反渗透操作

（一）、反渗透基础：一、反渗透原理：反渗透，英文为ReverseOsmosis，它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程的反向过程。早在1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意中发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水，隔了几秒后吐出一小口的海水。他由此而产生疑问：陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水，那为什么海鸥就可以饮用海水呢？这位科学家把海鸥带回了实验室，经过解剖发现在海鸥囔嗉位置有一层薄膜，该薄膜构造非常精密。海鸥正是利用了这薄膜把海水过滤为可饮用的淡水，而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外。这就是以后逆渗透法（ReverseOsmosis简称R.O）的基本理论架构。对透过的物质具有选择性的薄膜成为半透膜。一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜视为理想的半透膜。当把相同体积的稀溶液（如淡水）和浓液（如海水或盐水）分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压。渗透压的大小决定于浓液的种类，浓度和温度与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。即在进水（浓溶液）侧施加操作压力以克服自然渗透压，当高于自然渗透压的操作压力施加于浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水(浓溶液)中的水分子部分通过膜成为稀溶液侧的净化产水（请参见下图）。二、反渗透过程根据反渗透原理可知，渗透和反渗透必须与具有允许溶剂(水分子)透过的半透膜(反渗透膜或纳滤膜)联系在一起才有意义，才会出现渗透现象和反渗透操作。反渗透膜：允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能性的半透膜称为反渗透膜；膜元件：将反渗透膜膜片与进水流道网格、产水流道材料、产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组装在一起，能实现进水与产水分开的反渗透过程的最小单元称为膜元件；膜组件：膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件；膜装置：由膜组件、仪表、管道、阀门、高压泵、精密过滤器、就地控制柜和机架组成的可独立运行的成套单元膜设备称为膜装置，反渗透过程通过该膜装置来实现；膜系统：针对特定水源条件和产水要求设计的，由预处理、加药装置、增压泵、水箱、膜装置和电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程称为系统。待处理的进水经过高压泵被连续升压后入膜装置内，在膜元件内进水被分成浓度低的或更纯的产水，称为透过液和浓度高的浓水。浓水调节阀控制成为产水和浓水的比例即装置回收率。三、影响反渗透性能的因素产水通量和脱除率是反渗透过程中的关键参数，针对特定系统条件，水通量和脱除率是膜的本征特性，而膜系统的水通量和脱除率则主要受压力、温度、回收率、进水含盐量和pH值影响。具体影响情况见下表：四、定义回收率：指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率。膜系统的设计是基于预设的进水水质而定的，设置在浓水管道上的浓水阀可以调节并设定回收率。回收率常常希望最大化以便获得最大的产水量，但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。脱盐率：通过反渗透膜从系统进水中除去总可溶性的杂质浓度的百分率。透盐率：脱盐率的相反值，它是进水中溶解性的杂质成份透过膜的百分率。渗透液：经过膜系统产生的净化产水。