選用反滲透和納濾設(shè)備時(shí)需要考慮什么？
水處理搬運(yùn)工
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有內(nèi)涵的環(huán)保攻城師
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反滲透（RO）和納濾（NF）系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果達(dá)不到用戶的預(yù)期設(shè)計(jì)結(jié)果時(shí)，在很多情況下，常會(huì)導(dǎo)致最終用戶運(yùn)行費(fèi)用的增加、失望和對(duì)供應(yīng)商的不滿。這些未預(yù)料到的結(jié)果，有部分原因是有一些最終用戶對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行條件正確管理的必要性不太了解或沒(méi)有引起足夠的重視，以致使系統(tǒng)達(dá)不到預(yù)期的運(yùn)行效果。
更多的原因是對(duì)RO 技術(shù)和設(shè)備理解的不全面，導(dǎo)致在項(xiàng)目準(zhǔn)備和計(jì)劃階段不完善的選擇。本文力圖為用戶闡述RO 和NF 系統(tǒng)的一些重要設(shè)計(jì)參數(shù)，以便使最終用戶在選購(gòu)設(shè)備時(shí)根據(jù)RO 和NF 的特點(diǎn)和自身的需要，使RO 和NF 的運(yùn)行達(dá)到最佳的期望值。
為了優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，用戶必須考慮RO 和NF 設(shè)計(jì)中的一些概念。RO 和NF 是一種錯(cuò)流過(guò)濾技術(shù)，可以去除水中雜質(zhì)，其分離能力達(dá)到去除離子的水平。毫無(wú)疑問(wèn)，它可以去除較大的各類物質(zhì)。但由膠體、水垢及微生物（細(xì)菌、病毒和藻類）引起的污染，是RO 和NF 系統(tǒng)運(yùn)行面臨的最主要的問(wèn)題。
為避免發(fā)生這些問(wèn)題而造成不必要的花費(fèi)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，對(duì)這一潛在的污染問(wèn)題就應(yīng)采取考慮充分的預(yù)防措施。當(dāng)你明白細(xì)菌怎樣隨時(shí)間繁殖，你就會(huì)明白為什么生物污堵是RO 和NF 系統(tǒng)最應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的因素，地表水、廢水和海水等富含微生物活性的水源是極易污染膜系統(tǒng)的水源。
表1 表明經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，即使只有一個(gè)細(xì)菌存活，在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)也可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的膜系統(tǒng)微生物污染問(wèn)題。
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)RO 和NF 裝置如上圖所示，膜元件串聯(lián)排列在壓力容器內(nèi)，幾個(gè)壓力容器并聯(lián)排列成一段、兩段或更多段，構(gòu)成特定的一個(gè)系列，第二段通常用來(lái)處理第一段的濃水，以提高進(jìn)水總體回收率。
讓我們分析一下，當(dāng)水流通過(guò)串聯(lián)在一起的膜元件時(shí)產(chǎn)品水和濃縮水流量的變化趨勢(shì)：全部進(jìn)水被高壓泵泵入膜元件內(nèi)時(shí)，經(jīng)過(guò)膜的過(guò)濾成為產(chǎn)水，余下的水對(duì)于該元件來(lái)講成為它的濃水，該濃水繼續(xù)進(jìn)入后續(xù)元件內(nèi)，成為后續(xù)元件的進(jìn)水，由于水量減少，水流流速降低，而水中的雜質(zhì)濃度卻不斷升高，這一狀況在所有的壓力容器內(nèi)沿水流方向連續(xù)變化，直至流速減慢至剛好維持渦流狀態(tài)流過(guò)膜表面。
用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)確保最后一段最末一支膜元件內(nèi)的流速和濃度保持在最低極限之內(nèi)，不致于在膜系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生因膜面流速過(guò)低，降低了元件錯(cuò)流自凈的能力而產(chǎn)生雜質(zhì)沉淀污染膜表面的問(wèn)題。
這就是為什么RO和NF系統(tǒng)必須在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)進(jìn)行操作，任何變化如進(jìn)水溫度、進(jìn)水化學(xué)特性或進(jìn)水流速變化、水流分布不均勻和不平衡都將導(dǎo)致RO和NF系統(tǒng)操作超過(guò)設(shè)定的參數(shù)范圍，引發(fā)膜系統(tǒng)污染。
