地表水反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
與以井水為給水水源相比共同學習,以地表水為給水水源的反滲透水處理系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)和系統(tǒng)監(jiān)控更為復(fù)雜投入力度,各種參數(shù)的選定更加保守顯示。其原因可歸為以下幾個(gè)方面:
1.地表水中的各種懸浮物和膠體的含量較高深刻內涵,需要更多的預(yù)處理;
2.市政水處理或反滲透預(yù)處理過程中往往引入了反滲透系統(tǒng)的污染物(如明礬多種場景、陽離子多元化服務體系、聚合物電解質(zhì)、正磷酸鋅及活性碳微粒等)擴大公共數據,有機(jī)污染物以及微生物深度,藻類等生物活性較高的物質(zhì);
3.地表水的溫度核心技術體系¢_拓創新??cè)芙夤绦挝铮═DS)和污染物含量的季節(jié)性變化較大。
反滲透預(yù)處理
設(shè)計(jì)地表水反滲透系統(tǒng)首先應(yīng)選擇正確的預(yù)處理以減少和控制污染物必然趨勢。如果水的預(yù)處理選擇得當(dāng)促進善治,則反滲透系統(tǒng)就能正常運(yùn)行。確定在系統(tǒng)中是否設(shè)計(jì)了合適的預(yù)處理的辦法是進(jìn)行現(xiàn)場小型實(shí)驗(yàn)或?qū)κ褂猛唤o水水源的現(xiàn)有反滲透系統(tǒng)進(jìn)行考察多樣性。但是發揮效力,時(shí)間和費(fèi)用往往限制了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。在缺乏小型實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)明顯,能反映季節(jié)變化的水質(zhì)全分析變得更為重要安全鏈。
反滲透設(shè)計(jì)人員應(yīng)設(shè)計(jì)足夠的預(yù)處理以使給水水質(zhì)滿足反滲透給水要求。預(yù)處理應(yīng)減少懸濁物和膠體含量以使?jié)岫龋?.0NTU(<0.3NTU),15分鐘SDI低于5.0(<3.0)處理方法。
預(yù)處理還應(yīng)減少有機(jī)物含量重要作用,由于有機(jī)物污染程度難于預(yù)測持續向好,因而膜生產(chǎn)廠家也無法提供最大含量的規(guī)定習慣,但建議TOC(總有機(jī)碳)含量應(yīng)低于2.0ppm(以碳計(jì))。這2.0ppmTOC大致相當(dāng)于5ppm的總有機(jī)生物量進展情況,如反滲透膜以13gfd(加侖/英尺2/日的積極性,約合22.1升/平方米/小時(shí))的水通量工作一年且在運(yùn)行過程中這些有機(jī)物不被連續(xù)地沖掉或者未被定期地清洗掉時(shí),就會在膜表面堆積達(dá)0.05英寸厚(約合1.27毫米至關重要,是給水隔網(wǎng)厚度的近兩倍)不久前。
預(yù)處理還應(yīng)控制藻類和細(xì)菌的增長,由于生物污染程度難于預(yù)測提升行動,因而膜生產(chǎn)廠家也無法提供最大含量的規(guī)定能力建設,但建議在細(xì)菌含量為10,000cfu/ml(在每毫升中的菌落生成單位)時(shí)應(yīng)引起注意。
反滲透設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)地表水反滲透系統(tǒng)時(shí)有效性,設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮設(shè)備投資和運(yùn)行成本的平衡創新內容,既能保證產(chǎn)水量和產(chǎn)水水質(zhì),又能降低能耗廣泛關註,降低清洗頻度善於監督。
影響地表水反滲透系統(tǒng)污染速度的主要因素按其重要性順序排列如下:
1.膜材質(zhì)類型(醋酸纖維膜或聚酰胺膜)
2.產(chǎn)水通量
3.橫向流速
4.反滲透操作條件
5.反滲透膜元件結(jié)構(gòu)
一、膜類型:
設(shè)計(jì)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)膜元件就能壓製。對于難處理的地表水或者廢水系統(tǒng)更合理,經(jīng)常選用CAB膜來代替CPA膜。CAB膜的優(yōu)點(diǎn)是膜表面光滑更優美、不帶電荷各方面,在使用時(shí)可減小污染物(例如帶電荷的有機(jī)物)沉積,并且微生物不易在其表面粘滯成效與經驗。在SEM顯微鏡下可觀察到CPA膜表面比較粗糙適應性,另表面帶負(fù)電荷,會吸引帶電的有機(jī)物并將其粘滯在膜表面上傳遞。
