐硬度降低到100mg/l左右，与此同时原水中溶解的二氧化硅含量也可以去除50～60%左右。此工艺在处理水质较差的地表水和工业循环水时应用居多。■给水中计量投加阻垢剂：由于该工艺对原水和现场条件的适用性强，实现自动控制容易，装置运行可靠，故此在大型反渗透系统和原水难溶无机物含量较高的系统中被广泛采用。目前在新建的反渗透系统中，投加的阻垢剂多见于国外进口产品，如：美国ARGO公司的MDC-150/220/200和美国清力公司（KINGLEE）的PTP-0100/2000。该类阻垢剂的共同特点是稀释及投加均十分方便，该药剂对水中的多种难溶物质均具有较高的分散能力，药剂生产厂商甚至可以保证在R/O浓水系统LSI或S&DSI指数高达+2.5～+3.0时仍不结垢,另外，CaSO4、SrSO4、BaSO4、CaF2的饱和度而因此可以分别扩展2.3、8.0、60、100倍；并且有的阻垢剂与预处理系统中投加絮凝剂兼容（如：MDC-150阻垢剂与MPT150型絮凝剂即相互兼容）。 而在过去国内被作为阻垢剂经常使用的六偏磷酸钠，由于其具有溶解不便、受温度影响、不十分稳定、分散能力较差等缺点而正在被逐渐取代。另外，六偏磷酸钠水解后生成的磷酸根离子和磷酸盐垢，很可能成为原水中所含有微生物的营养剂，从而促进了微生物在反渗透系统内繁衍，这也是六偏磷酸钠正在被用户逐渐弃用的原因之一。无论是选用哪一种阻垢剂，在应用时应特别注意其浓水系统中LSI和S&DSI值的控制，保证系统安全运行。2．反渗透预处理系统及设计综述■弱酸型阳离子交换脱碱软化：该法在原水含盐量较高和碱度成分高（占阴离子含量70%以上时）的大型反渗透系统中应用居多。但经过此工艺处理后，被处理水PH值较低（4～5），这样往往会由于反渗透系统的无机酸透过量增加，而使反渗透系统脱盐率较低；即便再对脱碳后的被处理水进行调节PH值处理或采用不脱除二氧化碳的工艺，其脱盐率也无法达到原来较为理想的水平。尽管如此，该工艺在高盐量、高碱度的水质条件情况下还是得到了较多的应用。2)针对原水溶解硅含量较高的反渗透预处理系统设计对此种水源条件下运行的反渗透预处理系统设计一般有如下几种方法：■在现场条件允许的情况下，通过系统内设置的换热器将给水温度调整至28～35℃左右，进而提高水中硅酸化合物的溶解度，并与控制系统水回收率的工艺设计相结合，来确保反渗透系统在运行过程中无硅胶垢形成.这是在工程中经常采用的方法。在此种条件下，一般应注意将反渗透浓水系统的二氧化硅的含量控制在150mg/l以下。 ■采用石灰预软化和投加镁剂(菱苦土)相结合的方法除硅。该方法可以将溶解在原水中的二氧化硅去除60%以上，另外,本工艺在用户实际操作时比较麻烦,故此本工艺在小型水处理系统中应用很少，而在大型反渗透系统中被广泛采用。■投加硅分散剂。目前,由于进口硅分散剂的优越性能而导致该方法在国内最近开工的大型反渗透工程中已被广泛采用。在此类系统中，常见的是投加美国ARGO公司提供的MSI-300和美国KINGLEE公司提供的PTP-0100型号的药剂。从药剂供应商提交的技术文件和相关信息来看，在应用时，有的甚至允许反渗透浓水系统二氧化硅的含量达到240~290PPM左右。但对一个反渗透系统设计者来说，具体工程中反渗透浓水系统二氧化硅的所允许的最高含量，应根据具体投加药剂所允许的技术指标和符合现场条件的药剂投加计算软件的模拟结果而最终确定。3)针对原水含有金属氧化物的反渗透预处理系统设计■在预处理系统中设置对原水的预氧化工艺，然后通过混凝、沉降和砂滤或锰砂过滤等工艺，将原水中的铁、锰离子及其化合物去除。■在预处理系统中，增设石灰预软化和混凝、澄清、沉降的组合处理工艺一般均可以将原水中的大部分金属氧化物去除。■采用电化学凝聚、沉降和多介质过滤的预处理组合工艺，也可将水中的绝大部分铁金属氧化物去除。■投加化学分散剂。在可以有效地防止无机盐结垢的同时，还可以防止一定量的金属氧化物在反渗透膜系统中的沉积。如在系统中投加美国ARGO公司的MDC-200化学分散剂。 2．4)针对原水含有天然有机物的反渗透预处理系统设计■在预处理系统中，设置石灰预软化、混凝、澄清组合处理工艺，然后再通过多介质过滤和细砂过滤的工艺处理，以去除原水中的被吸附的天然腐殖质有机物。该工艺在地表水和循环水脱盐净化处理的大型反渗透预处理系统中被广泛采用。