流量：流量是指进入膜元件的进水流率，常以每小时立方米（m3/h）或每分钟加仑表示（gpm）。浓水流量是指离开膜元件系统的未透过膜的那部分的“进水”流量。这部分浓水含有从原水水源带入的可溶性的组份，常以每小时立方米（m3/h）或每分钟加仑表示（gpm）。通量：以单位膜面积透过液的流率，通常以每小时每平方米升（l/m2h）或每天每平方英尺加仑表示（gfd）。淡水：净化后的水溶液，为反渗透系统的产水。浓水：未透过膜的那部分溶液，如反渗透系统的浓缩水。（二）、系统简介本系统采用单级两段的连续处理方式，为了平衡被拿走的产水并保持每段内原水的流速均匀性，每段压力外壳的数量按进水水流方向递减，本系统的排列比例为7：4。每套反渗透系统有11个压力容器，每个压力容器中有6支膜元件，第一段由7个压力容器组成，第二段由4个压力容器组成。第一段的浓水出水为第二段的进水，两段的产水和为总产水，浓水由第二段排出。整套系统的回收率为75%。6x4RO膜6x7RO膜进水阻垢剂投加还原剂投加化学清洗进水淡水出水化学清洗出水浓水出水高压泵精密过滤器1237891054116RO运行状态控制表(控制阀状态:--关闭;O开启)1进水阀2高压泵进水阀(电动)3高压泵出水阀4排气阀(电动)5淡水出水阀6浓水出水阀7化学清洗进水阀(一段)8化学清洗进水阀（二段）910化学清洗淡水回水阀11化学清洗浓水回水阀(二段)化学清洗浓水回水阀(一段)运行清洗一清洗二阀门名称（三）、操作说明一、反渗透运行前准备：1、开始启动设备之前，首先检查供电电源是否打开，应使之处于打开状态。2、检查前级处理设备（纤维过滤器或连续微滤）供水端总进水阀是否打开,并且水压保持在0.2-0.4Mpa压力范围内。3、检查各管路管件、加药系统的状况。4、电器线路是否完整，接线是否可靠。检查高低压控制器上、下限控制指针的位置，高压泵进口前的低压控制下限指针在0.1Mpa位置。5、打开高压泵进出口阀门（①、③），浓水排放阀（⑥）和淡水出口阀门（⑤），关闭各取样阀门。6、检查高压泵机械部分是否灵活，如发现异常，需采取必要措施予以处理。7、开启反渗透装置的总电源开关（电源指示灯亮），预设变频器的运行频率（变频器运行频率的预设方法参考有关说明书）。8、打开过滤器的放气阀门，待放气阀门出水后，关闭放气阀。预处理给水压力应保持保安过滤器出口压力表(高压泵前压力)指示在0.15-0.4Mpa范围内。二、就地手动控制：1、将就地/远控按钮旋至就地位置，再将手动/就地/自动按钮旋至手动位置。利用预处理给水压力，使水通过高压泵进入反渗透组件2分钟，以排除组件及管路中的空气。2、开启高压泵、低压运行（0.3-0.5Mpa）5-10分钟，以冲洗膜元件，然后缓慢调节浓水排放阀⑥，使压力缓慢上升，10分钟后升至额定压力约1.0~1.5MPa。（此时也可以看淡水、浓水出水流量计调解，以回收率不大于75%为准）注：此处压力调节参看《压力调节》3、检查各段压力，检查淡水和浓水的流量是否正常。调整浓水出水阀门，以确保装置的回收率不大于75%。4、关机：反渗透系统每次启动关闭，都牵涉到压力与流量的改变，因此对膜元件造成机械应力，因此应尽量减少开关次数，同时，正常的开动程序也应越平稳越好，进水压力上升要缓慢。当关闭RO膜系统时，先关闭高压泵10秒后关闭进水阀。三、就地自动控制1、开机运行：在系统手动正常运行各阀门正确位置，给水压力为0.2—0.4Mpa时，将就地/远控按钮旋至就地位置，将手动/就地/自动按钮旋至自动位置，控制系统将选择于自动控制状态（即程序控制方式）。2分钟后系统进入运行状态。2、自动停机：反渗透系统在下面几种情况可自动停机1）本设备具有高、低压保护功能。当原水供水不足，压力下降到一定值（小于0.1Mpa）或压力过大（大于0.5Mpa）时，压力开关会自动关闭RO系统，达到保护高压泵和RO膜的目的。当原水压力恢复时关掉控制回路电源开关消警，合上开关设备恢复工作。设备报警自动停机或恢复启动后，操作者应及时调整设备运行参数。因为原水压力的改变会改变设备原有的运行状态。2）阻垢剂、还原剂加药箱也设有液位保护功能。当药箱液位过低时，高压泵停止工作。3）人为停机：将手动/就地/自动按钮旋至手动位置，系统将手动停机。