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1、 陶氏 FILMTEC膜元件 美国原装进口膜元件 陶氏 FILMTEC 膜元件 FilmTec 公司是陶氏化学公司的全资子公司 - 128 -第 4 部分 水化学与预处理 4-1 序 言 为了提高反渗透和纳滤膜系统效率，必须对原水进行有效地预处理。针对原水水质情况和系统回 收率等主要设计参数要求，选择适宜的预处理工艺，就可以减少污堵、结垢和膜降解，从而大幅度提 高系统效能，实现系统产水量、脱盐率、回收率和运行费用的最优化。 【污堵】定义为有机物和胶体在膜面上的沉积。 【结垢】定义为部分盐类的浓度超过其溶度积在膜面上的沉淀，例如碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、 硫酸锶、氟化钙和磷酸钙等。 【膜降解】定义
2、为膜元件性能的衰减。 预处理必须考虑全系统连续可靠运行的需要，例如，若混凝澄清池设计或操作不合理时，会对砂 滤器或多介质滤器产生超过其极限的负荷。这样的不合理预处理常常造成膜的频繁清洗，其结果是清 洗费用、停机时间和系统性能的衰减将会十分明显。 适宜的预处理方案取决于水源、原水组成和应用条件，而且主要取决于原水的水源，例如对井 水、地表水和市政废水要区别对待。通常情况下，井水水质稳定，污染可能性低，仅需简单的预处 理，如设置加酸或加阻垢剂和 5m 保安滤器即可。相反，地表水是一种直接受季节影响的水源，有发 生微生物和胶体两方面高度污染的可能性。所需的预处理应比井水复杂，需要其它的预处理步骤包括
3、 氯消毒、絮凝/助凝、澄清、多介质过滤、脱氯、加酸或加阻垢剂等。工业和市政废水含有更加复杂的 有机和无机成份，某些有机物可能会严重影响 RO/NF 膜，引起产水量严重下降或膜的降解，因而必须 有设计更加周全的预处理。 一旦确定了所选用的进水水源，就须进行全面而准确的原水全分析。它是确立合适预处理方案和 RO/NF 系统排列设计最关键的依据。最后，行业的不同也往往决定了 RO/NF 预处理的类型或复杂程 度，例如在电子行业，其预处理要比以市政膜法水处理行业复杂和严格得多。 4-2 原水类型和水质分析 进入 RO/NF预处理系统的原水类型可按总含盐量（TDS）和总有机物含量（TOC）来划分： ?
4、来自一级 RO 产水的低盐度高纯度产水或超纯水系统中的抛光阶段的给水，总可溶性固体含量 TDS最高为 50mg/L； ? TDS小于 500mg/L的低盐度自来水； ? 天然有机物（NOM）含量低，TDS小于 5,000mg/L的中等含盐量地下水； ? TDS小于 5,000mg/L的中等含盐量苦咸水； ? TOC和 BOD含量高，TDS小于 5,000mg/L的中等含盐量三级废水； ? TDS介于 5,00015,000mg/L的高含盐量苦咸水； ? TDS在 35,000mg/L左右的海水。 海水海水 含盐量为 35,000mg/L 的海水称为标准海水，这是因为世界上绝大多数的海水具有上述
5、的含盐量，其中陶氏 FILMTEC膜元件 美国原装进口膜元件 陶氏 FILMTEC 膜元件 FilmTec 公司是陶氏化学公司的全资子公司 - 129 -的离子组成比例全世界也十分相近，但是实际总 TDS 变化范围很宽，从波罗的海的海水含盐量为 7,000mg/L 到红海和波斯湾的海水含盐量为 45,000mg/L。由于土壤影响和内陆水的渗入，近海岸井水的 含盐量及组成却变化极大。 表 4.1 标准海水组成 离 子 浓度(mg/L) 离 子 浓度(mg/L) 钙 410 硫酸根 2,740 镁 1,310 氟 1.4 钠 10,900 溴 65 钾 390 硝酸根 美国原装进口膜元件 陶氏 F
6、ILMTEC 膜元件 FilmTec 公司是陶氏化学公司的全资子公司 - 130 -苦咸水苦咸水 苦咸水的组成变化范围极大，为了提出较佳的工艺设计方案，必须进行水质全分析。表 4.4 给出了几 个苦咸水水质分析示例。 苦咸水处理系统的制约因素主要是化学性质，即碳酸钙或硫酸钙等化合物的结垢和沉积，因进水 不断被浓缩，当超过其溶度积时，会在膜面上发生沉淀或结垢；潜在的微生物污染又是另一个影响因 素，工业或市政废水处理系统存在大量有机物、无机物、病毒与细菌等微生物和藻类，这样其制约因 素不仅仅是物理与化学因素，还有微生物指数，即与膜有亲和反应的有机碳或生物可降解的溶解性有 机碳或潜在的磷酸盐垢。 表
