反渗透预处理工艺的选择

【摘 要】针对反渗透系统原水中的不同污染物，尤其是难去除的污染物质，重点介绍了各类污染物所选择的严格有效的预处理工艺，为反渗透系统的稳定运行，提高反渗透系统的效率提供强有力的保障。

【关键词】反渗透系统；污染物；预处理工艺

中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：

对原水进行预处理的目的是改善进水水质，使反渗透膜获得可靠的运行保证。为了保证反渗透膜系统的稳定运行，提高反渗透膜系统的效率，必须对原水进行严格有效地预处理。针对系统的原水水质和回收率等主要设计参数要求，选择合适的预处理工艺，不但可以减少膜的污堵、结垢和膜降解，而且还可以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。

一、针对原水是含有微粒和胶体的地表水的反渗透预处理设计

当原水中所含悬浮物高，SDI很高时，最好采用传统的混凝-助凝处理工艺，产生的氢氧化絮体在特别设计的反应的空间内长大沉淀，以淤泥形式排掉，澄清液经介质过滤器进一步处理，颗粒及悬浮物、胶体会附着在过滤介质表面，若设计和操作合理的话，通常经过介质过滤器处理后出水可达到SDI15≤5；

当原水中所含悬浮物不是很高，SDI略高于5时，可在介质过滤器前采用在线絮凝或在线混凝-助凝的处理工艺，将水中的悬浮物及胶体结合成大的絮体后，可大幅度提高介质过滤器降低SDI的效率；

目前在工程应用方面多采用介质过滤结合微滤（MF）或超滤（UF）的膜工艺进行原水的预处理，也可单独使用微滤（MF）或超滤（UF）的进行原水处理，采用MF/UF进行预处理几乎可以除去原水中所有的悬浮物，而且超滤还能去除一部分有机物，另外原水中的绝大部分细菌、病毒及藻类也能被截留，使预处理的产水浊度可以小于1，SDI可以小于3。

二、针对原水含有细菌及微生物或系统已有微生物滋长的反渗透预处理系统设计

所有的原水均含有微生物：即细菌、藻类、病毒和其它高等生物。细菌的一般尺寸为1～3mm，微生物可以看成是胶体物质，但它与无生命的颗粒不同之处在于他们有繁殖能力，在适宜的生存条件下形成生物膜。 长久以来杀菌工艺主要采用氯消毒，它能使许多致病微生物快速失活，常用的含氯消毒剂为氯气、次氯酸钠或次氯酸钙，当采用氯杀菌时为了防止膜被氧化，反渗透的进水应进行脱氯处理，脱氯主要采用亚硫酸氢钠药剂还原或活性炭吸附。

除连续向原水中投加杀菌剂外，也可以在反渗透给水系统上间断投加被允许使用的非氧化性化学杀菌剂，这种处理方法用于存在中等生物污染危害的系统上。

三、水中存在的难溶无机盐类成份的反渗透预处理系统设计

为了防止膜面上发生无机盐结垢，应采用如下措施：

㈠ 加酸-防止结垢

在进水中可以加入盐酸（HCl）、硫酸（H2SO4）来降低pH。硫酸价格便宜、不会发烟腐蚀周围的金属元器件，而且膜对硫酸根离子的脱除率较氯离子高，所以硫酸比盐酸更为常用，没有其他添加剂的工业级硫酸即适宜于反渗透使用；盐酸主要在可能产生硫酸钙或硫酸锶结垢时使用。

㈡ 加碱－提高脱除率在一级反渗透中加碱使用较少。在反渗透进水中注入碱液用来提高 pH。一般使用的碱剂只有氢氧化钠（NaOH），购买方便，而且易溶于水。最常见的加碱应用是二级 反渗透系统，主要有 4 个原因：1．在 pH8.2 以上，二氧化碳全部转化为碳酸根离子，碳酸根离子可以被反渗透脱除。而二氧化碳本身是一种气体，会随透过液自由进入 RO 产水，对于下游的离子交换床抛光处理造成不当的负荷。2．某些 TOC 成分在高 pH 下更容易脱除。3．二氧化硅的溶解度和脱除率在高 pH 下更高（特别是高于 9 时）。 4．硼的脱除率在高 pH 下也较高（特别是高于 9 时）。㈢ 强酸阳离子交换软化

此工艺在系统未选择投加有机阻垢剂时且原水硬度含量较低及有一定的钡、锶离子含量水源时，被经常采用。一般说来，目前此工艺在小型反渗透装置的预处理系统和用于饮用水净化的反渗透纯净水制备系统应用最多，而海水淡化中不会使用软化法。

