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1反滲透(RO)是一種十分有效的膜分離單元操作，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過程。反滲透技術(shù)能使離子交換樹脂的負(fù)荷減輕90%以上，樹脂的再生劑用量也可減少90%，除了除鹽，還可除去水中的微粒、有機(jī)物質(zhì)、膠體物質(zhì)，對(duì)減輕離子交換樹脂的污染，延長使用壽命都有著良好的作用。
但是長期以來，對(duì)于水中含有的游離CO2的去除，反滲透技術(shù)似乎無能為力，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的反滲透技術(shù)中必須控制進(jìn)水中LSI(即朗格利爾飽和指數(shù))值，以防止反滲透膜結(jié)垢。而LSI值控制的一個(gè)重要參數(shù)是進(jìn)水PH值，如果PH值為酸性，則不容易結(jié)垢，如果PH為堿性，則結(jié)垢傾向十分明顯。所以傳統(tǒng)的工藝中在反滲透系統(tǒng)前添加HCl溶液，能很好地防止CaCO3、MgCO3等沉淀物結(jié)垢;而很少在反滲透系統(tǒng)前添加NaOH溶液。
2去除CO2的常用方法及反應(yīng)機(jī)理
2.1脫CO2塔
目前使用最廣泛的是二氧化碳脫氣塔，由于水中含有大量的碳酸氫鹽堿度，經(jīng)過H型離子交換器(即陽離子交換床)處理后，樹脂上所帶的H 被置換到水中而成為碳酸，所以脫CO2塔一般放在陽離子交換床的后面，陰離子交換床的前面。當(dāng)水的PH值小于4.3時(shí)，水中碳酸幾乎完全以二氧化碳的形式存在，如下式的變化：
H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O
當(dāng)H 增加，即PH越低時(shí)，上述反應(yīng)就向右進(jìn)行，此時(shí)，用一個(gè)裝置水從上噴淋而下，空氣從下鼓風(fēng)而上，使空氣流與水滴充分接觸，由于空氣中的二氧化碳量很小，分壓很低，只占大氣壓力的0.03%，根據(jù)亨利定律，經(jīng)過H型離子交換器處理的水，由于二氧化碳分壓高，逸入分壓低的空氣流中而被帶走，從而除去了水中的二氧化碳，也即除去了水中大量的陰離子HCO3-，這樣可以大大減輕陰床的負(fù)擔(dān)，提高陰床的周期制水量，減少再生劑的消耗。
但是，二氧化碳脫氣塔由于吸入的是生產(chǎn)環(huán)境中的空氣，難免會(huì)帶入空氣中的雜質(zhì)，通過與水源接觸從而污染水源，引起陰床周期制水率的下降。
2.2真空脫氣塔
真空脫氣塔也是一種去除CO2的方法，此外還能去除水中的O2等物質(zhì)，去除效率比脫CO2塔高的多。它的工作原理是用一個(gè)裝置將水從上噴淋而下，經(jīng)過濾料分散后，水中的CO2及O2逸出，而真空泵在塔的中部抽真空，CO2及O2被真空泵吸走，脫氣后的純水流至塔底，經(jīng)混床供給泵增壓后進(jìn)入后處理混床。如果真空脫氣塔進(jìn)水呈弱酸性，水中的碳酸鹽也能被大量去除，因?yàn)楫?dāng)水的PH值小于4.3時(shí)，水中碳酸幾乎完全以二氧化碳的形式存在，由于未脫氣的反滲透產(chǎn)水一般為弱酸性，所以真空脫氣塔一般放在反滲透的后級(jí)。
真空脫氣塔結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大的單元有脫氣塔、真空泵等，為了保證進(jìn)水分散均勻，濾料層高度需設(shè)置得很高，導(dǎo)致脫氣塔高度達(dá)十幾米，設(shè)備占用空間龐大，另外，由于脫氣塔液位控制很嚴(yán)格，液位過高，容易使脫氣效率下降，過低，容易導(dǎo)致水泵吸空，引起生產(chǎn)事故，所以使用的液位計(jì)必須十分靈敏。雖然真空脫氣塔不會(huì)帶入外界新的雜質(zhì)，但是由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地空間大，運(yùn)行費(fèi)用高，所以在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用方面受到一定限制。
