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1、反渗透预处理中的应用及水处理领域反渗透 RO 是一种十分有效的膜分离单元操作，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。反渗透技术能使离子交换树脂的负荷减轻 90%以上，树脂的再生剂用量也可减少 90%，除了除盐，还可除去水中的微粒、有机物质、胶体物质，对减轻离子交换树脂的污染，延长使用寿命都有着良好的作用。 但是长期以来，对于水中含有的游离 CO2 的去除，反渗透技术似乎无能为力，因为传统的反渗透技术中必须控制进水中 LSI(即朗格利尔饱和指数)值，以防止反渗透膜结垢。而 LSI 值控制的一个重要参数是进水 PH 值，如果 PH 值为酸性，则不容易结垢，如果 PH 为碱性，则
2、结垢倾向十分明显。所以传统的工艺中在反渗透系统前添加 HCl 溶液，能很好地防止 CaCO3、MgCO3 等沉淀物结垢;而很少在反渗透系统前添加NaOH 溶液。2 去除 CO2 的常用方法及反应机理2.1 脱 CO2 塔目前使用最广泛的是二氧化碳脱气塔，由于水中含有大量的碳酸氢盐碱度，经过 H 型离子交换器(即阳离子交换床)处理后，树脂上所带的 H 被置换到水中而成为碳酸，所以脱 CO2 塔一般放在阳离子交换床的后面，阴离子交换床的前面。当水的 PH 值小于 4.3 时，水中碳酸几乎完全以二氧化碳的形式存在，如下式的变化：H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O当 H 增加，即 PH 越低时
3、，上述反应就向右进行，此时，用一个装置水从上喷淋而下，空气从下鼓风而上，使空气流与水滴充分接触，由于空气中的二氧化碳量很小，分压很低，只占大气压力的 0.03%，根据亨利定律，经过 H 型离子交换器处理的水，由于二氧化碳分压高，逸入分压低的空气流中而被带走，从而除去了水中的二氧化碳，也即除去了水中大量的阴离子 HCO3-，这样可以大大减轻阴床的负担，提高阴床的周期制水量，减少再生剂的消耗。但是，二氧化碳脱气塔由于吸入的是生产环境中的空气，难免会带入空气中的杂质，通过与水源接触从而污染水源，引起阴床周期制水率的下降。2.2 真空脱气塔真空脱气塔也是一种去除 CO2 的方法，此外还能去除水中的 O
4、2 等物质，去除效率比脱 CO2 塔高的多。它的工作原理是用一个装置将水从上喷淋而下，经过滤料分散后，水中的 CO2 及 O2 逸出，而真空泵在塔的中部抽真空，CO2 及 O2 被真空泵吸走，脱气后的纯水流至塔底，经混床供给泵增压后进入后处理混床。如果真空脱气塔进水呈弱酸性，水中的碳酸盐也能被大量去除，因为当水的 PH 值小于 4.3 时，水中碳酸几乎完全以二氧化碳的形式存在，由于未脱气的反渗透产水一般为弱酸性，所以真空脱气塔一般放在反渗透的后级。真空脱气塔结构比较复杂，大的单元有脱气塔、真空泵等，为了保证进水分散均匀，滤料层高度需设置得很高，导致脱气塔高度达十几米，设备占用空间庞大，另外，由
5、于脱气塔液位控制很严格，液位过高，容易使脱气效率下降，过低，容易导致水泵吸空，引起生产事故，所以使用的液位计必须十分灵敏。虽然真空脱气塔不会带入外界新的杂质，但是由于设备结构复杂，占地空间大，运行费用高，所以在实际生产应用方面受到一定限制。除了上述常用的两种脱气方法外，还有膜脱气等方法，但是由于投资成本太高，一般只用于出水水质要求很高的超纯水系统中。3RO 前加碱除 CO2 的方法和反应机理3.1 反应机理反渗透是高效的除盐工艺，所以只要把水中的二氧化碳转化成碳酸氢盐就可利用反渗透去除二氧化碳，由于 H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O 这个化学反应是可逆的，当 OH-增加时，该反应就向