CAB膜還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)融合,即在運(yùn)行時(shí)給水中可含0.3~1.0ppm游離氯。氯作為消毒劑相關性,可保護(hù)CAB膜不受有害細(xì)菌侵蝕完成的事情,還可防止因微生物和藻類的生長而引起的污堵。CPA膜本身能耐氯穩定,但不能耐受其氧化性改造層面。因此要求除氯。要保證反滲透給水游離氯含量低于0.05ppm優勢與挑戰。CAB膜耐氯能力為26,000ppm×小時(shí)經驗分享,而CPA膜在有過渡族金屬離子存在時(shí)的耐氯能力只有1,000~2,000ppm×小時(shí)(以透鹽率增加一倍的時(shí)間考慮)解決方案。
對于已經(jīng)過良好的預(yù)處理去除了膠體和有機(jī)污染物并且生物活性較低的地表水,優(yōu)先選用CPA膜有力扭轉。CPA與CAB相比有如下優(yōu)點(diǎn):CPA膜脫鹽率較高(CPA>99%上高質量,而CAB為95~98%),因而產(chǎn)水質(zhì)量更高廣度和深度;膜耐久性強(qiáng)深入交流,使用期內(nèi)脫鹽率下降極少,從而壽命更長科技實力;所需給水壓力低從而可將反滲透給水泵耗電費(fèi)用下降60%處理;運(yùn)行PH范圍寬(CPA:4~10,而CAB為5~8)在此基礎上,從而可使反滲透給水不加酸或少加酸助力各行;膜清洗時(shí)的PH范圍寬(CPA:3~10,而CAB為4~7)自主研發;允許的溫度上限高(CPA為45℃確定性,而CAB為35℃),從而更便于清洗品率。
二相貫通、水通量:
選定了膜材質(zhì)以后,設(shè)計(jì)者要考慮的第二個(gè)重要的參數(shù)是產(chǎn)水通量積極影響。產(chǎn)水通量是單位有效膜表面的產(chǎn)水量自動化方案,用GFD(加侖/平方英尺/天)或者LMH(升/平方米/小時(shí))表示。
在反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水通量與污染速度之間存在直接關(guān)系越來越重要。水通量低線上線下,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醒悟。在低水通量下數據顯示,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(shí)還有部分產(chǎn)水垂直透過膜表面而產(chǎn)生的也逐步提升。多年觀察表明記得牢,一旦超過一定的水通量,其污染速度會呈指數(shù)上升重要的作用。對不同水質(zhì)和不同污染物含量的水源給出了建議的設(shè)計(jì)水通量范圍(能看表1建議的反滲透設(shè)計(jì)導(dǎo)則)更多可能性。這些設(shè)計(jì)導(dǎo)則的基礎(chǔ)是假定已經(jīng)有了足夠的預(yù)處理,而且生物活性受到控制足夠的實力。制定設(shè)計(jì)導(dǎo)則的目的是為了降低污染速度緊迫性,從而減少清洗次數(shù)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn),如果每隔3個(gè)月或者更長的時(shí)間清洗一次高效,則表明預(yù)處理和反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)是合理的溝通協調,如果1至3個(gè)月清洗一次,則可改進(jìn)工藝和增加設(shè)備體系。假如不到1個(gè)月就清洗一次保障性,考慮到清洗費(fèi)用、反滲透膜壽命縮短以及運(yùn)行工況惡化深刻認識,則需要增加更多的預(yù)處理設(shè)備以便進(jìn)行工藝改進(jìn)核心技術。
三、橫向流速:
為了控制地表水反滲透系統(tǒng)中的污染速度主動性,選擇膜面橫流速度與選擇水通量同樣重要。給水和其產(chǎn)生的濃水在膜表面的橫向流速越高發展的關鍵,膜污染速度就越低道路。當(dāng)給水和濃水水流穿過給水/濃水隔網(wǎng)時(shí),高橫向流速可增加湍流程度真諦所在,從而減少顆粒物質(zhì)在膜表面上的沉淀或在隔網(wǎng)空隙處的堆積指導。較高的橫向流速也提高了膜表面上的高濃度鹽分向主體溶液的擴(kuò)散速度,從而減少了難溶鹽沉淀在膜表面上的危險(xiǎn)充分。
為了達(dá)到所希望的系統(tǒng)水通量進一步完善,設(shè)計(jì)人員在確定了所要求的反滲透膜元件的數(shù)量之后,還應(yīng)考慮到橫向流速問題競爭力。這些反滲透元件可串聯(lián)在壓力容器中調整推進。對于地表水反滲透系統(tǒng),一般可用6個(gè)40英寸長的元件串入一個(gè)壓力容器中(注:對于井水或MF機製性梗阻、UF或RO出水等SDI較低機製,因而污染程度低的給水,由于給水-濃水壓降一般較低集成應用,因而在這些系統(tǒng)中每壓力容器可使用7只膜元件)探討。選擇365或者400平方英尺的8英寸直徑×40英寸長的高膜面積元件(與330平方英尺的元件相比較)的優(yōu)點(diǎn)是在對給定水通量的系統(tǒng)中可減少壓力容器數(shù)量。壓力容器數(shù)量的減少即意味著每個(gè)容器的橫向流速高高效流通,污染的可能性就減少調解製度,設(shè)備投資費(fèi)用也少。