7、 4.4 苦咸水组成示例 参数 单位 井水a 井水b 湖水c 地表水d 处理过的三级排水e 钙 mg/L 84 113 54 102 40 64 镁 mg/L 6 2.7 23 11 钠 mg/L 36 23 87 20 150 - 200 钾 mg/L 3.3 2 6.6 4 铁 mg/L 美国原装进口膜元件 陶氏 FILMTEC 膜元件 FilmTec 公司是陶氏化学公司的全资子公司 - 131 -表 4.5 用于 RO/NF设计的原水分析报告 原水分析单位：_分析者：_ 水源概况：_日 期：_ 电导率：_ pH 值：_水样温度：_oC 组成分析(分析项目请标注单位，如 mg/L，ppm，
8、meq/L，以 CaCO3计等)： 铵离子(NH4+) _ 二氧化碳(CO2) _ 钾离子(K+) _ 碳酸根(CO32-) _ 钠离子(Na+) _ 碳酸氢根(HCO3-) _ 镁离子(Mg2+) _ 亚硝酸根(NO2-) _ 钙离子(Ca2+) _ 硝酸根(NO3-) _ 钡离子(Ba2+) _ 氯离子(Cl-) _ 锶离子(Sr2+) _ 氟离子(F-) _ 亚铁离子(Fe2+) _ 硫酸根(SO42-) _ 总铁(Fe2+/Fe3+) _ 磷酸根(PO43-) _ 锰离子(Mn2+) _ 硫化氢(H2S) _ 铜离子(Cu2+) _ 活性二氧化硅(SiO2) _ 锌离子(Zn2+) _
9、 胶体二氧化硅(SiO2) _ 铝离子(Al3+) _ 游离氯(Cl) _ 其它离子(如硼离子)：_ 总固体含量(TDS) _ 生物耗氧量(BOD) _ 总有机碳(TOC) _ 化学耗氧量(COD) _ 总碱度(甲基橙碱度)： 碳酸根碱度(酚酞碱度)： 总硬度： 浊度(NTU)： 污染指数(SDI15)： 细菌(个数/mL)： 备注(异味、颜色、生物活性等)： 注：当阴阳离子存在较大不平衡时，应重新分析测试，相差不大时，可添加钠离子或氯离子进行人工平衡。 Ba2+和 Sr2+必须分别检测到 1g/L（ppb）和 1mg/L（ppm）数量级，同时还要考虑到温度在一定范围 内变化的可能，因为温度变
10、化也会引起系统出现结垢的危险，特别是在原水中硅和碳酸氢根含量较高 时更应注意这一点。 一旦系统投入运行，原水还应该定期进行分析，以便能随时掌握原水水质的波动情况，并及时调陶氏 FILMTEC膜元件 美国原装进口膜元件 陶氏 FILMTEC 膜元件 FilmTec 公司是陶氏化学公司的全资子公司 - 132 -整预处理运行工艺参数和整个水处理工厂的运行条件。可以参考的水质分析标准很多，在此推荐参阅 美国材料及试验协会 ASTM标准（www.astm.org）。ASTM D 4195给出了适用于反渗透应用时的水质分析 指南，该指南亦适用于纳滤系统，表 4.6列举了相关的分析水与废水的 ASTM程序
11、和标准。 表 4.6 RO/NF系统应用的水质分析标准程序和方法 ASTM 标准方法 钙和镁 D511 3500-Ca, Mg 氯 D512 4500-Cl 二氧化碳，重碳酸根，碳酸根 D513 4500-CO2, 2320 磷 D515 4500-P 硫酸根 D516 4500-SO4 铝 D857 3500-Al 锰 D858 3500-Mn 硅 D859 4500-Si 溶氧 D888 4500-O 铁 D1068 3500-Fe 氟 D1179 4500-F COD D1252, D6697 5220 余氯 D1253 4500-Cl pH D1293 4500-pH 锂，钾，钠 D1
12、428, D3561 3500-Li, Na, K 氨氮 D1426 4500-NH3 颗粒及可溶性固体 D1888 2560 浊度 D1889 2130 总有机碳（TOC） D2579, D4129, D4839, D5904 5310 砷 D2972 3500-As 硼 D3082 4500-B 锶 D3352 3500-Sr 水样取法 D3370 1060 亚硝酸根 - 硝酸根 D3867 4500-N 淤结指数 D4189 钡 D4382 3500-Ba 水中微生物污染 F60 氧化 - 还原电位（ORP） D1498 2580 BOD 5210 AOC 9217 4-3 结垢控制 4-3.1 引 言 陶氏 FILMTEC膜元件 美国原装进口膜元件 陶氏 FILMTEC 膜元件 FilmTec 公司是陶氏化学公司的全资子公司 - 133 -当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时，它们就会在反渗透或纳滤膜膜面上发 生结垢，如果反渗透水处理系统采用 50%回收率操作时，其浓水中的盐浓