（四）、化学清洗1、化学清洗条件膜表面的污垢将加速系统性能的下降，如减少产水流量，降低脱盐率。污垢的另一个负面现象是进水和浓水间的压差增加。只要措施得力及时，就可以很有效地进行系统清洗，最大限度地恢复膜系统的性能。但若拖延太久才进行清洗，则很难完全将污染物从膜面上清洗掉。在正常操作过程中，反渗透元件内的膜片会受到无机盐垢、微生物、胶体颗粒和不溶性的有机物质的污染。操作过程中这些污染物沉积在膜表面，导致标准化的产水流量和系统脱盐率分别下降或同时恶化。当下列情况出现时，需要清洗膜元件：（在所有运行参数不变的情况下）▬标准化产水量降低10%以上▬进水和浓水之间的标准化压差上升了15%▬标准化透盐率增加5%以上以上的标准（基准）比较条件取自系统经过最初48小时运行时的操作性能。2、化学清洗安全注意事项①.在下列各章节中，当使用任何清洗化学品时，必须遵循获得认可的安全操作规程。关于化学品安全性、使用方法和排放处置方面的细节请咨询该化学品制造商。②.当准备清洗液时，应确保在进入元件循环之前，所有的清洗化学品得到很好的溶解和混合。③.在清洗化学药品与膜元件循环之后，应采用高品质的不含余氯等氧化剂的水对膜元件进行冲洗（最低温度20ºC），推荐用膜系统的产水，如果对管道没有腐蚀问题时，可用经脱氯的饮用水和经预处理的给水。在恢复到正常操作压力和流量前，必须注意开始要在低流量和压力下冲洗大量的清洗液。此外，在清洗过程中清洗液也会进入产水侧，因此，产水必须排放10分钟以上或直至系统正常启动运行后产水清澈为止。④.在清洗液循环期间，pH2~10时温度不应超过50ºC，pH1~11时温度不应超过35ºC，pH1~12时温度不应超过30ºC。⑤.对于直径大于6英寸的元件，清洗液流动方向与正常运行方向必须相同，以防止元件产生“望远镜”现象，因为压力容器内的止推环仅安装在压力容器的浓水端。在小型元件的系统清洗时也建议注意这一点，清洗流程如示意图所示。3、清洗步骤1)配制清洗液下表列举了适宜的清洗药品，这些酸性和碱性清洗剂是标准的清洗药品，酸性清洗剂用于清除包括铁污染在内的无机污染物，而碱性清洗剂用于清洗包括微生物在内的有机污染物。由于使用硫酸会引起硫酸钙沉淀的危险，不应选作清洗剂。最好采用膜系统的产水配制清洗液，当然在很多情况下也可以使用经过预处理的合格预处理出水（反渗透出水）来配制清洗液。原水可能缓冲容量很大，需要消耗更多的酸或碱才能达到规定的pH值，酸性清洗的pH约为2左右，碱性清洗的pH约为12左右。本套工艺配置清洗液为酸碱两种，碱性清洗液为0.1%NaOH（W）即：每吨水中投加1KgNaOH（片碱），配置后pH约为12左右。酸性清洗液为0.2%HCL（W）即：每吨水中投加6L盐酸溶液（工业用浓盐酸多为30%左右），配置后pH约为2左右。1(W)表示有效成份的重量百分含量；2按顺序污染物化学式符号为：CaCO3表示碳酸钙；CaSO4表示硫酸钙；BaSO4表示硫酸钡。3按顺序清洗化学品符号为：NaOH表示氢氧化钠；Na4EDTA表示乙二胺四乙酸四钠，陶氏化学生产该产品的商标为VERSENE*；Na-SDS表示十二烷基磺酸钠盐，又名月硅酸钠；HCl表示盐酸；Na2S2O4表示亚硫酸氢钠；H3PO4表示磷酸；NH2SO3H表示亚硫酸氢胺。4为了有效的清洗硫酸盐垢，必须尽早的发现和处理，由于硫酸盐垢的溶解度随清洗液含盐量的增加而增加，可以在NaOH和Na4EDTA的清洗液中添加NaCl，当结垢一周以上时，硫酸盐垢的清洗成功性值得怀疑。5柠檬酸是无机盐垢的可选清洗剂。2)低流量输入清洗液。首先用清洗水泵混合一遍清洗液，预热清洗液时应以低流量。然后以尽可能低的清洗液压力置换元件内的原水，其压力仅需达到足以补充进水至浓水的压力损失即可（用小泵，操作压力0.1—0.2Mpa），即压力必须低到不会产生明显的渗透产水。低压置换操作能够最大限度的减低污垢再次沉淀到膜表面，视情况而定，排放部分浓水以防止清洗液的稀释。3)循环。当原水被置换掉后，浓水管路中就应该出现清洗液，让清洗液循环回清洗水箱并保证清洗液温度恒定（最适宜温度为20—30℃）。4)浸泡。停止清洗泵的运行，让膜元件完全浸泡在清洗液中。有时元件浸泡大约1小时就足够了，但对于顽固的污染物，需要延长浸泡时间，如浸泡