接下來(lái)需要考慮的是進(jìn)水，諸如預(yù)期的水量、水質(zhì)以及水源及其可能存在的問(wèn)題。有時(shí)目前的原水流量可以滿足要求，但請(qǐng)你確定在預(yù)估原水量當(dāng)中還應(yīng)包括將來(lái)的用水量增加的計(jì)劃，并且目前所需要水量的變化也應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮。
產(chǎn)水的水質(zhì)要求由最終的用水工藝所決定。產(chǎn)水的制造成本隨最終產(chǎn)水的純度增加而增加。如果用水的要求并非需要達(dá)到RO 出水的高質(zhì)量，就應(yīng)慎重考慮采取其他處理方法，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮這一因素。
水源的化學(xué)組成和特性必須深入了解。任何系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須能夠應(yīng)付最好或最壞的條件，井水的溫度和化學(xué)成份通常比較穩(wěn)定，懸浮固體（SS）較低，但每一眼井應(yīng)視為不同的水源。地表水的變化很大，一般溶解性固體（TDS）較低，但懸浮
固體（SS）、有機(jī)物和微生物含量很高。通常市政自來(lái)水的取水水源為地表水，系統(tǒng)運(yùn)行工況常常變化，因而市政供水水質(zhì)也會(huì)有很大變化。
保存水源水質(zhì)的原始數(shù)據(jù)非常重要，只有妥善取樣和分析方法正確的數(shù)據(jù)才可以信賴。水樣瓶應(yīng)經(jīng)過(guò)酸洗，瓶蓋應(yīng)配塑膠襯墊，取水點(diǎn)應(yīng)在自由流動(dòng)水域而不能在死角，僅一個(gè)取水點(diǎn)是絕對(duì)不行的，必須獲得一系列水樣，覆蓋所有季節(jié)和條件，例如雨后或干旱期，任何一個(gè)未來(lái)可能會(huì)取水的潛在的水源都必須作仔細(xì)的水質(zhì)分析。
現(xiàn)在在我們已完全掌握了水源的特性基礎(chǔ)上，對(duì)原水進(jìn)行合理的預(yù)處理成為系統(tǒng)運(yùn)行成功與否的關(guān)鍵。
一般的預(yù)處理過(guò)程包括：澄清或石灰軟化，多級(jí)過(guò)濾器如多介質(zhì)過(guò)濾器、軟化器、活性炭過(guò)濾器、保安過(guò)濾器及微孔過(guò)濾器，保安過(guò)濾器后還會(huì)設(shè)置紫外線殺菌器（UV）以消除細(xì)菌的滋生。
正確的分析和認(rèn)真的中試將可避免許多因預(yù)處理不合格而引起的麻煩。預(yù)處理階段的所有過(guò)濾器或軟化器的容器須作襯膠處理或采用耐腐蝕的材質(zhì)，以減少RO 和NF 進(jìn)水中的鐵離子含量。
實(shí)踐證明，較保守的設(shè)計(jì)通常使系統(tǒng)運(yùn)行更好，且能增強(qiáng)對(duì)水質(zhì)波動(dòng)的適應(yīng)性。盡管保守的設(shè)計(jì)帶來(lái)初期投資費(fèi)較高但其長(zhǎng)年累月的總運(yùn)行成本減低，成功的經(jīng)驗(yàn)表明，投資費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)應(yīng)綜合考慮，合理的保守設(shè)計(jì)所造成的較高的投資費(fèi)是有價(jià)值的。
表2 列出在RO 和NF 預(yù)處理過(guò)程中常見(jiàn)設(shè)備的合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。
一個(gè)合理的預(yù)處理設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮到膜的清洗頻率。表3 的標(biāo)準(zhǔn)將指導(dǎo)您評(píng)估RO 和NF 預(yù)處理的效果。
投加化學(xué)藥劑也會(huì)影響預(yù)處理，對(duì)于澄清及過(guò)濾時(shí)添加的陽(yáng)離子混凝劑、絮凝劑一定要嚴(yán)格控制，謹(jǐn)防過(guò)量。如果混凝劑和絮凝劑添加量合理，它們會(huì)在澄清或過(guò)濾過(guò)程中隨污泥排出，但若投加過(guò)量，殘余溶解狀混凝劑和絮凝劑就會(huì)附著在膜表面造成膜的污染。另外還有一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)陽(yáng)離子混凝劑與陰離子阻垢劑相遇，時(shí)常會(huì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀并污染膜元件。
如果采用NaHSO3 對(duì)原水作除氯處理，它的投加點(diǎn)應(yīng)在整個(gè)預(yù)處理流程中盡可能靠后，通常位于保安濾器前，預(yù)處理過(guò)程中的pH 值也應(yīng)該嚴(yán)格控制，因?yàn)樗鼈儠?huì)影響絮凝和氯化殺菌效果。
