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反渗透进水有那些要求

2012-01-18

  ⑴细菌

  由于细菌会以醋酸纤维为食物,因此醋酸膜易受细菌侵袭,对原水必须彻底杀菌,对于复合膜,虽然其不受细菌侵袭,但细菌黏膜会造成膜的污堵,一般可采取加氯杀菌,加氯量要根据需氯实验加以确定。

  醋酸纤维膜素要求给水中含有残余氯,以防细菌滋生,而氯含量过高又会破坏膜,最大允许连续余氯的含量为1mg/L。反渗透,纯水,膜元件

  复合膜抗氯性差,一般不允许含有余氯,采取加氯杀菌后,需加偏亚硫酸钠,它可水解为亚硫酸氢钠或经活性碳过滤消除余氯。

  使用偏亚硫酸钠偏亚硫酸氢钠除余氯的反应如下

  Na2S2O5+H2O→2NaHSO3

  NaHSO3+HClO→HCl+NaHSO4

  理论上,1.34kg的 Na2S2O5可以去除1kg余氯,然而一般在溶解氧的情况下,对苦咸水去除1kg余氯需投加3 kg Na2S2O5。

  Na2S2O5在凉爽干燥的储存条件下,货架上的有效期为4~6个月,溶液的有效期则随浓度而改变,见下表。

  溶液浓度/%(质量) 最长有效期/天 溶液浓度/%(质量) 最长有效期/天

  2 3 20 30

  10 7 30 180

  当采用地下水做水源时,未被污染的地下水细菌含量很少,在这种情况下采用复合膜则即不需加氯也无需除氯。

  氯为什么会起杀菌作用?当氯加到水里面后,就会发生下面的反应

  Cl2+H2O→HClO+HCl

  HClO→H+ +ClO-

  HClO为次氯酸,ClO-为次氯酸根,由于H+能被水里的碱度中和,最后水中只剩下 HClO及ClO-。两者在水里所占百分数主要决定于水的PH值,但水的温度也有影响,PH值小 于7时,水中HClO占75%,ClO-占25% ,温度降低时HClO所占比例还要大,在0℃时HClO增加到83%,而ClO-减到17%。

  对于氯气的杀菌机理有不同的说法,但比较合理的解释是:它所生成的次氯酸产生杀菌作用,而不是氯本身,也不是它所生成的ClO-的作用。HClO是一个中性分子,可以扩散到带负电的细菌表面,并穿过细菌的细胞膜进入细菌内部,HClO分子进入细菌后由于Cl原子氧化作用破坏了细菌的某种酶的系统(酶是一种蛋白质成分的催化剂,细菌的氧分要经过它的作用才能被吸收),最后导致细菌的死亡,而次氯酸根ClO-虽然也包括一个氯原子,但它带负电,不能靠近带负电的细菌,所以也不 能穿过细菌的细胞膜进入细菌内部,因此很难起杀菌作用,这种说法还可以说明水温低和PH值低时杀菌效果比较好的现象。

  从上面的化学方程式可以看出,加入水中的氯气只有1/2变成HClO的成分,另外的1/2在水中产生Cl-,不起杀菌作用。

  采用加HClO时的反应如下

  HClO+H2O→ HClO+(Na+ ) + (OH-)

  从方程式可以看出一个分子的HClO的作用相当于一个分子的 Cl2。

  (2)含铁量

  铁的氧化速度取决于铁的含量水中溶解氧的浓度和PH值,PH值越高氧化速度越快,因此,降低PH值可以防止氧化。给水最大允许含铁量于含氧量和PH值的关系如下表示。

  (3)颗粒物质

  不允许大于5um的颗粒物质进入高压泵及反渗透组件,这一点必须确保,以免损坏设备。

  (4)SDI和浊度

  SDI必须小于5,越小越好,浊度应小于0.2NTU(最大允许浊度为1NTU)

  (5)油和脂

  水中不允许含有油和脂。

  (6)有机物

  水中的有机物RO膜的影响最为复杂,一些有机物对膜的影响不大,而另一些则可能造成膜的有机污染,对于地表水应尽量在凝聚澄清过程中 去除有机物,还可以采用活性碳过滤进一步降低有机物含量。

