反渗透水处理技术

反渗透技术是目前应用较为广泛的一类水处理技术。在对反渗透分离原理讨论的基础上,对反渗透技术的现状和研究进行了总结,并以锅炉供水系统为例进行系统的讨论。并提出反渗透系统安全运行影响因素以及反渗透技术新的发展方向。

反渗透技术在美国、日本的研究应用较早,我国的研究始于1966年,近年来已得到广泛应用。反渗透技术最初只用于海水淡化,后来逐步扩大到苦咸水淡化、食品加工、医药卫生、饮料净化、超纯水制备等方面,产生了很高的经济效益。

1 反渗透分离原理

用一张半透膜将稀溶液(如纯水)与浓溶液(如盐水)隔开,稀溶液会向浓溶液渗透并保持相应的渗透压,此现象称为渗透。如果在浓溶液处施加大于渗透压的压力,则浓溶液会向稀溶液一侧渗透,此现象称为反渗透。一般反渗透膜微孔尺寸在1OA左右,操作压力为1.0-10.0MPa,切割分子量小于500,能截留盐或小分子量有机物,可使水中离子的含量降低96%-99%。反渗透的去除性能一般有

如下规律:

(1)高价离子去除率大于低价离子A13+>Fe3+>Mg2+>Ca2+>Li+

(2)去除有机物的特性受分子构造与膜亲和性影响

分子量:高分子量>低分子量

亲和性:醛类>酸类>胺类

侧链结构:第三级>异位>第二级>第一级

(3)对分子量>300的电解质、非电解质都可有效的除去,其中分子量在100-300之间的去除率为90%以上。

2 膜污染

近年来,反渗透以其操作简单、可靠性高、不产生二次污染等特点而得到了广泛的应用。然而反渗透经长期运行,在膜上浓水侧会积累胶体、金属氧化物、细菌、有机物、水垢等物质,造成膜污染,引起系统脱盐率下降,出水量降低,压差增大等问题。因此,当反渗透性能下降到一定程度时,就应对膜进行及时有效地清洗,避免造成严重膜污染而难以恢复系统是否需要清洗可根据产水量、脱盐率、压差变化来判断。

3 反渗透技术应用实践

20世纪末,反渗透水处理的市场份额以每年18%的速度增长,它与许多高科技产品一样,技术含量高,科技附加值高,易操作,使用方法易掌握。反渗透用途几乎涵盖了所有工业部门,广泛应用于电力、化工、石油、饮料、制药、电子、冶金等行业。包括水的脱盐,由苦咸水和海水制取饮用水,辅助处理过程的净化,高纯漂洗水的生产,化学制造业所接触的水,食品和饮料的生产,工业污水的净化等。不同行业所处理的水质情况不同。在反渗透的使用中,必须重视反渗透装置的长期安全经济运行,其经济可行性很大程度上取决于其能达到的最高透过速率和膜寿命。在反渗透运行过程中,当系统设计合理的情况下,并排除设备机械损坏(如O形环的损坏)等因素,由于水质千差万别,若运行控制不当,必然会导致膜的污染,严重的会导致整个反渗透装置的报废,会造成巨大的经济损失。应对不同水质的实际情况设计出合理的反渗透系统,掌握正确的反渗透操作方法和运行技术,以保证反渗透设备的安全经济运行。下面以一套用于锅炉补给水的反渗透系统的应用情况讨论。

1、系统概述

本系统的产水用于锅炉补给水。采用软水系统的出水(软水)作为反渗透水处理系统的水源。系统工艺流程如图1所示。

2 系统设计及应用实践

自然界的天然水的水质千差万别,不同的水源水质及对水处理后的不同用途,需采用不同的水处理工艺,水处理系统。合理的水处理系统是保证设备安全经济运行的前提和基础,根据以上原则首先对水源(软水)水质进行了分析。根据所分析水质特点的结果,采取了上述的水处理工艺。

2.1 加酸系统

虽然在本系统选用的进口阻垢剂阻垢效果非常好,但原水经过石灰软化后,PH值将达到9－10,反渗透装置浓水侧仍存在结垢倾向,所以本系统配置一套加酸系统调节反渗透进水PH值至7.2左右,以降低浓水的LSI值,保证反渗透装置的长期可靠运行。

2.2 热交换器

热交换器的作用是使原水维持在一定的温度范围之内,以利于保证反渗透系统出力的稳定。反渗透系统的出力受进水水温的变化影响较大,在进水压力稳定的条件下,水温每变化1e,其产水量大致增减2.7%。为了避免因水温较低而造成反渗透系统产水水量的下降的情况出现,就必须加热进水使其维持在20e－25e左右。在冬季水温低时,热交换器的出水水温由热交换器上的温度控制调节单元完成,水温控制在25e左右。

2.3 氧化剂(NaClO次氯酸钠)加药装置

对于反渗透系统而言,需要配置严格的预处理工艺。加氧化剂的作用是提供足够量的氧化性的NaClO,用于原水的灭菌、灭藻、氧化有机物,其目的是保证反渗透系统免遭生物的污染。为了达到以上目的,一般需加入1－3×10-6的有效氯。一般投入市场上出售的NaClO溶液,其有效氯浓度为8%－12%。

2.4 凝聚剂(PAC)加药装置

该装置的作用是为系统投加适量的凝聚剂,将原水中的悬浮物、有机物、胶体等凝聚成大颗粒的矾花,以便其在多介质过滤器中被有效地去除。由于系统进水受有机物污染,本系统投加了氧化剂,以破坏和降解有机物。水中还有其它杂质,如悬浮物和胶体等杂质,这些杂质一般带有一定量的同性电荷,它们相互排斥,难以自动聚成大颗粒。PAC(聚合氯化铝)是长链的高分子聚合物,在水中可形成带电荷的Alx(OH)3x-yy长链多功能基因,它具

有压缩胶体双电层的作用,同时对异性电荷也起到中和的作用,而且每一个基因都可以吸附水中分散的悬浮物、有机物、胶体等小颗粒杂质,使其凝固成大颗粒的矾花,然后通过介质过滤器将其除去。为了增加水中水中杂质颗粒到达凝聚剂Alx(OH)3x-yy基因表面而被吸附的机会,应适当地进行搅动混合,因此本系统PAC的加入点选择在多介质过滤器的进水母管上,且随后装设静态管道混合器。

2.5 多介质过滤器

多介质过滤器是反渗透系统的重要预处理装置,它的作用是滤除原水带来的细小颗粒!悬浮物、胶体、有机物等杂质,以及经一级加药后形成的矾花,从而保证其出水SDI(污染指数)。

2.6 活性碳过滤器

此设备的主要作用是有效去除水中残余的游离氯,本系统根据需要前面设计了加氯系统,经加氯后,水中会有残余氯,而残余氯是强氧化剂,会对反渗透膜造成损害,因此必须除去。活性炭有很好的除氯效果。

2.7 反冲洗动力装置

本设备在系统中的作用是为多介质过滤器提供充足的压缩气体,用于多介质过滤器反冲洗时的气体擦洗。在多介质过滤器运行过程中,其滤料表面会粘附大量的杂质,甚至造成滤料结成泥球。若只用水进行冲洗很难凑效；而采用压缩气体进行鼓泡擦洗,同时借助水的作用,则很容易将滤料表面粘附的杂质或泥球剥落或打散,然后由水流带出,从而提高多介质过滤器反冲洗的效果。