■在预处理系统中设置活性炭吸附过滤工艺，去除原水中尚存的有机物。该工艺在中小型反渗透预处理被经常采用，尤其在纯净水生产和生活饮用水净化系统中应用最多。■在预处理系统中增设有机物清扫器工艺，以便较为彻底地去除原水中的有机物。该工艺在电子行业的超纯水系统和原水为江、河、湖水，水中有机物含量相对较多或成分也较为复杂的反渗透预处理系统中多被采用。■将微滤器（0.2μm）和超滤器（截留分子量在6000～20000）作为清除有机物的预处理设备使用，该工艺在小型反渗透系统中被经常使用。■在预处理系统中以纳滤膜分离设备作为反渗透系统的预处理设备，可以将分子量在200以上的有机物和微生物、病毒、热源去除。在二级海水淡化系统中和以地表水为水源的超纯水制备系统及生活饮用水净化系统中应用较多。5)针对原水是含有微粒和胶体的地表水的反渗透预处理设计▉在预处理系统中设置石灰预软化工艺，并在澄清器中辅助投少量的铝酸钠，以增加澄清效果。▉在多介质过滤或细砂过滤等预处理工艺环节之前，增设投加混凝剂/助凝剂、沉降、澄清等预处理组合工艺。▉在反渗透膜分离系统之前，设置微滤或超滤预处理设备，以去除原水中该类污染物。 2．反渗透预处理系统及设计综述*反渗透膜系统不允许有大于5微米的颗粒物质进入，因为反渗透给水中的颗粒物质在系统运行过程中会把反渗透膜的超薄屏障层滑伤，进而导致膜系统盐透过率增加和系统脱盐率下降。6)针对原水含有细菌及微生物或系统已有微生物滋长的反渗透预处理系统设计▉在反渗透给水系统上间断投加被允许使用的非氧化性化学杀菌剂，如投加美国ARGO公司的MBC881和MBC2881或性能等同的其它非氧化性化学杀菌剂。▉在反渗透预处理系统中增设紫外线消毒工艺。▉在预处理系统中增设微滤或超滤工艺。▉优化反渗透装置的结构设计，减少微生物的孳生地带；如在反渗透装置配管设计时，尽量减少水流死角；再如在设计系统连接管道时，尽量减少在停机时造成部分管道局部积水状态的高-低-高形式的设计和连接；在适当的管道低段增设排放阀等。▉在处理湖、河及海水时，在预处理系统中设计投加硫酸铜（0.1PPM）工艺,以控制微生物、藻类的生长和污染。#一般说来，反渗透系统要求原水细菌总数要控制在10000cfu/ml以下。7)针对原水是稍差的城市自来水或自备水源的反渗透予处理系统设计▉在预处理系统中考虑设置还原剂（亚硫酸氢钠）计量投加装置或设置活性炭吸附过滤器，用以消除给水尚存的自由氯，以防止由于水中氧化性物质的长期存在而导致的反渗透膜的表面活性层性能退化。一般说来，在小型反渗透系统中均选择设置活性炭过滤器，而在大型系统中一般都考虑在预处理系统中计量投加还原剂。 2．反渗透预处理系统及设计综述▉在选择系统需投加的阻垢剂品种时,应考虑所投加的阻垢剂与给水前期投加的絮凝剂和凝聚剂是否兼容。一般从历史上看，为了保证混凝效果，在之前一般以地表水为水源的自来水厂和自备水源系统中，都选用了投加阳离子絮凝剂，故此，在为反渗透系统选择阻垢剂时，一定要注意药品的兼容性，若一旦原水在预处理过程中使用了阳离子型絮凝剂，在后续反渗透系统中就要坚决避免使用阴离子型阻垢剂；若不能避免，则后续工艺投加阴离子阻垢剂就可能与过滤水中尚存的阳离子型絮凝剂发生反应，且由于药剂投加而形成的反应物会以胶体化合物的形式沉积在膜表面上，进而对反渗透膜形成污染。目前，在市场上一些国外药剂生产厂家一般都能提供与其阻垢剂相兼容的有机絮凝剂，如美国ARGO公司提供的MPT150絮凝剂与其提供的MDC-150阻垢剂就相互兼容，这样系统使用起来就特别安全。8)针对原水是处于还原状态(缺氧)且含有二价铁、锰和硫化氢及氨盐的反渗透预处理系统设计当将反渗透系统处理处于还原状态、且含有铁锰离子的原水时，设计者更应该注意防止铁锰氧化物形成的膜污染。这是因为原水在经过预处理氧化工艺处理后-即当水中氧含量在5PPM以上时，二价铁、锰离子会变成不溶性氢氧化物的溶胶，虽然一般情况下通过混凝、沉降及介质过滤等组合工艺可将该类污染物去除。然而，在实际的反渗透水处理工程中，铁在反渗透膜系统中污堵的产生案例往往很多。多年的工程实践表明，当原水PH值为7.7以上时,即便反渗透给水中铁含量为0.1PPM、且在SDI测试值小于5的情况下，也可能发生铁的膜污染问题，这是因为铁的氧化速率与铁含量，水中溶解氧的浓度及PH值等因素密切有关,所以在预处理系统中应注意对原水中铁离子含量的控制。