除了上述常用的兩種脫氣方法外，還有膜脫氣等方法，但是由于投資成本太高，一般只用于出水水質(zhì)要求很高的超純水系統(tǒng)中。
3RO前加堿除CO2的方法和反應(yīng)機(jī)理
3.1反應(yīng)機(jī)理
反滲透是高效的除鹽工藝，所以只要把水中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳酸氫鹽就可利用反滲透去除二氧化碳，由于H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O這個(gè)化學(xué)反應(yīng)是可逆的，當(dāng)OH-增加時(shí)，該反應(yīng)就向左進(jìn)行，當(dāng)水的OH值大于8.2時(shí)，水中的CO2將全部轉(zhuǎn)化為HCO3-，這樣HCO3-通過反滲透系統(tǒng)全部去除，間接實(shí)現(xiàn)了去除CO2的目的。
但是，在加堿的同時(shí)，反滲透膜的結(jié)垢趨勢將十分明顯，因?yàn)長SI值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于允許的范圍。實(shí)踐證明：當(dāng)反滲透系統(tǒng)前加堿而不采取其他的措施時(shí)，RO濃水結(jié)晶析出十分迅速，一般1~2個(gè)小時(shí)就可以在濃水側(cè)發(fā)現(xiàn)白色的結(jié)晶。
其反應(yīng)式為：Ca2 2OH- CO2=CaCO3 H2O
Mg2 2OH- CO2=MgCO3 H2O
所以，有必要在RO前添加阻垢劑避免結(jié)垢。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前反滲透阻垢劑品種繁多，阻垢效率越來越高，如杭州英普水處理技術(shù)公司的產(chǎn)品MDC220，能做到濃水側(cè)LSI值達(dá)3.0的水平。我們車間使用了這種阻垢劑，即在RO前加堿的同時(shí)添加阻垢劑，實(shí)際運(yùn)行下來反滲透可以確保三個(gè)月以上清洗一次，加堿結(jié)垢這個(gè)問題得到了很好的解決。
3.2在實(shí)際運(yùn)用中的遇到的問題及整治
3.2.1原水水質(zhì)
原水水質(zhì)不同對(duì)反滲透清洗周期的影響較大。我們公司原水采用的是工業(yè)自來水，由于該自來水是經(jīng)過處理后的富營養(yǎng)化的太湖水，所以水中的有機(jī)物含量較高，且受季節(jié)變化影響也比較大，電導(dǎo)率也比較高(600μs/cm以上)，使用下來發(fā)現(xiàn)，RO系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，進(jìn)口操作壓力就明顯上升，而段間的壓差不變，經(jīng)過適當(dāng)?shù)那逑纯苫謴?fù)至正常狀態(tài)，但經(jīng)過一段時(shí)間后又重復(fù)出現(xiàn)。通過對(duì)RO系統(tǒng)加堿和阻垢劑的分析研究，我們懷疑與原水水質(zhì)中有機(jī)物含量變化有關(guān)，后來通過更換另一種阻垢劑后，問題得到了解決。
如果原水使用的是硬度較高的深井水，由于在RO系統(tǒng)前添加堿液，雖然添加了阻垢劑緩解了系統(tǒng)結(jié)垢的時(shí)間，但是RO膜結(jié)垢的趨勢仍然比采用自來水作為原水來得要迅速。實(shí)踐證明：一般1個(gè)月左右就需要對(duì)二段膜進(jìn)行化學(xué)藥洗。
3.2.2控制方式