㈣ 石灰预软化工艺

根据原水的水质特点可以在预处理系统中设置石灰预软化工艺，可用于去除硅胶体和铁胶体，降低水质硬度，也可以显著地降低钡、锶和有机物，并在澄清器中辅助投少量的絮凝剂和助凝剂，以增加澄清效果，仅当产水量大于200m3/hr的苦咸水系统才会考虑选择石灰软化预处理工艺；石灰软化辅助投加镁剂，此工艺在原水碳酸盐硬度和溶解二氧化硅含量较高的大型反渗透系统中往往被采用；石灰软化工艺在处理水质较差的地表水和工业循环水时应用居多。

㈤ 阻垢剂工艺

由于该工艺对原水和现场条件的适用性强，实现自动控制容易，故在大型反渗透系统和原水难溶无机物含量较高的系统中被广泛采用。选择阻垢剂/分散剂的另外一个主要问题是要保证与反渗透膜完全兼容，不兼容药剂会造成膜的不可逆损坏，考虑所投加的阻垢剂与给水前期投加的絮凝剂和凝聚剂是否兼容，一定要注意药品的兼容性。无论是选用哪一种阻垢剂，在应用时应特别注意其浓水系统中LSI 和 S&DSI值的控制，保证系统安全运行。

㈥ 弱酸型阳离子交换脱碱软化

该法在原水含盐量较高和碱度成分高（占阴离子含量70%以上时）的大型反渗透系统中应用居多。但经过此工艺处理后，被处理水PH值较低（4～5），这样往往会由于反渗透系统的无机酸透过量增加，而使反渗透系统脱盐率较低。尽管如此，该工艺在高盐量、高碱度的水质条件情况下还是得到了较多的应用。

采用弱酸阳离子交换树脂脱碱度主要是大型苦咸水处理系统，它能够实现部分软化以达到节约再生剂的目的。

四、针对原水溶解硅含量较高的反渗透预处理系统设计

对此种水源条件下运行的反渗透预处理系统设计一般有如下几种方法：

通过系统内设置的换热器将给水温度调整至28～35℃左右，进而提高水中硅酸化合物的溶解度，并与控制系统水回收率的工艺设计相结合，来确保反渗透系统在运行过程中无硅胶垢形成，这是在工程中经常采用的方法。投加硅阻垢剂在国内最近开工的大型反渗透工程中已被广泛采用。

五、针对原水含有金属氧化物的反渗透预处理系统设计

在预处理系统中设置对原水的预氧化工艺，然后通过混凝、沉降和砂滤或锰砂过滤等工艺，将原水中的铁、锰离子及其化合物去除。

采用电化学凝聚、沉降和介质过滤的预处理组合工艺，也可将水中的绝大部分铁金属氧化物去除。

投加化学分散剂，在可以有效地防止无机盐结垢的同时，还可以防止一定量的金属氧化物在反渗透膜系统中的沉积。

六、针对原水含有天然有机物的反渗透预处理系统设计

在预处理系统中设置活性炭吸附过滤工艺，去除原水中尚存的有机物。该工艺在中小型反渗透预处理被经常采用，尤其在纯净水生产和生活饮用水净化系统中应用最多。

在预处理系统中增设有机物清扫器工艺，以便较为彻底地去除原水中的有机物，该工艺在电子行业的超纯水系统和原水为江、河、湖水，水中有机物含量相对较多或成分也较为复杂的反渗透预处理系统中多被采用；将微滤器（0.2μm）和超滤器（截留分子量在6000～20000）作为清除有机物的预处理设备使用，该工艺在小型反渗透系统中被经常使用；在预处理系统中以纳滤膜分离设备作为反渗透系统的预处理设备，可以将分子量在200以上的有机物和微生物、病毒、热源去除，在二级海水淡化系统中和以地表水为水源的超纯水制备系统及生活饮用水净化系统中应用较多。

七、针对原水中可能含有微量油和脂的反渗透预处理系统设计

在反渗透给水中不能含有油和脂,因为原水中油和脂的存在均可能会使反渗透膜的芳香聚酰胺活性层在应用过程中发生化学降解，并引起膜性能的退化，同时，油脂在膜表面上的附着更容易使水中的其它污染物在膜表面滞留，从而引起反渗透膜的其它污染。

在进行反渗透系统设计时，当给水中油和脂的含量在0.1PPM以上时, 就应根据具体情况选择油水分离、化学凝聚、活性炭吸附过滤或超滤膜分离等工艺对其进行去除。

参考文献

[1]冯逸仙.反渗透水处理系统工程 [M].中国电力出版社，2005.

[2]靖大为.反渗透系统优化设计 [M].化工工业出版社，2006.

[3]DOW反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册[C]，2012.