反渗透设备在化学水处理系统的应用

本文介绍了反渗透水处理设备在通辽盛发热电有限责任公司(以下简称我厂)化学水处理系统中的成功应用。我厂反渗透设备(以下简称RO)自2006年9月调试稳定、投入运行，至今已运行7年，各项指标无明显下降。本文分析总结了多年来从技术和管理两方面入手，有效延长了反渗透膜的使用寿命，长期保持较高的制水经济性。分析膜的材质、结构和膜污堵原因，作者认为，延长反渗透膜的使用寿命，最主要是研究如何延缓膜污堵的发生，只有维持反渗透膜良好的通透性才能有较高的制水经济性。

关键词：反渗透 水处理 应用

前言

反渗透水处理技术引进我国已多年，以其维护量小的优势，在电力系统化学水处理中得到广泛应用。但反渗透设备也有其局限性，一方面优质的反渗透膜造价高，虽然经过多年激烈的市场竞争，优质膜的价格仍然维持在1万元/吨水左右。另一方面，反渗透膜在正常运行三年后脱盐率、回收率(也称产水率)指标降低，运行经济性差，更换新的膜元件费用高、动辄几百万元。

我厂反渗透水处理系统自2006年9月投入使用，至今已运行7年，脱盐率、回收率无明显下降。期间经历了2006--2007年供热期反渗透设备满负荷运行(2号热网加热器漏泄，为保供热不能停运检修，主要靠制水设备满负荷运行补充加热器漏泄损失)。总结原因一是通过合理设计原水预处理系统保证了反渗透入口水质，二是日常管理中严格监督各项水质和药剂指标保证了反渗透膜良好的运行环境。

1 反渗透系统概述

1.1 化学水处理系统简介

我厂化学水处理流程：

工业水 → 曝气器 → 叠加式锰砂除铁过滤器 → 弱酸阳离子交换器 → 除碳器 → 软化水箱 →生水加热器 → 保安过滤器 → 反渗透 →混床 → 除盐水箱 →锅炉补水。

1.2 反渗透系统简介

我厂反渗透膜元件采用美国陶氏公司的BW30-400低压复合膜元件，一级两段8：4排列，每套72根膜元件，共288根。主要性能考核指标见表一，反渗透膜元件的进水要求见表二。

2 反渗透膜污堵原因分析

2.1 反渗透膜特性及工作原理

反渗透膜是基于仿生学研究的一种半透膜。半透膜是广泛存在于自然界动植物体器官内的一种能够透过水的膜。严格地说，只能透过溶剂而不能透过溶质的膜称为理想半透膜。工业上使用的半透膜多是高分子合成的聚合物产品。当把溶剂和溶液分别置于半透膜的两侧，溶剂将自发地穿过半透膜向溶液侧流动，这种自然现象叫做渗透(Osmosis)。如果上述过程中溶剂是纯水，溶质是盐分，当用理想半透膜将它们分隔开时，纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水侧，盐水的液位上升，当上升到两侧出现一定压力差后，水通过膜的净流量为零，此时该过程达到平衡，与该液位高度差对应的压力称为渗透压(Osmotic Pressure)。当在半透膜的盐水侧人为施加一个大于渗透压的压力时，水的流向就会逆转，盐水中的水将流入纯水侧，这种现象叫做反渗透(Reverse Osmosis，简称RO)。

2.2 反渗透膜污染原因分析

膜是反渗透过程的最核心的组件。渗透和反渗透作用都是基于半透膜的通透性，一旦半透膜发生污堵，膜两侧溶剂(即纯水)的流动将逐渐减弱直至停止，此时膜的产水率、脱盐率都会显著降低，甚至快速报废。

导致反渗透膜性能降低的几种膜污染有:

(1)水中悬浮物、胶体颗粒等覆盖和堵塞膜表面及膜内。

(2)水中微生物、细菌繁殖产生的菌团和粘膜对反渗透膜造成污堵和生物降解。

(3)水中的微溶盐在膜表面结垢造成污堵。

(4)芳香聚酰胺膜的胺基受到氯等其它氧化性物质的破坏。

(5)温度和PH的影响：醋酸纤维素膜的酯基团在高温及强酸、强碱下水解。

3 反渗透设备管理的关键技术

反渗透膜的结构和材质决定了污堵是必然发生的过程，因此，即使在严格遵守膜制造厂给出的各项入口水质和药剂控制指标的前提下，各知名膜制造厂都只保证三年内的性能指标。我厂使用美国陶氏公司生产的膜元件亦是如此：在严格遵守陶氏公司给出的各项RO入口水质和药剂控制指标的前提下，只保证三年内的脱盐率和产水率。因此，要延长膜的使用寿命，三年后仍维持较高的制水经济性，工作重点就是研究如何延缓膜污堵的发生，使之长期保持良好的通透性。

3.1 合理设计原水预处理系统，保证RO入口水质

首先，合理的原水预处理系统设计是保证RO进水水质的基本技术条件。由表三工业水源的水质分析报告可见，悬浮物、胶体颗粒、微溶盐等易导致膜污堵的各项指标均在正常范围内，因此，原水预处理系统按照常规设计多介质过滤器，无曝气和除铁工艺。我们将水质分析报告结合实际经验进行了深入分析，来水中铁铝氧化物虽然不高，但其中铁离子占比较高、约占90%，Fe2+、Fe3+离子形成胶体基团，易引起RO膜的污堵，而且铁铝等胶体也对RO膜有不利影响，于是我们提出更改设计，建议改用曝气+除铁工艺，得到设计单位的认可，将原设计的预处理系统多介质过滤器修改为曝气+除铁过滤工艺。

曝气+除铁过滤工艺技术成熟、设备简单、造价不高、运行费用低廉、维护简便，可以保证以低廉的成本提高RO系统的使用寿命，从而降低整体制水成本。此外，在预处理阶段曝气+除铁工艺也利于延长RO后续混床除盐系统阴离子交换树脂的使用寿命(高铁离子引起阴离子交换树脂不可逆的污染)。

表三 水质全分析报告单

单位：通辽热电厂