反渗透各段加药工作原理

一、反渗透加药工作原理

对原水进行预处理的效果反映为 TSS、TOC、COD、BOD 、LSI 及铁、锰、铝、硅、 钡、锶等污染物水质指标的绝对值降低， 在上一章中有对于这些污染物水质指标的详细描述。 表征膜污染倾向的另外一个重要的水质指标是 SDI。通过预处理， 除了要将上述指标降到反渗透膜系统进水要求的范围内，还有重要的一点是尽量降低 SDI，理想的 SDI（ 15 分钟）值应小于 3。

二、化学预处理

为了改善反渗透系统的操作性能，在进水中可以加入添加下列一些药剂：酸、 碱、杀菌剂、阻垢剂和分散剂。

三、加酸防止结垢

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，商品硫酸有 20％和 93％两种浓度规格。93％的硫酸也称为 66 波美度硫酸。 在稀释 93％硫酸时一定要小心， 在稀释到 66％时发热可将溶液的温度提升到 138℃。一定要在搅拌下缓慢地将酸加入水中，以免水溶液局部发热沸腾。 盐酸主要在可能产生硫酸钙或硫酸锶结垢时使用。 使用硫酸会增加反渗透进水中的硫酸根离子浓度， 直接导致硫酸钙结垢倾向增加。工业级的盐酸 （无添加剂）购买非常方便，商品盐酸一般含量为 30－37％。降低 pH 的首要目的是降低 RO 浓水中碳酸钙结垢的倾向，即降低朗格里尔指数（ LSI）。LSI 是低盐度苦咸水中碳酸钙的饱和度，表示碳酸钙结垢或腐蚀的可能性。在反渗透水化学中， LSI 是确定是否会发生碳酸钙结垢的是个重要指标。当 LSI 为负值时，水会腐蚀金属管道，但不会形成碳酸钙结垢。如果 LSI 为正值， 水没有腐蚀性， 却会发生碳酸钙结垢。 LSI 由碳酸钙饱和的 pH 减去水的实际 pH。碳酸钙的溶解度随温度的上升而减小 （水壶中的水垢就是这样形成的） ，随 pH、钙离子的浓度即碱度的增加而减小。 LSI 值可以通过向反渗透进水中注入酸液（一般是硫酸或盐酸）即降低 pH 的方法来调低。推荐的反渗透浓水的 LSI 值为 0.2（表示浓度低于碳酸钙饱和浓度 0.2 个 pH 单位）。还可以使用聚合物阻垢剂来防止碳酸钙沉淀， 一些阻垢剂供应商声称其产品可以使反渗透浓水的 LSI 高达 +2.5（比较保守的设计是 LSI 为＋ 1.8）。

四、加碱提高脱盐率

在二级 RO 进水中加碱有 4 个原因：a．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。b．某些 TOC 成分在高 pH 下更容易脱除。c．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）。d．硼的脱除率在高 pH 下也较高（特别是高于 9 时）。加碱应用有一个特例，通常被叫做 HERO（高效反渗透系统）过程，将进水 pH 调到 9或 10。一级反渗透用来处理苦咸水， 苦咸水在高 pH 下会有污染问题 （比如硬度、 碱度、铁、锰等）。预处理通常采用弱酸性阳离子树脂系统和脱气装置来除去这些污染物。

五、脱氯药剂-消除余氯

亚硫酸氢钠（ SBS）是较大型 RO 装置选用的典型还原剂。将固体偏亚硫酸氢钠溶解在水中配制成溶液， 商品偏亚硫酸氢钠的纯度为 97.5－ 99％，干燥储存期 6 个月。 SBS 溶液在空气中不稳定，会与氧气发生反应，所以推荐 2％的溶液的使用期为 3－7 天， 10％以下的溶液使用期为 7－14 天。从理论上讲， 1.47ppm 的 SBS（或 0.70ppm 偏亚硫酸氢钠）能够还原 1.0ppm 的氯。设计时考虑到工业苦咸水系统的安全系数， 设定 SBS 的添加量为每 1.0ppm氯 1.8－3.0ppm。SBS 的注入口要在膜元件的上游，设置距离要保证在进入膜元件有 29 秒的反应时间。推荐使用适当的在线搅拌装置（静态搅拌器） 。SBS 脱氯反应：?Na2S2O5 （偏亚硫酸钠） + H2O ＝2 NaHSO3 （亚硫酸氢钠）?NaHSO3 + HOCl ＝NaHSO4 （硫酸氢钠） + HCl （盐酸）?NaHSO3 + Cl2 + H2O ＝NaHSO4 + 2 HCl采用 SBS 脱氯的好处是在大系统中比碳过滤器的投资较少，反应副产物及残余 SBS 易于被 RO 脱除。SBS 脱氯的缺点是需要人工混合小体积的药剂， 在脱氯系统没有设计足够的监测控制仪器时增加了氯对膜的威胁，而且在少数情况下进水中存在硫还原菌（ SBR），亚硫酸会成为细菌营养帮助细菌的繁殖。 SBR 通常在浅层井水厌氧环境下有发现，硫化氢（ H2S）作为 SBR的代谢产物会同时存在。脱氯过程的监测可采用游离氯监测仪， 用以监测残余亚硫酸根的浓度， 还可以采用 ORP监测仪。 推荐的方法是监测残余亚硫酸根的浓度， 以保证有足够的亚硫酸根来还原氯。 大多数商业化氯监测仪的捡出浓度为 0.1ppm，这个值是 CPA 膜的余氯上限。直接利用 ORP 监测仪监控亚硫酸根浓度的方法不够可靠， 这种测定水中氧化还原电位的仪器的基线变化难以预测。CPA 膜的耐氯能力大概在 1000－2000ppm 小时（透盐率增加一倍） ，1000ppm 小时等于在 0.038ppm 余氯下运行 3 年。需要注意的是， 在一些情况下发现耐氯能力会因温度升高 （ 90华氏度以上） 、pH（7 以上）升高和过渡金属存在（比如铁、锰、锌、铜、铝等）而大大下降。CPA 膜的耐氯胺能力约为 50,000－200,000ppm 小时（发生透盐率明显增加） ，这个值相当于在 RO 进水中含有 1.9－7.6ppm 的氯胺，膜可以运行 3 年。同样，在温度升高、 pH 降低和过渡金属存在时，膜的耐氯胺能力会变化。在加州的一个三级废水处理装置上发现，在氯胺浓度 6－8ppm 进水条件下，膜的脱盐率在 2－ 3年内从 98％降到了 96％。设计者要注意在氯胺化之后进行脱氯还是必要的。 氯胺是混合氯和氨的产物， 游离氯对膜的降解作用要比氯胺强得多， 如果氨量欠缺时会有游离氯存在。因此，使用过量的氨是非常关键的，系统监测要确保这一点。

六、阻垢剂和分散剂