  (7)SiO2

  浓水不允许析出SiO2 ,当SiO2 过饱和则可能聚合而形成不溶解的胶体硅或者硅胶而引起结垢。反渗透,纯水,膜元件

  纯水25℃时,无定形硅的溶解度约为100 mg/L(以SiO2计),溶解度随温度呈直线变化,0℃时为0 mg/L,到40℃时增加到160 mg/L,在中性PH值条件下,溶解的只是硅胶;在碱性溶液中,无定形硅的溶解度较中性溶液大,主要原因是由于硅酸电离,然而在有铝出现时,溶解度可能降低很多,原因是由于硅酸铝的溶解度极小的缘故。

  因为RO过程中微溶盐的结垢趋势是由最浓的水流来决定的,所以 Ksp是根据浓水流的离子强度来确定。

  (2) 进水参数方面的要求

  ① 水温。反渗透膜元件对进水的水温均有一定的要求,以海德能公司为例,除了其生产的拿高温膜元件外,其生产的复合膜要求将进水温度控制在0~45℃,其生产的醋酸纤维素膜要求将进水温度控制在0~40℃。

  ② 最高进水压力。反渗透膜元件对最高压力有一定的要求,海德能公司生产的苦咸水用工业膜最高进水压力为600psi(4.16Mpa),其生产的海水淡化膜最高进水压力为1200 psi(8.27Mpa)。

  ③ 每支膜最高进水流量。反渗透膜元件对最高进水流量有一定的要求,海德能公司8″膜元件的最高进水流量为75gpm(17t/h)。4″膜元件的最高进水流量为16 gpm(3.6t/h)。

  ④ 单支膜元件最高压力损失。考虑到单支膜元件的压力差太高时会造成膜元件的机械损伤,因而对单支膜元件最高压力损失有一定要求,海德能公司要求系统中任何一支膜元件上的最高压力损失不能超过68.9 Mpa(10 psi)。

  ⑤ 浓缩水与透过水量之比。考虑到膜的耐污染能力等方面的因素,对每支膜的浓缩水与透过水量之比是有一定要求的,以海德能公司为例,均要求单支膜元件上浓缩水与透过水量的最小比例为5:1。

  如果 SiO2的浓度太高,则需要预处理或者降低回收率,防止形成硅垢的方法如下。

  ① 控制系统回收率。这是一种最容易的防硅垢的方法,靠降低系统回收率使浓水中SiO2的浓度降低到(在给定PH值和温度下)SiO2的饱和溶解度以下。

  ② 采用石灰软化。一般可降低给水中50%的SiO2或者澄清器中多加些氯化铁和铝酸钠。

  ③ 温度控制。因为无定形SiO2的溶解度取决于温度,提高水的温度可以防止SiO2结垢,也可以将提高温度与降低系统回收率结合使用。

  出现硅垢必须立即清洗,硅垢一旦形成非常难于出除。

  (1) 防垢

  必须防止CaCO3 CaSO4 SrSO4 BaSO4 和CaF2垢。

  膜结垢是由于给水中的微溶盐在给水浓缩时超过了溶度积而沉淀 到膜上,在苦咸水中,CaCO3和CaSO4通常都需要处理,其他盐类SrSO4 BaSO4 和CaF2也需要根据计算来确定在浓水中是否会超过溶解度极限。

  如果微溶盐 超过了溶解极限,需要采取以下一种或几种方法。

  ① 降低系统回收率,避免超过溶度积。

  ② 采取离子交换法软化除去钙离子。

  ③ 加酸去除碳酸或重碳酸离子。

  ④ 加阻垢剂。

  对于大多数水都存在CaCO3结垢趋势,确定给水的CaCO3结垢趋势,对苦咸水一般采用Langelier饱和指数(LSI)。

  确定是否结CaSO4 SrSO4或 BaSO4垢需要计算浓水中这些盐是否超过了它们的溶度积,各个盐的溶度积与浓水中相应盐的离子积比较

  当IPb>Ksp 有沉淀生成

  当IPb=Ksp 无沉淀生成

  当 IPb

  为防止结垢,建议IPb≤0.8Ksp。反渗透,纯水,膜元件

  一般,微溶盐的溶解度随溶液离子强度增加而增加,对大多数苦咸水中遇到的微溶盐 Ksp作为离子强度函数的数据可供利用。

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