小区直饮水工程中反渗透技术的应用.docVIP

小区直饮水工程中反渗透技术的应用 目前传统工艺处理的市政自来水只能初步降低水中悬浮物、胶体及微生物等,但不能有效的去除原水中的微量有机污染物及溶解盐类。另外自来水的水源污染也在日渐加重,导致出水水质下降。由于管网老化,出厂水在经过输送及在天面水箱的停留,均会造成二次污染。再则,人们的健康意识日益提高。随着科技发展,水中检测到的有害物质越来越多,新出台的水质标准也相应提高,因此自来水作为饮用水必需经过进一步处理。但整个城市管网进行改造投资太大,也不易保证不会造成二次污染。因此分小区、分楼宇进行深度饮用水处理不失为可行之策。膜处理技术具有投资省,占地小,配制灵活的特点,其中反渗透系统的出水水质较符合现行国家优质直饮水标准,投资也较省。在小区直饮水处理领域,反渗透技术日益成为当前的发展趋势 1 中反渗透技术与渗透压用只能让水分子透过,而不允许溶质透过的半透膜将纯水与咸水分开,则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过,结果使咸水一侧的水位达到某一高度,即为渗透过程。半透膜两侧的水位差即为此咸水的渗透压P [ 1 ] ,有P = icR T 。式中,c 为溶液的浓度(m ol/m 3 );i为渗透系数(i= 1.5～1.8);R 为气体常数(8.314J/(m ol· K ));T 为热力学温度(K );P 为渗透压(P a)。由此可见,在常温常压下溶液的浓度与渗透压成正比。因此,在进行反渗透前将进行前置处理,尽量使进入反渗透膜的液体浓度降低,此举可降低渗透压,以节省能耗、降低运行成本。如果在咸水一侧施加一个等于渗透压P 的压力,此时可发现纯水不会再向咸水一侧渗透,如果继续施压则咸水一侧的水分子透过半透膜到纯水一侧,直到达到一个新的平衡。 2 反渗透膜主要设计参数的经济性分析 反渗透膜是反渗透纯水处理系统的关键组件。其经济性能指标和质量性能指标的优劣直接影响到系统的出水质量及运行管理费用:1)脱盐率 反渗透膜两侧水浓度的比值称为脱盐率。这是衡量反渗透膜分离性能的一个重要标准。脱盐率主要与膜本身的物理结构构造及填装密度有关。系统配制时可以根据不同的出水要求选择不同规格、厂家的膜,以求经济实用;2)水通量 单位时间内通过单位膜面积的流量。水通量是很重要的性能指标。它除了和膜本身的化学特性有关外,还与系统的操作参数(操作压力、温度)有关;3)单位时间能耗W 及操作压力P 反渗透膜根据操作压力可分为3 类:高压反渗透(操作压力为5.6～10.5 M P a,用于海水淡化);中压反渗透(操作压力为1.4～ 4.2 M P a,用于苦咸水的脱盐);低压反渗透(操作压力为0.5～1.4 M P a),目前直饮水系统的操作压力一般在此范围内。单位时间能耗[ 1 ] W = A R T S(A 为系数;R 为气体常数;T 为温度;S 为浓度);4)产水率Y 产水率Y 是另外一个重要的经济指标。反渗透过程中存在浓差极化现象,要克服这一现象,使膜的进水一侧的浓度c 保持一个恒定值,因此要回流一部分进水,同时还要排放掉一部分水。当然,要求单位进水水量所产生的纯水量越大越好,因此选择恰当的回流比及排放比以克服浓差极化但又不产生浪费是很有必要的。 综上所述,如果在某种反渗透膜进水一侧施加的压力越大此时所耗功率也越大,产水速度也越快,但同时它的浓差极化现象也越强,使得回流量及排放量也越大。因此渗透压的值越大,产水速度就越大,但产水率却不会提高。反之,在进水一侧减小压力,则进水一侧的浓差极化现象较弱,相应回流量和排放量也减小。由以上分析可见,前述4 个参数是相互影响的;目前国内外的各种产品对这4 种参数的选择也不尽相同,因此在选择渗透压、回流比等参数时,要结合实验数据与经验值,综合考虑电费、产水速度和产水率3 个因素,使系统的性价比达到最好。表1 是某产品根据实验得到的结果[ 2 ] 。 3 反渗透系统的预处理 反渗透系统一般采用市政自来水作为原水,但由于市政自来水的二次污染问题导至原水的水质达不到反渗透膜进水水质要求,因此反渗透膜在运行过程中易受水中悬浮物、胶体、微生物、结垢物及有机物的影响,使膜受到污染、堵塞;造成膜性能下降,进水压力上升、产水量下降、脱盐率下降。膜的污染一般用污染指数F I 来表示,其反应了膜受阻塞的程度。通常反渗透膜进水的F I 值要求小于3～5[ 1 ] 。因此在进行反渗透之前要进行一定程度的预处理(见表2),严格控制进水的水质。其方法为:1)硅藻土过滤 如果原水中的F I 值在4～5 的范围内,硅藻土过滤可用来降低F I 值,使其小于2.0;2)砂、活性碳过滤 当原水中F I≤6 时采用此方法可使出水的F I≤3。关于采用砂作为过滤介质时可进行小试验柱实验来确定最佳的级配;3)当原水经过步骤1)、步骤2)预处理后水中的悬浮物与胶体已大部分得