工程实践证明： 一般情况下,原水PH值较低时,反渗透给水中铁离子的允许含量可以稍高:在原水PH值＜6.0,溶解氧含量＜0.5ppm,原水铁含量在4ppm以下时,反渗透膜系统基本上不可能发生铁污染;当原水溶解氧含量在0.5-5ppm之间,PH为6.0-7.0时,水中铁离子的安全允许含量应在0.5ppm以下;当原水溶解氧含量为5ppm以上,且PH>7.7时,反渗透给水中的铁离子的安全允许浓度仅为0.05ppm。另外，在处理含铁的地下水对原水进行氧化处理时，请勿采用加氯工艺，因为水中的铁在被氯化时所形成的胶体铁很难去除，进而对反渗透膜形成污染。2．反渗透系统预处理及设计综述地下水中硫化氢可以通过氯化及氧化的方法将之去除,但该方法的实际效果与被处理水源的PH值密切相关。在原水PH低于6.4时,原水加氯可使硫化氢转变成硫酸成分存在与水中；但在原水PH值高于6.4时,在对原水氯化过程中,会有一部分硫化氢被氧化成胶体硫。工程实践证明：在PH为7~10时,两种反应成分约各占50%。然而，一旦原水系统中有胶体硫形成就非常难以去除,其对反渗透膜的污染较大，所以在实际反渗透工程应用中要特别谨慎。另外，也可以使原水在进入反渗透系统之前，采用脱气或气提的方法将原水中的大部分硫化氢去除。目前，关于硫化氢的祛除技术有了较大的进步和发展。美国SulfaTreat公司提供的SulfaClean产品可以有效的将原水中的硫化氢去除，而且使用简单、安全。该处理方法与其它处理方法有所不同，它不是将硫化氢转化成其它硫化物，而是从被过滤的水流中提取硫化氢，并且不产生溶于水流的副产品。Sulfaclean不是一种化学添加剂，也不需要维护，其消耗只与水中的硫化氢含量有关，并且不需要调节就能适应硫化氢含量的变化，去除效果很好，经过处理后的给水硫化氢几乎检不出，所以该工艺用于反渗透系统十分安全。（具体请与国内的代理商联系） 9)针对原水中可能含有微量油和脂的反渗透预处理系统设计2．反渗透系统予处理及设计综述在反渗透给水中不能含有油和脂,因为原水中油和脂的存在均可能会使反渗透膜的芳香聚酰胺活性层在应用过程中发生化学降解，并引起膜性能的退化，同时,油脂在膜表面上的附着更容易使水中的其它污染物在膜表面滞留,从而引起反渗透膜的其它污染。在进行反渗透系统设计时，当给水中油和脂的含量在0.1PPM以上时,就应根据具体情况选择油水分离、化学凝聚、活性炭吸附过滤或超滤膜分离等工艺对其进行去除。 3-3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南反渗透系统设计的最终目的是为了安全和有效地运行，而对一个反渗透系统或装置的设计必须综合考虑到其运行的安全、技术经济合理性、易于操作和维护、设备空间限制及环境保护等诸多方面的要求。其中安全内容应包括操作管理人身及设备安全两个方面，在设计考虑时应放在首位。设计工程师在设计时首先应考虑好所设计的全套反渗透系统如何安装？如何方便于用户运行及维护管理。同样，作为设备运行管理人员也需要多了解设计，并在运行过程中严格遵守操作规程。 反渗透膜分离系统的运行方式与传统的过滤系统完全不同。传统的过滤系统在运行时，水体全部通过滤器的滤层，在截污能力降低到一定程度时，依靠设备的反冲洗操作将截留下来的污物从滤层中除掉。而反渗透系统在运行时则是原水中的一部分水流沿与膜表面垂直的方向透过膜，而同时另外未透过的部分水流则沿着与膜表面平行的方向流过，在工艺上属于横流过滤的范畴。在反渗透系统产水过程中，在有水流垂直透过反渗透膜时，此时原水中的盐类和其它胶体污染物也势必受给水的净压力作用被浓缩于膜表面，与此同时所剩下的另外部分未透过的水流则沿与膜表面平行的方向将被浓缩在膜表面的污染物质带走。也就是说，一个设计优良的反渗透系统在运行过程中能够在正常运行的同时完成良好的自身清洗过程。工程实践表明，为有效地控制反渗透膜系统在使用过程中的污染速度，选择适宜的水通量及分离过程中的横向流速是十分重要的。过高的水通量设计，会使其污染速度呈指数变化趋势上升，而膜系统若采用较高的横向流速设计则可增加膜系统运行时水流的湍流程度，从而减少已进入膜系统内的颗粒物质在膜表面的沉淀或在隔室空隙处的堆积。另外，由于系统采用了较高的横向流速，因此提高了膜表面的高浓度盐分向主体水流的扩散速度，进而减少了难溶物沉淀在膜表面上的危险。