1、地表水反滲透系統的設計 （1）摘要：苦咸水反滲透系統需要以地表水作為給水水源。 地表水以污染物含量高而出名，因此要求在反滲透系統和反 滲透預處理設計時予以高度注意。本文主要討論現有的和一 些新的設計思路。關鍵詞：地表水反滲透、八 、-前言與以井水為給水水源相比，以地表水為給水水源的反滲 透水處理系統的工藝設計和系統監控更為復雜，各種參數的 選定更加保守。其原因可歸為以下幾個方面：1. 地表水中的各種懸浮物和膠體的含量較高，需要更多 的預處理；2. 市政水處理或反滲透預處理過程中往往引入了反滲 透系統的污染物（如明礬、陽離子、聚合物電解質、正磷酸 鋅及活性碳微粒等） ，有機污染物以及微生物，藻類

2、等生物 活性較高的物質；3. 地表水的溫度。總溶解固形物（TDS和污染物含量的季節性變化較大。反滲透預處理設計地表水反滲透系統首先應選擇正確的預處理以減 少和控制污染物。如果水的預處理選擇得當，則反滲透系統 就能正常運行。確定在系統中是否設計了合適的預處理的最 好辦法是進行現場小型實驗或對使用同一給水水源的現有 反滲透系統進行考察。但是，時間和費用往往限制了現場實 驗的實施。在缺乏小型實驗或經驗數據時，能反映季節變化 的水質全分析變得更為重要。反滲透設計人員應設計足夠的預處理以使給水水質滿 足反滲透給水要求。預處理應減少懸濁物和膠體含量以使濁 度v （最好v） , 15分鐘SDI低于（最好v）

3、。預處理還應減少有機物含量，由于有機物污染程度難于 預測，因而膜生產廠家也無法提供最大含量的規定，但建議 TOC（總有機碳）含量應低于（以碳計）。這大致相當于5ppm 的總有機生物量，如反滲透膜以 13gfd （加侖 / 英尺 2/ 日， 約合升 / 平方米 / 小時）的水通量工作一年且在運行過程中這 些有機物不被連續地沖掉或者未被定期地清洗掉時，就會在 膜表面堆積達英寸厚 （約合毫米， 是給水隔網厚度的近兩倍）預處理還應控制藻類和細菌的增長，由于生物污染程度 難于預測，因而膜生產廠家也無法提供最大含量的規定，但 建議在細菌含量為 10,000cfu/ml （在每毫升中的菌落生成單 位）時應引

4、起注意。反滲透設計 設計地表水反滲透系統時，設計人員應考慮設備投資和 運行成本的平衡，既能保證產水量和產水水質，又能降低能耗，降低清洗頻度。影響地表水反滲透系統污染速度的主要因素按其重要 性順序排列如下：1. 膜材質類型（醋酸纖維膜或聚酰胺膜）2. 產水通量3. 橫向流速4. 反滲透操作條件5. 反滲透膜元件結構一、膜類型：設計人員可以選擇 CAB系列（醋酸纖維）膜元件或 CPA 系列（芳香族聚酰胺）膜元件。對于難處理的地表水或者廢 水系統，經常選用 CAB膜來代替CPA膜。CAB膜的優點是膜 表面光滑、不帶電荷，在使用時可減小污染物（例如帶電荷 的有機物）沉積，并且微生物不易在其表面粘滯。在

5、SEM顯微鏡下可觀察到 CPA膜表面比較粗糙，另表面帶負電荷，會 吸引帶電的有機物并將其粘滯在膜表面上。CAB膜還有一個優點，即在運行時給水中可含游離氯。 氯作為消毒劑，可保護 CAB膜不受有害細菌侵蝕，還可防止 因微生物和藻類的生長而引起的污堵。CPA膜本身能耐氯，但不能耐受其氧化性。因此要求除氯。要保證反滲透給水游 離氯含量低于。CAB膜耐氯能力為26,000ppm X小時，而CPA 膜在有過渡族金屬離子存在時的耐氯能力只有1,000 2,000ppm x小時（以透鹽率增加一倍的時間考慮）對于已經過良好的預處理去除了膠體和有機污染物并且生物活性較低的地表水，優先選用CPA膜。CPA與CAB

6、相比有如下優點：CPA膜脫鹽率較高（CPA 99%而CAB為95 98%），因而產水質量更高；膜耐久性強，使用期內脫鹽率下 降極少，從而壽命更長；所需給水壓力低從而可將反滲透給 水泵耗電費用下降 60%運行PH范圍寬（CPA 410,而 CAB 為 5 8），從而可使反滲透給水不加酸或少加酸；膜清 洗時的PH范圍寬（CPA 310,而CAB為47）;允許的溫 度上限高（CPA為45C,而CAB為35C）,從而更便于清洗。二、水通量： 選定了膜材質以后，設計者要考慮的第二個重要的參數 是產水通量。產水通量是單位有效膜表面的產水量，用 GFD（加侖/平方英尺/天）或者LMH （升/平方米/小時）表

7、示。在反滲透系統的產水通量與污染速度之間存在直接關 系。水通量低，污染速度就低，要想降低水通量可選擇膜面 積較大的反滲透膜元件。在低水通量下，減小了污染物在給 定面積膜表面上的沉淀從而降低了污染速度。這種沉淀是由 于在給水平行流過膜表面時還有部分產水垂直透過膜表面 而產生的。多年觀察表明，一旦超過一定的水通量，其污染 速度會呈指數上升。對不同水質和不同污染物含量的水源給 出了建議的設計水通量范圍（能看表 1 建議的反滲透設計導 則）。這些設計導則的基礎是假定已經有了足夠的預處理， 而且生物活性受到控制。制定設計導則的目的是為了降低污 染速度，從而減少清洗次數。根據經驗，如果每隔 3 個月或者更長的時間清洗一次， 則表明預處理和反滲透系統設計是合理的，如果1 至 3 個月清洗一次，則可改進工藝和增加設備。假如不到1 個月就清洗一次，考慮到清洗費用、反滲透膜壽命縮短以及運行工況 惡化，則需要增加更多的預處理設備以便進行工藝改進。三、橫向流速： 為了控制地表水反滲透系統中的污染速度，選擇最佳膜 面橫流速度與選擇水通量同樣重要。給水和其產生的濃水在 膜表面的橫向流速越高，膜污染速度就越低。當給水和濃水 水流穿過給水 / 濃水隔網時，高橫向流速可增加湍流程度， 從而減少