6、左进行，当水的 OH 值大于 8.2 时，水中的 CO2 将全部转化为 HCO3-，这样 HCO3-通过反渗透系统全部去除，间接实现了去除CO2 的目的。但是，在加碱的同时，反渗透膜的结垢趋势将十分明显，因为 LSI 值远远高于允许的范围。实践证明：当反渗透系统前加碱而不采取其他的措施时，RO 浓水结晶析出十分迅速，一般 12 个小时就可以在浓水侧发现白色的结晶。其反应式为：Ca2 2OH- CO2=CaCO3 H2OMg2 2OH- CO2=MgCO3 H2O所以，有必要在 RO 前添加阻垢剂避免结垢。随着科学技术的发展，目前反渗透阻垢剂品种繁多，阻垢效率越来越高，如产品 MDC220，能做
7、到浓水侧 LSI 值达 3.0 的水平。我们车间使用了这种阻垢剂，即在 RO 前加碱的同时添加阻垢剂，实际运行下来反渗透可以确保三个月以上清洗一次，加碱结垢这个问题得到了很好的解决。3.2 在实际运用中的遇到的问题及整治3.2.1 原水水质原水水质不同对反渗透清洗周期的影响较大。我们公司原水采用的是工业自来水，由于该自来水是经过处理后的富营养化的太湖水，所以水中的有机物含量较高，且受季节变化影响也比较大，电导率也比较高(600s/cm 以上)，使用下来发现，RO 系统运行一段时间后，进口操作压力就明显上升，而段间的压差不变，经过适当的清洗可恢复至正常状态，但经过一段时间后又重复出现。通过对 R
8、O 系统加碱和阻垢剂的分析研究，我们怀疑与原水水质中有机物含量变化有关，后来通过更换另一种阻垢剂后，问题得到了解决。如果原水使用的是硬度较高的深井水，由于在 RO 系统前添加碱液，虽然添加了阻垢剂缓解了系统结垢的时间，但是 RO 膜结垢的趋势仍然比采用自来水作为原水来得要迅速。实践证明：一般 1 个月左右就需要对二段膜进行化学药洗。【反渗透设备预处理常用工艺分析】对于反渗透系统，习惯地把进水分为地下水、自来水、地表水、海水、废水(中水)等，这些水体受各种因素的影响，不同的地理条件，不同的季节气候导致水体的特性及其所含的杂质有所不同，因此反渗透预处理工艺也会有所不同。合理地预处理应该能满足如下要
9、求：1.反渗透预处理必须能够去除原水中的绝大多数杂质，达到进水要求;2.反渗透预处理必须考虑水质的变化，防止原水水质波动时影响整个系统的稳定运行;3.反渗透预处理工艺必须能够高效、稳定的运行，同时尽量简化流程，降低投资和运行成本;1.1 絮凝和絮凝过滤絮凝处理的对象是原水中的小颗粒悬浮物和胶体。浊度小于 70 度的原水，一般采用多介质过滤，可采用重力式过滤或压力式过滤器。滤料的要求与普通双滤料滤池不同，颗粒较大，滤料中的无烟煤要求在酸碱中稳定，石英砂要求耐酸，在碱性溶液中有微量的溶出。采用絮凝过滤时用铁盐作絮凝剂的效果优于铝盐。过滤器的设计产水量应包含后续处理工艺的耗水量和过滤器自身的耗水量即
10、冲洗水量。1.2 吸附吸附法是利用多孔性固体物质，吸附水中的某些污染物质在其表面，从而达到净化水体的方法。吸附法能去除的污染物包括：有机物、胶体、余氯，还能去除色度和嗅味等。1.2.1 活性炭吸附活性炭是用烟煤、无烟煤、果壳或木屑等多种原料经碳化和活化处理制成的黑色多孔颗粒。活性炭的物理特性主要指孔隙结构及其分布，在活化过程中形成各种形状和大小的孔隙，因而形成了巨大的比表面积，与水的接触面极大，因而吸附能力很强。活性炭不仅能吸附水中的各种污染物，还可以吸附废气中的so2 等污染物，因此在环保、水处理等领域有着广泛的用途。1.3 精密过滤器(保安过滤器)用以去除极微小的颗粒。普通砂滤能够去除很小
11、的固体颗粒，使出水浊度达到 1 左右，但出水仍然含有大量粒径在 15m 的颗粒，这些颗粒是砂滤无法去除的，虽然颗粒极小，可是如果直接进入反渗透主机，在 ro 膜的浓缩作用下，仍然会造成膜元件的污染，要去除这些颗粒，就必须采用精密过滤。精密过滤器常设置在压力过滤器之后，有时也设置在整个预处理工艺的未端防止破碎的滤料、活性炭、树脂等进入反渗透系统，尽量做到不将上道工序产生的微粒带到下一道工序中去。滤孔孔径应与水中所含杂质的粒相匹配，避免过粗或过细。饮用水处理设备20 世纪末， 由于水环境污染加剧， 以及水质检测技术的发展，出现了许多新的水质问题， 如贾第虫和隐孢子虫(两虫) 问题、水蚤及红虫问题、