但是，较高的横向流态设计往往会使系统水回收率降低或循环水量过大，这样在具体工程设计时，适宜的水通量及横向流速的设计与选择至关重要。同时，我们把这种在膜分离过中，由于料液的浓缩导致了膜表面处的物料浓度与膜水流道间的主体水流物料浓度不同的现象称之为浓差极化，若设计或运行管理不适，往往会使反渗透膜系统浓差极化现象加剧。反渗透系统产生这种浓差极化现象后会产生以下不良后果：3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南(1)膜表面的盐量浓度高，从而增加了整个膜系统的渗透压，这就需要提高反渗透膜系统给水的压力以达到所需的出力，继而增加了系统对能源的消耗。(2)由于增大了膜两侧的盐量，使膜的盐透过率增大，会使系统脱盐率下降。(3)反渗透膜系统的浓差极化最大危害是会导致膜表面的胶体物质及难溶无机盐浓聚与沉积，也正因为此方面的原因将导致已运行的反渗透膜系统必须进行频繁的化学清洗。同时由于各种污染物在膜表面的逐渐沉积，也可能导致不可恢复的膜性能下降。这是因为反渗透膜系统浓差极化现象产生时，膜表面附近形成了一定的浓度梯度（与流道主体相比），由于水中的盐类物质在被膜系统浓缩后，盐类物还可以通过水流的扩散而部分地离开膜表面，被横流水体带走。但在浓差极化较为严重时，也会有相当部分的无机盐在发生浓聚后而沉积在膜表面上，然而，对胶体来说情况则不然，这是因为胶体的扩散系数较盐类的扩散系数要小的多，往往胶体扩散系数较盐类扩散系数小几百倍甚至几千倍，因此胶体对膜系统的污染在所难免，而正因为这些胶体污染物在膜表面的不可扩散的聚集和沉积，最终将使反渗透膜系统的性能下降。需要说明一点的是，由于胶体污染物所导致较重的污染，污垢就很难清洗干净。 综上所述，在进行反渗透系统设计时，设计者除了对反渗透系统给水需要配置完善的预处理之外，膜的水通量和膜元件的回收率选择对反渗透系统本身来说是首要问题，因为过高的水通量和水回收率应用，会可能导致膜的污染速度过快和频繁的化学清洗。世韩公司做为CSM反渗透膜制造商，对其提供的反渗透膜元件应用提出了详细的设计导则供设计者遵循，导则中对于不同的给水水源和SDI值规定了膜元件的最大渗透液通量和系统设计时建议采纳的FLUX值，给定了膜元件使用时的最大回收率、最大给水流量（防止膜卷被冲出和变形）和最小浓水流量（保证膜表面在运行时有足够的横向流速，防止浓差极化现象发生）。3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南 3-3-1.CSM反渗透膜系统设计导则3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南膜元件有效面积ft2(m2)RO/UF渗透液井水软化水地表水海水废水三级处理回用水 淤泥密度指数SDI最大水回收率(%)膜元件最高渗透液通量GPD(M3/D)世韩建议按水源特征选用并乘以0.85~0.9系数设计RE2540-BNRE4021-BNRE4040-BNRE4040-BERE8040-BNRE8040-BERE4040-BLRE8040-BLRE2521-SNRE2540-SNRE4021-SNRE4040-SNRE8040-SNRE2540-TERE4021-TERE4040-TERE4040-FNRE8040-FNNE4040NE8040-NNE8040-E27(2.5)35(3.3)75(7.0)85(7.9)345(31.8)400(37.2)85(7.9)400(37.2)12(1.1)27(2.5)35(3.3)74(6.9)310(29.0)27(2.5)35(3.3)85(7.9)75(7.0)345(31.8)75(7.0)345(31.8)400(37.2)SDI<1<30%40~50l/m2.h760(2.9)970(3.7)2080(7.9)2370(9.0)9630(36.6)11200(42.4)2413(9.1)13216(50.0)760(2.9)970(3.7)2080(7.9)2080(7.9)9630(36.6)2600(10.0)12000(45.7)14000(52.9)SDI<3<19%28~37l/m2.h