現(xiàn)在，讓我們來(lái)考慮RO 和NF 裝置本身，實(shí)際上，RO 和NF 的設(shè)計(jì)取決于所選用的膜類型。當(dāng)前市場(chǎng)上有很多膜元件
供
應(yīng)商，對(duì)膜的選擇十分關(guān)鍵，這絕非易事。
目前對(duì)膜材料的選擇僅限于復(fù)合膜和醋酸纖維膜（CA 或CA-CTA）。
工業(yè)應(yīng)用
多數(shù)使用復(fù)合膜，型號(hào)較多，如高通量、高脫鹽率、高表面積、超低壓、極低壓、低污染及高溫型等。
這些膜的化學(xué)成份和
組成材料都不盡相同，設(shè)計(jì)合理時(shí)不同膜元件也可以在同一系統(tǒng)中同時(shí)使用，以適應(yīng)不同處理要求。
在根據(jù)您的應(yīng)用要求選
擇最佳膜元件時(shí)，應(yīng)咨詢膜元件生產(chǎn)商和工程公司與其共同決策，因?yàn)椴煌哪ぴ凶罴训氖褂梅椒ê瓦m用范圍，否則
就不會(huì)生產(chǎn)出各種型號(hào)和規(guī)格的膜元件了。
在進(jìn)行RO 和NF 裝置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮每一根膜元件的運(yùn)行參數(shù)，包括以下三個(gè)主要參數(shù)：
1) 系統(tǒng)中第一支膜元件的產(chǎn)水通量
通量定義為單位時(shí)間單位面積上的透過(guò)水量。常用單位是加侖/平方尺/天（gpd）或升/平方米/小時(shí)（l/m2h）。
膜元件制造商能夠提供膜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，用戶應(yīng)保留一張系統(tǒng)設(shè)計(jì)的打印結(jié)果。這些程序也可以估計(jì)出在參數(shù)改
變后新條件下的系統(tǒng)可能性能結(jié)果，必須認(rèn)真觀測(cè)系統(tǒng)的水流分布和運(yùn)行壓力平衡性問(wèn)題，尤其是當(dāng)使用高通量膜元件時(shí)更
需要注意。
設(shè)計(jì)程序可以幫助你在各種給定的試驗(yàn)條件下比較使用不同膜元件或膜元件的結(jié)果。
設(shè)備和系統(tǒng)的安裝空間也是一個(gè)必須考慮的因素，在RO 和NF 裝置末端是否留有足夠的空間供今后膜元件的更換與安
裝
清洗是否方便？
是否消除了死水區(qū)？
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)能否自動(dòng)沖洗（置換或排氣）或停機(jī)時(shí)能否自動(dòng)低壓沖洗？
在備用狀態(tài)
下系統(tǒng)是否能保證不排干失水，且啟動(dòng)時(shí)能否實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)以避免對(duì)膜元件的沖擊損壞？這些問(wèn)題都是在選用RO 和NF 設(shè)備
時(shí)應(yīng)考慮的。
RO 和NF 的高壓管道應(yīng)考慮采用不銹鋼或其它耐腐蝕材質(zhì)。
設(shè)計(jì)RO 和NF 時(shí)，廢棄物（濃水）的處理是不容忽視的，尤其是當(dāng)設(shè)計(jì)大于500m3/h 的大型膜系統(tǒng)。從樂(lè)觀的角度講，
RO 和NF 產(chǎn)生的廢水無(wú)非是原水的濃縮，因而并無(wú)大礙，然而一般廢水量約占進(jìn)水量的25%，這是一個(gè)很大的水量，考慮
周全的設(shè)計(jì)應(yīng)涉及各種的濃水處理可能性，盡量利用待排放的濃水。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，膜必須清洗，對(duì)于操作者來(lái)講，這項(xiàng)工作越簡(jiǎn)單越好。一般膜法水處理系統(tǒng)都應(yīng)安裝一套就地清洗系統(tǒng)并與RO 和NF 裝置通過(guò)硬管或快速軟管連接，一套就地清洗系統(tǒng)可以服務(wù)多套R(shí)O 和NF 裝置。
清洗泵的選擇，應(yīng)保證第一段每個(gè)壓力容器的進(jìn)水量要求，清洗液越湍流，清洗效果越好。為了提高清洗效率，應(yīng)該盡量對(duì)多段反滲透系統(tǒng)進(jìn)行分段的、針對(duì)不同污染條件的清洗操作。
大型水處理系統(tǒng)應(yīng)該考慮設(shè)置一臺(tái)獨(dú)立的單元件清洗方法評(píng)估測(cè)試平臺(tái)，當(dāng)只有前端的一兩支膜元件受到污染時(shí)，清洗全段的所有膜只會(huì)使前段清洗下來(lái)的污物流入后續(xù)污染并不嚴(yán)重的膜元件，造成系統(tǒng)清洗效率的降低，單元件清洗測(cè)試平臺(tái)就可以避免這一不利狀況，它也可以用來(lái)測(cè)定每一支元件的運(yùn)行性能。
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