『关键词』反渗透、地表水、设计

『摘要』苦咸水反渗透系统需要以地表水作为给水水源。地表水以污染物含量高而出名，因此要求在反渗透系统和反渗透预处理设计时予以高度注意。本文主要讨论现有的和一些新的设计思路。

       1. 前言
       与以井水为给水水源相比，以地表水为给水水源的反渗透水处理系统的工艺设计和系统监控更为复杂，各种参数的选定更加保守。其原因可归为以下几个方面：
       地表水中的各种悬浮物和胶体的含量较高，需要更多的预处理；
       市政水处理或反渗透预处理过程中往往引入了反渗透系统的污染物 ( 如明矾、阳离子、聚合物电解质、正磷酸锌及活性碳微粒等 )，有机污染物以及微生物、藻类等生物活性较高的特质；
       地表水的温度、总溶解固形(TDS)和污染物含量的季节性变化较大。

       2. 反渗透预处理
       设计地表水反渗透系统首先应选择正确的预处理以减少和控制污染物。如果水的预处理选择得当，则反渗透系统就能正常运行。确定在系统中是否设计了合适的预处理的最好办法是进行现场小型实验或对使用同一给水水源的现有反渗透系统进行考察。但是，时间和费用往往限制了现场实验的实施。在缺乏小型实验或经验数据时，以能反映季节变化的水质全分析变得更为重要。
  
       3. 反渗透设计
       设计地表水反渗透系统时，设计人员应考虑设备投资和运行成本的平衡，既能保证产水量和产水水质，又能降低能耗，降低清洗频度。影响地表水反渗透系统污染速度的主要因素按其重要性顺序排列如下：
       膜材质类型(醋酸纤维或聚酰胺膜)产水通量 横向流速 反渗透操作条件 反渗透膜元件结构  

       3.1 膜类型
       设计人员可以选择海德能公司的CAB系列(醋酸纤维素)膜元件或CPA系列(芳香族聚酰胺)膜元件。对于难处理的地表水或者废水系统，经常选用CAB膜来代替CPA膜。对于已经过良好的预处理去除了胶体和有机污染物并且生物活性较低的地表水，优先选用CPA膜。

       3.2 水通量：
     一旦超过一定的水通量，其污染速度会呈指数上升。根据经验，如果每隔3个月或者更长的时间清洗一次，则表明预处理和反渗透系统设计是合理的，如果1至3个月清洗一次，则可改进工艺和增加设备。假如不到1个月就清洗一次，考虑到清洗费用、反渗透膜寿命缩短以及运行工况恶化，则需要增加更多的预处理设备以便进行工艺改进。

       3.3 横向流速：
       为了控制地表水反渗透系统中的污染速度，选择最佳膜面横流速度与选择水通量同样重要。给水和其产生的浓水在膜表面的模向流速越高，膜污染速度就越低。当给水和浓水水流穿过给水/浓水隔网时，高横向流速可增加湍流程度，从而减少颗粒物质在膜表面上的沉淀或在隔网空隙处的堆积。较高的横向流速也提高了膜表面上的高浓度盐分向主体溶液的扩散速度，从而减少了难溶盐沉淀在膜表面上的危险。    

         3.4 反渗透维护
       有多种维护方法可以降低地表水反渗透系统的污染速度。这些方法包括伺服运行时的浓水再循环，停运后低压冲洗，停运期间定期低压冲洗以及定期消毒。我们建议采用RO产水对膜元件进行冲洗和短期浸泡，但这种方法常常得不到使用。RO产水可抑制细菌滋长，而且还可溶解膜上的污染物或者使它疏松。
       浓水再循环的优点是提高了横向流速，从而可冲洗掉膜表面上的污染物，其缺点是使RO给水泵的容量增大，而且RO产水含 盐量也会增加10%。
       停运后冲洗的优点是可将污染物及浓水从膜元件中冲洗出来。
       停运期间冲洗的优点是可将膜元件表面的死水冲洗出来并能阻止生物滋长。根据现场条件，这种冲洗至多每8小时进行一次。
       可以进定期消毒，以控制两次清洗之间的生物滋长。
       在运行状态连续消毒是工艺设计中所关心的最新领域。醋酸纤维素膜有其固有的杀菌优点(可在给水中含0.3～1.0ppm的游离氯)。而对于CPA膜，在运行中使用氧化型杀菌剂方面就受到限制。在不含铁的给水中(这在多数反渗透系统中都很难做到)，要求将氯控制到少于0.05ppm，过醋酸/过氧化氢控制到0.4～1.0ppm。目前正在进行现场试验，以研究对于较复杂的RO用途，是否可加入较多的氯以减少清洗次数并且还能保持适当长的使用寿命。目前还正在进行其它现场研究以调查氯胺的杀菌能力及其对CPA膜的影响。最初的结果表明在某些情况下CPA膜可耐受6～8ppm的氯胺，而在其它情况下可耐受多达12ppm的氯胺。
  
3.6 结束语：
       地表水处理用反渗透系统的设计应仔细考虑各种因素并采取相应的对策，这些因素包括反渗透预处理、反渗透排列选择、反渗透膜元件选择以及反渗透操作步骤。目前为降低地表水反渗透系统的污染速率已有一些小改进，但在技术上尚无大的突破。降低污染速率的进一步设计概念是开发新的反渗透膜、改进反渗透膜元件结构、开发清洗或者消毒用的新化学药品或者使用现有的化学药品而改进清洗和消毒程序。