630(2.4)790(3.0)1710(6.5)1950(7.4)7890(30.0)9160(34.8)2304(8.7)10822(40.9)630(2.4)790(3.0)1710(6.5)1710(6.5)7890(30.0)2080(7.9)9630(36.6)11235(42.5)SDI<3~5<15%18~25l/m2.h470(1.8)630(2.4)1340(5.1)1530(5.8)6180(23.5)7180(27.3)1808(6.4)7180(27.3)470(1.8)630(2.4)1340(5.1)1340(5.1)6180(23.5)1500(5.7)6890(26.2)8038(30.4)SDI<5<10%18~25l/m2.h200(0.76)450(1.7)540(2.1)1350(5.0)5580(21.1)SDI<5<10%14~22l/m2.h390(1.48)520(2.0)1120(4.22)1280(4.8)5150(19.5)5980(22.6)1500(5.7)5980(22.6)390(1.47)520(2.0)1120(4.22)1120(4.22)5150(19.5)1250(4.7)5740(21.7)6700(25.2) 3-3-2.系统设计用户资料3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南登记序号:用户名称:记录日期:联系人:E-mail/TEL:工程所在地:最终用户:系统产水量:(m3/hr或GPD)期望获得的水回收率(%)或水源最大供水量(m3/hr):水源特性:□地下水或深井水□地表水□自来水□自备水源□RO/UF渗透水水温情况:冬季夏季平均现场综合情况(予处理/药剂投加情况/期望配置):反渗透系统的用途:□生活饮用水□制取纯净水□医药工艺用水□医用精致水□电力行业□化工行业□锅炉用水(高压.中压.低压)□其它行业用水□电子行业超纯水制备反渗透系统运行方式:□24小时连续□8小时连续□24小时断续□8小时断续信息登记人/日期:与客户联系方式: 3-3-3.系统给水分析报告3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南原水水样分析单位:水源概况简介:电导率:PH值:水样温度:原水其它分析项目:NH4+CO2K+CO32-Na+HCO3-Ca2+NO3-Mg2+CI-Ba2+F_Sr2+SO42-Fe2+PO43-Fe(total)S2-Mn2+SiO2其它离子：TDS（分析方法）：TOC：COD：BOD：总碱度：碱度（M-值）：碱度（P-值）：总硬度：碳酸盐硬度：永久硬度：浊度：色度：淤泥密度指数SDI：细菌总数：自由氯：嗅与味：颜色：生物活性注：分析项目请注明单位mg/l,ppm,meg/l,以CaCO3计等等。备注： 3-3-4．反渗透装置（系统）的设计要点3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南1、一般说来，对于反渗透膜系统的设计按以下方式和程序进行：1）在选用CSM反渗透膜元件进行反渗透装置设计时，首先应根据世韩公司提供的反渗透膜设计导则，结合原水水源特性和给水的SDI测试值，来确定膜系统的平均水通量数值和单个膜元件的运行出水量。2）另外，在选定了系统所用膜元件的类型、规格之后，再用系统单元产水量与选定膜元件的运行产水量相除，即得出本系统所需膜元件的数量。然后再根据设备空间限制和设备外形尺寸要求来确定反渗透容器可内置的膜元件数量，进而确定的膜组件的数量(当计算值为小数时，应圆整到整数)。3）由膜组件(即反渗透压力容器)总数，按照前后两段压力容器之比稍小于2:1的原则进行初步排列，然后再利用世韩公司提供CSMPRO-2000的反渗透系统设计软件来最后确认装置膜组件的排列方式、膜元件型号、产品水流量、水回收率、系统给水压力、浓水压力、膜元件压力降、给水渗透压，并验证浓水系统中各种难溶物质饱和度、LSI或S&DSI数值和产品水品质等数据是否达到设计要求。4）根据计算结果和工艺要求来为系统选配其它必要的部件。2、在对反渗透设备进行工艺和结构具体设计时应注意以下几个方面：▉大型反渗透装置的反渗透压力容器组件应单独布置在滑架上,，压力容器布置的最高高度应方便于装卸膜元件。