12、藻类污染加剧及臭味和藻毒素问题、水的生物稳定性问题等。为此，世界各国都对饮用水制订了更多的指标项目(100 多项) 和更严格的水质卫生标准。但用常规处理 (第一代饮用水技术)加臭氧一活性炭深度处理 (第二代饮用水技术)已不能满足要求了， 故超滤膜技术被引用， 被称之为第三代饮用水技术。超滤一般能去除水中包括水蚤、藻类、原生动物、细菌甚至病毒在内的微生物，与第二代处理工艺结合能充分发挥各工艺的优点，对水中的致病微生物、浊度、天然有机物、微量有机污染物、氨氮等都有较好的处理效果，从而满足人们对水质越来越高要求。废水处理据超滤膜各项特点，无论在生活污水还是在工业废水中都得到广泛应用。生活污水经过超滤
13、使处理水质变好从而进行回用，而工业废水中由于一般技术不能达标，采用超滤技术能充分处理废水。生活污水处理城市污水处理厂废水， 可采用超滤膜技术进行处理， 处理后的水质较好， 可用于中水回用， 且反应器占地面积小， 设备投资低。 可广泛应用于小区中水回用。含油废水的处理含油废水存在的状态分三种：浮油、分散油、乳化油。前两种较容易处理，可采用机械分离、凝聚沉淀、活性炭吸附等处理使又分降到很低。但乳化油含有表面活性剂和起同样作用的有机物， 油分以微米级大小的离子存在于水中，重力分离和粗粒化法都比较困难。超滤膜能达到目的，它使水和低分子有机物透过膜， 从而实现油水分离。例如油田含油废水中通常油量为 10
14、0 1 000 mgL ，超过国家排放标准( lOmg L) ，故排放前必须进行除油处理应用中空纤维超滤技术，在操作压力为 0 1 MPa ，污水温度40 时，膜的透水速度可达 60 1 20 L(m2h) ，可将原油 2001 000 mgL 的废水处理后达到环境排放标准。食品工业废水处理食品工业中午奶、饮料、淀粉、酵母、豆腐、肉类等加工过程中形成的废水， 含有大量的蛋白质、淀粉、酵母、乳糖及脂肪等，都有一定的回收价值，而这类废水中的 B0D 和 C0D 又较高，会对环境造成污染。用一般生化法较难处理，且无法回收其中有用的物质，用超滤法可以实现回收利用又达到净化废水的目的。如采用中空纤维和管
15、式超滤装置处理蟹加工废水时，入口压力采用 018MP， 出口压力采用 0，12MP，浓缩倍数可达十倍，20L 废水浓缩液经离心干燥可获得 180g 的干燥固体、含 40的蛋白质和 23一 45的脂肪。电镀废水电镀废水的用水量高，其中的氰化物、六价铬、镍、铜、锌、镉等重金属离子具有很强的毒性， 对人、动物和农作物等都会造成严重的危害。电镀废水的特点是可生化性小，且里面的金属离子难以被微生物吸收。目前国内外治理电镀废水使用技术中，利用铁氧化法处理电镀废水，虽然原料方便和价廉， 但是出水色感差、污泥量大。利用电解法处理电镀废水，处理效果虽然较好，但是投资较大、耗电较多，处理成本持高不下。采用超滤膜和
16、反渗透膜连用可以使镀镍废水中的电导率、镍、硝酸盐和总有机碳的去除率分别为 97，998，95和 87，通过超滤膜作为预处理， 反渗透膜的污染明显减少， 并且反渗透膜的通量能提高 3O 50。造纸废水的处理造纸废水处理碱回收中应用最多的是燃烧法碱回收，此种方法不仅不经济， 还没有对有用的物质进行回收。超滤应用于造纸废水中，主要是对某些成分进行浓缩并回收，而透过的水又重新返回工艺中使用，主要回收的物质是磺化木质素，它可以再返回纸浆中被在利用，这样就能创造较大的环境效益和经济效益。海水淡化中东地区是水资源缺乏最严重的地方， 从十九世纪 60 年代膜技术被用于解决这些国家的缺水问题，但许多反渗透海水淡化系统面临着膜污染严重的问题，主要因为反渗透系统的传统的预处理方法无法提供可靠的入水水质。因此绝大多数淡化工厂，在远远低于其设计出水量的情况下工作，甚至有些工厂的出水量达不到最初设计的 3O。小型淡化装置的研究非常清楚的表明，超滤系统可以有效的控制海水水质， 为反渗透系统提供高质量的入水。长期试验也表明