由于在反滲透系統(tǒng)前添加了NaOH溶液，使LSI值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于允許的范圍，很容易導(dǎo)致二段反滲透膜結(jié)垢。如果阻垢劑未能及時(shí)地添加，比如加藥泵故障或斷電;或者添加量不夠，比如加藥泵沖程選得太小，也容易發(fā)生生產(chǎn)事故。這就對(duì)控制方式提出了更為嚴(yán)格的要求。建議一旦阻垢劑加藥泵發(fā)生故障時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)閉堿液加藥泵，以防止RO濃水迅速結(jié)晶析出，因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)水中的CO2不會(huì)對(duì)整個(gè)純水系統(tǒng)產(chǎn)生大的影響，長時(shí)間也只是影響混床的定收量，所以當(dāng)加藥泵發(fā)生故障時(shí)可以停泵修理，不會(huì)影響生產(chǎn)運(yùn)行;在控制方式上我們可以使阻垢劑泵和堿泵連動(dòng)，一旦其中一臺(tái)停止，另一臺(tái)也隨即停止運(yùn)行，或者當(dāng)加藥泵故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使故障能在最短的時(shí)間里得到解決，此外，加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場的巡檢也是必不可少的，比如看到反滲透二段淡水產(chǎn)量下降明顯，應(yīng)立即檢查阻垢劑的加藥情況，并及時(shí)對(duì)反滲透進(jìn)行藥洗。定期的巡檢對(duì)于減少設(shè)備故障的發(fā)生，避免生產(chǎn)事故是十分有益的。
3.2.3RO運(yùn)行方式
最好的防止RO二段結(jié)垢的方式是采用二級(jí)RO運(yùn)行方式，并在二級(jí)反滲透系統(tǒng)前添加NaOH溶液，因?yàn)槎?jí)反滲透進(jìn)水是一級(jí)反滲透的產(chǎn)水，含鹽量極低，即使添加了堿液，對(duì)二級(jí)反滲透的脫鹽能力的影響也是微乎其微，所以二級(jí)反滲透一般不會(huì)結(jié)垢，無需添加阻垢劑。但是這種運(yùn)行方式的缺點(diǎn)是一次性投資較高，但對(duì)于整個(gè)純水系統(tǒng)來說是最為理想的運(yùn)行方式，既能提高后處理混床的定收量(二級(jí)RO產(chǎn)水電導(dǎo)率≤1μs/cm)，又能提高整個(gè)純水系統(tǒng)的運(yùn)行效率(故障率低)。
4結(jié)論 反滲透系統(tǒng)前添加了NaOH溶液去除水中CO2的方法，和傳統(tǒng)的脫氣塔、脫氣膜比較起來，一次性投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用低，無需增加額外的大型設(shè)備，并且充分利用了RO系統(tǒng)的脫鹽能力，此外，由于添加了堿液，對(duì)于去除水中的有機(jī)物
也十分有利。但是在控制方式上必須嚴(yán)格要求，這一點(diǎn)對(duì)于反滲透不是采用二級(jí)方式，而是一級(jí)方式時(shí)尤其重要。
【反滲透膜的污染及清洗方案】
一、反滲透膜元件的污染物：
在正常運(yùn)行一段時(shí)間后，反滲透膜元件會(huì)受到在給水中可能存在的懸浮物質(zhì)或難溶物質(zhì)的污染，這些污染物中最常見的為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、金屬氧化物垢、硅沉積物及有機(jī)或生物沉積物。
污染物的性質(zhì)及污染速度與給水條件有關(guān)，污染是慢慢發(fā)展的，如果不早期采取措施，污染將會(huì)在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)損壞膜元件的性能。