▉在单元产水量大于30吨/时的大型反渗透装置中，一般选用装有6只8040型膜元件的压力容器较多(也有选用可装有7 只膜元件的容器的情况)。无论怎样，我们在设计时都应考虑到在反渗透装置运行（受压）时，压力容器将根据具体压力情况有所伸长（装有6只8040膜元件的反渗透压力容器伸长距离一般在10~15mm左右），同时压力容器的直径也会稍微有所增大（一般在0.3~0.5mm左右），所以在反渗透装置组件和管道固定时，应注意不能限制反渗透压力容器的正常膨胀，否则将引起压力容器的翘曲。一旦压力容器翘曲，将可能会引起内置膜元件的U型密封圈的泄漏而产生沟流和连接膜元件的连接件内置O型圈的密封泄漏。3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南▉反渗透装置的管路、阀门、仪表的布置应便于操作和调节。▉反渗透装置运行时，对于系统产水量和水回收率的控制非常重要，这些都需要依靠系统所安装的流量表去计量，所以在进行装置设计时，首先要优先选择性能优越可靠的流量仪表，再则是流量仪表在安装使用前一定要校准。另外，在运行时应注意端防止膜元件端头上安装的U型密封圈与R/O压力容器内壁之间发生泄漏。若有泄漏发生会有一部分给水没有经过反渗透膜元件而是旁路流过，这不仅降低了效率，而且实际运行的水回收率已高于依据于产品水流量表和浓水排放流量表而计算出的水回收率。这种情况必须避免发生。▉大型反渗透装置设计时，必须考虑防止或降低反渗透高压泵启动时对膜元件产生的水力冲击负荷（如：水锤和过分的水流冲击）。因为反渗透系统启动时水锤的产生可能会导致反渗透膜元件膜袋及其连接件破损。因此，大型反渗透装置设计时，我们建议在反渗透高压泵出口安装电动慢开阀，以避免由于不合适的设备启动程序而产生水锤和过分的水流冲击。▉反渗透装置设计时，在产品水管路系统中应尽可能避免设备在运行时背压的产生与存在，即反渗透膜在任何时候都不允许承受反压。因为背压的产生可能会使膜元件的膜袋粘合线破裂，造成膜元件的永久性损坏。世韩CSM反渗透膜元件允许的静背压必须小于5PSI 。另外，由于膜袋粘合线的破裂是由于膜袋两侧的压差过高所致，而并非流量原因，所以在反渗透出水系统中设置逆止阀等手段均不能彻底解决问题（因逆止阀不能瞬间关闭，也不保证绝对零回流）。一般说来，我们建议大型装置产品水管道上应安装爆破膜装置。装设爆破膜一是为了防止运行管理人员疏忽，在设备运行时忘记打开产品水出口阀门（产品水出口装设阀门是为了在对系统进行膜元件清洗做关闭使用）；二是防止系统出现意外而导致背压过高，造成反渗透膜的永久性损坏破损。3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南▉反渗透装置设计应保证其在运行和清洗期间，单个膜元件的压力降必须小于15PSI，因为作用在膜元件上的压降过大会导致元件膜卷伸出，进而造成膜元件膜卷凸出及膜袋的机械破损。▉反渗透系统设计时，在保安过滤器进口之前应装有不符合R/O给水要求的水排放阀。▉反渗透装置设计时，应考虑系统在每次启动或停止时能对膜系统进行低压冲洗。另外，在系统短期（几天）停运期间最好能用反渗透产品水对膜系统进行冲洗。▉反渗透控制装置上一定要设有监测给水温度的仪表，因膜系统的产水量与水温密切相关，所以监测给水水温非常必要。只有实时监测运行过程中的给水温度，这样才便于计算出“标准化”后的产水量。另外，大型反渗透系统最好能对给水水温进行实时记录，并具有相应的超限报警及超标自动排放等保护功能，因为在水温超过45℃工况下，会对膜元件造成损坏。▉反渗透装置上膜组件排列各段之间应装有能准确计量瞬时压力的压力表，以便计算出各段及膜元件的压力降，以便对系统的产水量和盐透过率进行“标准化” 。因为膜系统的盐透过率、产水量和各段压力降均是反渗透系统性能分析的重要数据。3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南▉在反渗透装置5μ保安过滤器进出口应安装压力表（也可以安装压差表），以监视过滤器进出口的压力差，当保安过滤器进出口压差达到一定值时（一般控制在0.1Mpa之内），提示运行管理人员及时更换滤芯。▉在反渗透高压泵进出口安装压力表和压力控制器。