探讨反渗透工艺处理市政自来水过程的运行与维护

探讨反渗透工艺处理市政自来水过程的运行与维护

阐述反渗透工艺在处理市政自来水过程中的应用状况，并就反渗透系统的设计、运行、维护等方面应注意的事项、存在的问题做简单小结，以便于其他采用反渗透工艺处理市政自来水工程案例的设计参考以及运行经验的借鉴。

【關键词】 反渗透；市政自来水；污染；化学清洗

目前传统工艺处理的市政自来水只能初步降低水中悬浮物、胶体及微生物等，但不能有效的去除原水中的微量有机污染物及溶解盐类。另外自来水的水源污染也在日渐加重，导致出水水质下降。由于管网老化，出厂水在经过输送及在天面水箱的停留，均会造成二次污染。再则，人们的健康意识日益提高。随着科技发展，水中检测到的有害物质越来越多，新出台的水质标准也相应提高，因此自来水作为饮用水必需经过进一步处理。但整个城市管网进行改造投资太大，也不易保证不会造成二次污染。膜处理技术具有投资省，占地小，配制灵活的特点，其中反渗透系统的出水水质较符合现行国家优质直饮水标准，投资也较省。在市政自来水处理领域，反渗透技术日益成为当前的发展趋势。

1 系统工艺流程

市政自来水管网→生水箱→超滤系统→超滤水箱→反渗透系统→反渗透水箱→反渗透产水泵→双室双层阳、阴离子交换浮动床→混合床→除盐水箱。

2 反渗透系统

用只能让水分子透过，而不允许溶质透过的半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的水位达到某一高度，即为渗透过程。半透膜两侧的水位差即为此咸水的渗透压P，有P=icRT。式中，c为溶液的浓度（mol/m3）；i为渗透系数（i=1.5～1.8）；R为气体常数（8.314J/（mol·K））；T为热力学温度（K）；P为渗透压（Pa）。由此可见，在常温常压下溶液的浓度与渗透压成正比。

因此，在进行反渗透前将进行前置处理，尽量使进入反渗透膜的液体浓度降低，此举可降低渗透压，以节省能耗、降低运行成本。如果在咸水一侧施加一个等于渗透压P的压力，此时可发现纯水不会再向咸水一侧渗透，如果继续施压则咸水一侧的水分子透过半透膜到纯水一侧，直到达到一个新的平衡。

3 反渗透膜组件化学清洗

3.1反渗透膜组件化学清洗条件

当反渗透膜组件标准化产水量降低10%以上或者进水和浓水之间的标准化压差上升了15%或者标准化的透盐率增加5%时，需要对其进行化学清洗。经过

近4个月的连续运行，反渗透系统的运行工况已达到化学清洗的条件，根据运行数据分析及化验室的水质分析结果判断，属于设备长时间连续运行污染物不断附着在膜表面造成的，所以对其进行恢复性化学清洗。

3.2反渗透膜组件化学清洗

3.2.1碱洗

清洗液：用除盐水配制，温度：25-30℃，PH值在11-12之间。具体过程：低流量循环60min，每20min记录PH值、温度、颜色；浸泡20min，温度控制在30℃左右，再循环60min，记录PH值、温度、颜色；浸泡20min，温度控制在30℃，浸泡后再次循环，记录PH值、温度、颜色；用除盐水冲洗至中性。

3.2.2酸洗

清洗液：用除盐水配制，PH值控制在2-3之间。具体过程：低流量循环60min，每20min记录PH值、温度、颜色；浸泡20min后再次循环60min，PH值发生变化要适当加入HCL控制PH在2-3之间，记录PH值、温度、颜色；用除盐水冲洗至中性。

4 反渗透膜主要设计参数的经济性分析

反渗透膜是反渗透纯水处理系统的关键组件。其经济性能指标和质量性能指标的优劣直接影响到系统的出水质量及运行管理费用：

4.1脱盐率

反渗透膜两侧水浓度的比值称为脱盐率。这是衡量反渗透膜分离性能的一个重要标准。脱盐率主要与膜本身的物理结构构造及填装密度有关。系统配制时可以根据不同的出水要求选择不同规格、厂家的膜，以求经济实用；

