中水会用的反渗透膜

中水会用的反渗透膜作者:CraigR.Bartel博士（美国加利福尼亚401Jone路，海德能公司）摘要在水资源短缺的地区，废水回用已经变成一个切实可行的水供应可替代方法。更为甚者，成本低廉的技术已经在净化水资源方面起到了很重要的作用。众所周知，反渗透膜可以明显的减少废水中的可溶解性固体总含量，重金属，有机污染物，病毒，细菌，和其它可溶性污染物。从商业性的膜处理水厂得出的经验显示许多关键的设计参数必须按一定的规范才能防止膜不会很快结垢，这样可以减少停车维修的时间和设备维修费用，包括处理胶体残渣的超滤和微滤膜在内，现在最好的应用案例都会有些许氯胺残留防止微生物生长。选择合适的阻垢剂，限制反渗透膜回收率阻止膜结垢，一般选用那些可减少有机物污染的膜，惯用的聚酰胺和低污染结垢膜已成功应用于许多工厂，例如美国加利福尼亚州WsetBasin水处理厂,新加坡的Bedok厂和Kranji厂。这些规模大的厂为更大的厂提供了基础示范和技术支持，也为急需水供应的地区做出了贡献。简介膜技术在市政废水回用方面起着越来越重要的作用。由于城市地区对高质量水的需求越来越大，废水的净化已经成为增加水资源优选选用的手段之一，而且，高质量回用的水可以工厂使用，例如，锅炉供水和半导体工程用水。反渗透膜已经被证明，反渗透膜可以成功的处理这些水源，可以提供超过回用水质量要求的水资源。许多大型膜工厂企业的建设专门为了市政废水回用服务，这些工厂包括加利福尼亚州的水产量50000立方每天的West厂，新加坡40000立方每天的Kranji工厂和新加坡产水量32000立方每天的Bedok工厂。并且，也计划在加利福尼亚州orange县和科威特建造更大的水处理厂，处理量分别为27000立方每天个38000立方每天。那些基于反渗透技术建造的水回用厂证明这项技术最近获得广泛的接受和认可。背景市场废水处理工艺主要包括3个处理过程，三个过程之后流出物浑浊度较低，流出物可得以除去。但是溶解的固体物不仅通过此过程就减少，而且此时的水还不适用于回用。当惯用的处理手段处理之后，从第三步流出的水才能送到反渗透系统。这些水还普遍含有许多形式的污染物，如胶状物，微生物污染物，生水垢和有机污染物。最近膜表面已经受到污染，放大图如图1，图2。污染物附着于膜表面，使水难以透过膜层。早先用反渗透处理污水，致使膜很快受到污染，这就需要清理膜要勤，一周两次，这会降低膜的寿命，极大地增加运作费用。过去做了5到10年的重大研究得出结论，反渗透膜在最适宜条件下可以保持稳定的脱盐率，这些结论是在两家水厂三年调研的结果，这两家水分别是加利福尼亚州的orange县的21分厂和新加坡日产量10000立方的Bedok水厂。改善后的处理工艺通过仔细的研究，反渗透米污染的各种类型已经明了。图3显示了在最适宜条件下反渗透膜处理废水工艺的三个关键特征。通过前期超滤和微滤预处理可以有效的除去胶状污染物，在膜预处理之前添加氯气可以控制微生物污染物，之后，预处理之后再次添加可减少微生物生长。反渗透膜容易受到自由氯离子的污染，却对氯胺有很强的抵抗力。废水中应添加1-2ppm浓度的氯胺，防止微生物在反渗透膜表面滋长。合适的阻垢剂，低回收率，低PH值这些因素综合作用可以控制反渗透膜不易结垢。高浓度的钙离子，硅离子，磷酸盐，碳酸盐和铁离子可以形成污垢，这非常普遍。其中一个难处理的污垢是磷酸钙。这种矿物难溶，市政废水中磷酸盐浓度高低不等，许多污垢可以轻易除去，但其它的像硅盐却不那么容易除去。最终，有机物污染物可能导致反渗透膜水通量减少的问题。地表水节能仅仅含有2-5ppm的可溶性有机物，而废水中的浓度却高达10-20ppm。这些物质会附着在膜表面上，导致水处理量下降。有机物也可以和这些阻垢剂在膜表面上发生反应，生成沉淀。亚历山大等人做了一项研究报告表明，测试的各种膜在废水处理方面各自有各自的优点。他们还发现常用的聚酰胺膜，如航空工程节能膜可有效的处理废水，具有稳定的水通量和脱盐率。低污染膜，诸如Bedok厂使用的低污染C1膜在废水处理方面作用显著。我们最近在加利福尼亚州的欧申德做了飞行器测试，进一步表现出该设计在废水处理方面的极大优越性。市政废水经过第二步流出的水浊度为0.03可作为反渗透系统进水，传统的低压聚酰胺膜和低污染膜可以正常运行，同时保证下一个操作水流量不会减少，脱盐率也稳定不变。Bedok厂是一家商业性示范性工厂，成功利用了膜回用技术。该厂运作已经大约三年，一年可以生产10000立方每天的高质量处理水。微滤膜预处理后，低污染C1反渗透膜进一步净化水质，设计的流量为19lmh，回收率85%。经过调整后，工厂运行有条不紊，这种化学清洗的第一步30天清洗一次，第二步，第三步平均74天清洗一次。基于该示范厂的成功经验，新加坡公用事业局又建看两家污水处理厂，这两家使用的都是海德能公司的低污染反渗透膜工艺设计如表1，反渗透膜管排列如图5。两家厂都已经满足了水量及质量的要求，运行时间已超过一年。两厂的主要问题集中显示Bedok厂，该厂的处理技术较难处理盐分很高，厂里开始正常运行的第一个月，给水压力升的过快，通过流量值分析表明问题出在第二步，这一步流量从13.6lmh降到6.1lmh，同时，第一步需要提高流量来弥补第二步低流量的问题。这很明显地表明主要问题因素在第二步，从第二步取样分析污染物，得出原因是有机物污染以及磷酸钙结垢。改变结垢剂可减少流量降低的问题。结论膜技术已大规模应用于中水回用，这项技术的成功取决恰当的预处理，化学控制以及抗污染的反渗透膜。如果保持合适的设计参数，某些传统的聚乙酰胺膜和低污染组成膜在长时间运行时间里已表现出稳定的流量和脱盐率。在许多实例中，膜清洗周期会超过6个月之久。该技术对于需要增加水供应量的社区以及那些需要高质量水的工业非常的重要。结垢的预防当反渗透膜上的微溶盐浓度超过溶度积的限制，反渗透膜就会结垢，微溶盐从结垢的难易程度列举如下硫酸钙比硫酸钡和硫酸锶的溶解性大，然而，钙离子存在于自然水资源中的量要比钡离子和锶离子结垢更加严重。另一方面来说，硫酸钡，硫酸锶一旦沉淀就很难再次溶解。因此，这两种盐的结垢问题应该及时避免。问题出现最多的要属碳酸钙的结垢问题，因为它沉淀很快，一旦浓度超过溶度积就会发生沉淀。而且绝大多数自然水资源中碳酸钙是饱和的。碳酸钙，碳酸锶，碳酸钡沉淀可以通过添加酸，添加阻垢剂，软化供给水，预先清洗和降低系统回收率等手段阻止其结垢。硫酸钙，硫酸钡，硫酸锶和二氟化钙阻垢的方法除了添加酸，其它方法和和碳酸钙的处理方法一样。事实上，使用硫酸可以降低PH值，这样可以阻止碳酸钙结垢，但也会增加硫酸盐结垢的可能性。