a.保证在反渗透高压泵进水压力低于设定值时报警停泵；b.保证反渗透高压泵一旦出口压力在规定的时间内（数秒钟）持续高于设定值时，系统报警停泵，从而确保反渗透系统安全运行。并且在反渗透系统启动时，建议高压泵的启动与高压泵出口的电动慢开阀实行连锁控制。▉在大型反渗透装置中,每一段均应安装性能优异、准确可靠的流量表，以便为设备运行“标准化”提供有效数据。一般建议，总产品水流量表、浓水流量表均应具有现场指示、水量累计和记录功能；各段产品水流量及浓水流量均应有现场指示和水量累计记录，以便计算出各段的给水量、回收率和整个系统的水回收率。▉大型反渗透装置的系统加药（酸，阻垢剂，还原剂等）应在准确的自动控制方式下运行，一般采用给水流量信号（脉冲或4~20mA信号）自动按流量信号比例投加的运行方式。小型反渗透系统一般采用手动设置及控制。▉大型反渗透装置给水管道和产品水管道上均应安装导电度表，而且导电度表应具有现场指示、记录、超限值报警功能，以便依据给水导电度和产品水导电度数值估算出反渗透系统的脱盐率。▉大型反渗透系统设计时应考虑安装PH 仪表，尤其当系统采用给水加酸防止碳酸钙结垢的工艺时更应该如此。进水管道上安装的PH表主要被用来在线监测加酸后进水PH值。该表计除具有现场指示、记录和超限报警功能之外，还可与流量表配合对加酸系统进行比例积分自动调控。另外，在反渗透清洗系统的出水管道上同样也需要安装测量准确的PH仪表，因为在对反渗透膜系统进行清洗时，对清洗液PH值的监控尤为重要，药液适宜的PH值是保障清洗效果及维持膜元件优良性能的重要监控参数。3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南▉对于应用于自来水或在予处理系统中使用过氧化性杀菌剂地表水的复合膜反渗透系统来说，必须考虑在系统给水管线上设置氧化还原电位表和还原剂在线计量投加装置。所选用氧化还原电位表计应具有现场指示，记录和超限报警功能，这是因为对于应用于此条件下的复合膜系统来说，应将系统进水自由氯或其它氧化性物质控制在0.1PPM以下。另外，也可以选择活性炭吸附过滤的予处理方式来消除给水中尚存的氧化性物质。▉对于反渗透系统高压泵和高压管道的材料选择也非常重要，设计者一定要注意给水对管道的腐蚀情况。在一般水源条件应用时，高压泵及高压管路选用AISI304不锈钢材料即可；当原水含盐量在2000-5000PPM时，建议选用含碳量小于0.08%的AISI316不锈钢；当原水含盐量(TDS)在5000-7000PPM时，建议选用含碳量小于0.03%的AISI316L不锈钢；当原水TDS在7000-30000PPM之间时，建议选用含钼量为4.0-5.0的904L不锈钢；当系统给水是TDS为32000PPM以上的海水时，建议选用含钼量大于6%的不锈钢，例如254SMO等等。而产品水管道则采用一般不会污染水质材料即可,如优质PVC、UPVC、ABS工程塑料等。 3-3-5.反渗透膜组件的配置方式及水回收率控制（推荐）3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南在设计反渗透系统时，一般都根据系统用途、原水条件、设备空间限制、系统产水规模及系统水回收率等诸多因素，来综合选定反渗透压力容器内置膜元件数和膜组件的基本排列方式。在应用8040型膜元件的较大产水量的系统中，一般都采用是内置4~6只膜元件的R/O压力容器（在超大型系统中，也可采用内置7只8040膜元件的R/O压力容器）。在应用4040型膜元件的小型系统中，多见是每个压力容器内置1~3只4040型膜元件。在膜组件的排列方式上，对于采用8040型膜元件及6米的标准压力容器组成的膜组件制作并用于苦咸水淡化的反渗透系统来说，单段配置的反渗透装置一般最高只能获得50~60%的水回收率，而2-1配置(即两段脱盐)的R/O装置往往最终可以获得65~75%的水回收率，较为经济，也符合一般用户的水资源利用之要求，故此在工程中多被采用。在水质条件较好和系统水回收率要求较高时，大型反渗透装置则可以采用4-2-1(即三段脱盐)配置方式，在采用该配置方式时，则可以获得大于80~85%的水回收率。总的说来，设计者在进行实际反渗透工程设计及设备设计时，应首先根据现场条件（原水水质、环境空间）和用户侧重要求，灵活运用各方面有利条件，确定最适宜的系统配置方式，以使用户获得最大的投资效益。 