4.2水通量

单位时间内通过单位膜面积的流量。水通量是很重要的性能指标。它除了和膜本身的化学特性有关外，还与系统的操作参数（操作压力、温度）有关

4.3单位时间能耗W及操作压力P

反渗透膜根据操作压力可分为3类：高压反渗透（操作压力为5.6～10.5MPa，用于海水淡化）；中压反渗透（操作压力为1.4～4.2MPa，用于苦咸水的脱盐）；低压反渗透（操作压力为0.5～1.4MPa），目前直饮水系统的操作压力一般在此范围内。单位时间能耗W=ARTS（A为系数；R为气体常数；T为温度；S为浓度）；

4.4产水率

产水率是另外一个重要的经济指标。反渗透过程中存在浓差极化现象，要克服这一现象，使膜的进水一侧的浓度c保持一个恒定值，因此要回流一部分进水，同时还要排放掉一部分水。当然，要求单位进水水量所产生的纯水量越大越好，因此选择恰当的回流比及排放比以克服浓差极化但又不产生浪费是很有必要的。

综上所述，如果在某种反渗透膜进水一侧施加的压力越大此时所耗功率也越大，产水速度也越快，但同时它的浓差极化现象也越强，使得回流量及排放量也越大。因此渗透压的值越大，产水速度就越大，但产水率却不会提高。反之，在进水一侧减小压力，则进水一侧的浓差极化现象较弱，相应回流量和排放量也减小。由以上分析可见，前述4个参数是相互影响的；目前国内外的各种产品对这4种参数的选择也不尽相同，因此在选择渗透压、回流比等参数时，要结合实验数据与经验值，综合考虑电费、产水速度和产水率3个因素，使系统的性价比达到最好。

5 反渗透系统的预处理

反渗透系统一般采用市政自来水作为原水，但由于市政自来水的二次污染问题导至原水的水质达不到反渗透膜进水水质要求，因此反渗透膜在运行过程中易受水中悬浮物、胶体、微生物、结垢物及有机物的影响，使膜受到污染、堵塞；造成膜性能下降，进水压力上升、产水量下降、脱盐率下降。膜的污染一般用污染指数FI来表示，其反应了膜受阻塞的程度。通常反渗透膜进水的FI值要求小于3～5。因此在进行反渗透之前要进行一定程度的预处理，严格控制进水的水质。其方法为：

1）硅藻土过滤

如果原水中的FI值在4～5的范围内，硅藻土过滤可用来降低FI值，使其小于2.0；

2）砂、活性碳过滤当原水中FI≤6时采用此方法可使出水的FI≤3。关于采用砂作为过滤介质时可进行小试验柱实验来确定最佳的级配；3）当原水经过步骤一、步骤二预处理后水中的悬浮物与胶体已大部分得到去除。但此时水中还存在一定的盐类，而盐类的浓缩是反渗透膜阻塞的主要原因。此时可进一步采用离子交换树脂来去除水中的正负离子。另外还要在膜受到污染时进行化学清洗。

6 反渗透系统运行的经验

6.1采用市政自来水做为水源，要充分考虑到水质的季节性变化。在这两次反渗透系统的运行及污堵情况来看，在夏季往往因为水温偏高，杀菌效果不稳定，易造成膜元件微生物的污染。经预处理后，即使只有一个细菌存活，在不长的时间内也可能会引发严重的微生物污染问题，所以为了避免反渗透膜元件污染，在夏季需额外对其进水进行杀菌处理。

6.2若反渗透系统出现运行周期短、化学清洗频繁等异常，要及时对反渗透膜组件的污染物和污染源进行分析，找出解决方案，避免再次出现，保证反渗透系统的安全、稳定、经济运行。

7 结语

目前市政给水现状不容乐观，随着人们的生活水平的日益提高，健康饮水的要求越来越强烈，在这种前提下对于市政自来水的深度处理已势在必行。如果对整个市政自来水系统进行改造，费用投资巨大；且人们的饮用水只占市政自来水用水量的很少一部分，因此对整个城市给水系统进行改造既不经济也不现实。而反渗透技术先进，经济合理，日渐被人们所重视，在沿海一些大中城市已有很多成功的应用典范，相信反渗透必将成为城市直饮水工程的发展趋势。

参考文献：

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[2]陶氏化学.FILMTEC反渗透和纳滤产品以技术手册2011版[S].上海，2011.

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