定期檢測系統(tǒng)整體性能是確認(rèn)膜元件發(fā)生污染的一個(gè)好方法，不同的污染物會(huì)對(duì)膜元件性能造成不同程度的損害。
二、反滲透膜元件的污染物的去除
污染物的去除可通過化學(xué)清洗和物理沖洗來實(shí)現(xiàn)，有時(shí)亦可通過改變運(yùn)行條件來實(shí)現(xiàn)，作為一般的原則，當(dāng)下列情形之一發(fā)生時(shí)應(yīng)進(jìn)行清洗。
1、在正常壓力下如產(chǎn)品水流量降至正常值的10～15%。
2、為了維持正常的產(chǎn)品水流量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加了10～15%。
3、產(chǎn)品水質(zhì)降低10～15%。鹽透過率增加10～15%。
4、使用壓力增加10～15%
5、RO各段間的壓差增加明顯(也許沒有儀表來監(jiān)測這一跡象)。
三、反滲透膜元件的常見污染物及其去除方法：
1、碳酸鈣垢
在阻垢劑添加系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)或加酸系統(tǒng)出現(xiàn)而導(dǎo)致給水PH升高，那么碳酸鈣就有可能沉積，出來，應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)碳酸鈣垢沉淀的發(fā)生，以防止生長的晶體對(duì)膜表面產(chǎn)生損傷，如早期發(fā)現(xiàn)碳酸鈣垢，可以用降低給水PH至3.0～5.0之間運(yùn)行1～2小時(shí)的方法去除。對(duì)沉淀時(shí)間更長的碳酸鈣垢，則應(yīng)采用檸檬酸清洗液進(jìn)行循環(huán)清洗或通宵浸泡。
注：應(yīng)確保任何清洗液的PH不要低于2.0，盃則可能會(huì)RO膜元件造成損害，特別是在溫度較高時(shí)更應(yīng)注意，最高的PH不應(yīng)高于11.0。查使用氨水來提高PH，使用硫酸或鹽酸來降低PH值。
2、硫酸鈣垢
清洗液是將硫酸鈣垢從反滲透膜表面去除掉的最佳方法。
3、金屬氧化物垢
可以使用上面所述的去除碳酸鈣垢的方法，很容易地去除沉積下來的氫氧化物(例如氫氧化鐵)。
4、硅垢
對(duì)于不是與金屬化物或有機(jī)物共生的硅垢，一般只有通過專業(yè)水處理的清洗方法才能將他們?nèi)コ?，有關(guān)的詳細(xì)方法請(qǐng)與水處理專業(yè)公司聯(lián)系。
5、有機(jī)沉積物
有機(jī)沉積物(例如微生物粘泥或霉斑)可以使用清洗液3去除，為了防止再繁殖，可使用經(jīng)認(rèn)可的殺菌溶液在系統(tǒng)中循環(huán)、浸泡，一般需較長時(shí)間浸泡才能有效，如反滲透裝置停用三天時(shí)，最好采用消毒處理，請(qǐng)與水處理專業(yè)公司會(huì)商以確定適宜的殺菌劑。
6、清洗液
清洗反滲透膜元件時(shí)建議采用水處理專用的清洗液。確定清洗前對(duì)污染物進(jìn)行化學(xué)分析十分重要的，對(duì)分析結(jié)果的詳細(xì)分析比較，可保證選擇最佳的清洗劑及清洗方法，應(yīng)記錄每次清洗時(shí)清洗方法及獲得的清洗效果，為在特定給水條件下，找出最佳的清洗方法提供依據(jù)。
對(duì)于無機(jī)污染物、硫酸鈣及有機(jī)物、以及嚴(yán)重有機(jī)物污染所使用的清洗液，所有清洗可以在最高溫度為華氏104度(攝氏40℃)下清洗60分鐘，所需用品量以每100加侖(379升)中加入量計(jì)，配制清洗液時(shí)按比例加入藥品及清洗用水，應(yīng)采用不含游離氯的反滲透產(chǎn)品水來配制溶液并混合均勻。
反滲透膜的化學(xué)清洗與水沖洗
清洗時(shí)將清洗溶液以低壓大流量在膜的高壓側(cè)循環(huán)，此時(shí)膜元件仍裝壓力容器內(nèi)而且需要用專門的清洗裝置來完成該工作。