3-3-6.反渗透水处理设备设计时单支膜组件水回收率控制(推荐)3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南反渗透设备单支压力容器(膜组件)运行水回收率控制(推荐)40英寸膜元件数/压力容器1234567一般苦咸水淡化膜组件最大水回收率（%）16293846535964海水淡化膜组件最大水回收率（%）101927344147523-3-7.反渗透水处理设备设计时膜元件选择(推荐)反渗透水处理设备设计时膜元件选择(按产水量区分，推荐)产水量低于0.2吨/时可选择直径为2.5英寸的CSM反渗透膜元件:RE2521-BN,RE2521-TE,RE2540-BN,RE2540-TE,NE2540,RE2540SN(海水淡化)产水量低于3.0吨/时可选择直径为4.0英寸的CSM反渗透膜元件:如RE4040-BN,RE4040-BL,RE4040-BE,NE4040,RE4040-SN(海水淡化)产水量3.0~8.0吨/时可选择直径为可选择直径8.0英寸标准面积的膜元件:如RE8040-BN，RE8040-SN（海水淡化）产水量大于8.0吨/时可选择扩展面积型的8英寸CSM反渗透膜元件(400FT2),如:RE8040-BE,NE8040E,RE8040BL反渗透水处理设备设计时膜元件选择(按原水含盐量区分，推荐)当进水TDS小于1000mg/l时可选RE4040-TL，RE4040-TE，RE4040-BL，RE4040-BN，RE4040-BE当进水TDS小于5000mg/l时可选RE4040-BL，RE4040-BE，RE4040-BN，RE8040-BN，RE8040-BE当进水TDS小于36000mg/l时可选RE2521-SN，RE2540-SN，RE4040-SN，RE8040-SN，RE4021-SN 3-3-8.浓水系统难溶物质饱和度极限和结垢趋势安全指数控制3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南反渗透浓水系统难溶物质饱和度极限控制和结垢趋势安全指数控制(推荐)反渗透系统在投加SHMP的条件下运行CaSO4SrSO4BaSO4SiO2CaF2LSIS&DSI1.2Ksp8.0Ksp40Ksp1.0Ksp<4.0*10-9<+0.5<+0.5反渗透系统在不加任何药剂的条件下运行CaSO4SrSO4BaSO4SiO2CaF2LSIS&DSI0.8Ksp0.8Ksp0.8Ksp0.8Ksp<4.0*10-11<-0.2<-0.2反渗透系统在投加PTP-0100阻垢剂条件下运行CaSO4SrSO4BaSO4SiO2CaF2LSIS&DSI2.3Ksp8.0Ksp60Ksp240PPM100ksp<+2.5<+2.5反渗透系统在投加MDC-150阻垢剂条件下运行CaSO4SrSO4BaSO4SiO2CaF2LSIS&DSI3.5Ksp35Ksp105Ksp125PPM13000Ksp<+3.0<+3.0反渗透系统在投加MDC-200阻垢剂条件下运行CaSO4SrSO4BaSO4SiO2CaF2LSIS&DSI2.5Ksp30Ksp65Ksp125PPM100Ksp<+2.5<+2.5反渗透系统在投加MSI-300阻垢剂条件下运行CaSO4SrSO4BaSO4SiO2CaF2LSIS&DSI2.5Ksp30Ksp65Ksp240PPM100Ksp<+2.5<+2.5反渗透系统在投加MDC-220阻垢剂条件下运行CaSO4SrSO4BaSO4SiO2CaF2LSIS&DSI3.0Ksp30Ksp105Ksp125PPM13000Ksp<+3.0<+3.0注意事项：表中各难溶物饱和度控制极限值是药剂生产公司按一定条件下提出的安全操作值,在工程设计和应用时请参考药剂生产公司提供的药剂投加计算软件的模拟结果而最后确定。世韩确信本资料所提供的信息和数据都是准确和有用的,但由于我们无法控制用户的使用条件和方法，因而本资料提供的信息和数据仅是出于友好目的,不作为世韩公司的保证值。世韩公司不承担由于使用这些信息和数据而产生的后果或损害,用户应自己确认世韩公司产品对于其特定用途的适应性。'