表1中建議的反滲透設(shè)計(jì)導(dǎo)則注明了對于不同給水水源功能,壓力容器中膜元件的最大給水流量和最低濃水流量應用的因素之一。設(shè)定最大給水流量用來保護(hù)容器中的根反滲透元件,使其給水與濃水壓力降不超過10psi廣泛關註。壓力降高于此值就會使膜組凸出并且使給水隔網(wǎng)變形善於監督,從而損壞膜元件。設(shè)定最小的濃水流量以保證在容器末端的膜元件有足夠的橫向流速。從而減少了膠體在膜表面上的沉淀更合理,并且減少濃差極化對膜表面的影響適應能力。濃差極化是指在膜表面上的鹽濃度高于主體流體濃度的現(xiàn)象。鹽濃縮是因膜表面附近的橫向流速低而造成的(與管子中心的流速高于管子表面的流速的概念相似)實際需求。橫向流速越低解決方案,膜表面的鹽的反向擴(kuò)散速度就越低,結(jié)果難溶鹽沉淀的機(jī)會增多善謀新篇,而且更多的鹽會透過膜表面增產。濃差極化的程度可被量化為b值,該值應(yīng)該小于1.20方法。
四行動力、反滲透維護(hù):
有多種維護(hù)方法可以降低地表水反滲透系統(tǒng)的污染速度。這些方法包括伺服運(yùn)行時(shí)的濃水再循環(huán)切實把製度,停運(yùn)后低壓沖洗保供,停運(yùn)期間定期低壓沖洗以及定期消毒。我們建議采用RO產(chǎn)水對膜元件進(jìn)行沖洗和短期浸泡進行部署,但這種方法常常得不到使用責任。RO產(chǎn)水可抑制細(xì)菌滋長,而且還可以溶解膜上的污染物或者使它疏松保護好。
濃水再循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是提高了橫向流速組建,從而可沖洗掉膜表面上的污染物,其缺點(diǎn)是使RO給水泵的容量增大特點,而且RO產(chǎn)水含鹽量也會增加10%深刻變革。
停運(yùn)后沖洗的優(yōu)點(diǎn)是可將污染物及濃水從膜元件中沖洗出來。
停運(yùn)期間沖洗的優(yōu)點(diǎn)是可將膜元件表面的死水沖洗出來并能阻止生物滋長慢體驗。根據(jù)現(xiàn)場條件著力增加,這種沖洗至多每8小時(shí)進(jìn)行一次。
可以進(jìn)行定期消毒科技實力,以控制兩次清洗之間的生物滋長處理。
在運(yùn)行狀態(tài)連續(xù)消毒是工藝設(shè)計(jì)中所關(guān)心的最新領(lǐng)域。醋酸纖維素膜有其固有的殺菌優(yōu)點(diǎn)(可在給水中含0.3~1.0ppm的游離氯)在此基礎上。而對于CPA膜助力各行,在運(yùn)行中使用氧化型殺菌劑方面就受到限制。在不含鐵的給水中(這在多數(shù)反滲透系統(tǒng)中都很難做到)自主研發,要求將氯控制到少于0.05ppm確定性,過醋酸/過氧化氫控制到0.4~1.0ppm。目前正在進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)損耗,以研究對于較復(fù)雜的RO用途發展,是否可加入較多的氯以減少清洗次數(shù)并且還能保持適當(dāng)長的使用壽命保持穩定。目前還正在進(jìn)行其它現(xiàn)場研究以調(diào)查氯胺的殺菌能力及其對CPA膜的影響。最初的結(jié)果表明在某些情況下CPA膜可耐受6~8ppm的氯胺面向,而在其它情況下可耐受多達(dá)12ppm的氯胺支撐作用。
五、反滲透膜元件結(jié)構(gòu):
世界上所用的井水和地表水反滲透系統(tǒng)所用的膜元件絕大多數(shù)為卷式膜元件建設項目。與中空纖維和板框式結(jié)構(gòu)相比較最為突出,卷式膜元件在給水通道抗污染能力、設(shè)備空間要求相結合、投資和運(yùn)行費(fèi)用以及可從很多的供應(yīng)商處購得等方面提供了的組合高效化。
選擇卷式膜元件時(shí)主要考慮因素為膜的有效表面積、給水通道隔網(wǎng)的幾何形狀為產業發展、尺寸以及產(chǎn)品制造質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)範圍和領域,這些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是用來確保膜元件的可靠性,如密封完整性和FRP外皮的堅(jiān)固性服務好。
如前所述新趨勢,具有最大的膜面積有利于設(shè)計(jì)最低水通量和最高橫向流速的反滲透系統(tǒng)。
反滲透膜元件采用塑料網(wǎng)作為給水通道隔網(wǎng)共謀發展,其目的是向給水提供一條盡量接近湍流的通路,使給水在卷式膜片之間充分流動結構重塑。以前市場上多數(shù)苦咸水反滲透膜元件都是采用0.028英寸至0.031英寸(28~31密耳)厚的金剛石形隔網(wǎng)聽得懂。一些較新的反滲透膜元件使用了26密耳(0.66毫米)隔網(wǎng)來增加膜面積、產(chǎn)水量和元件中的給水與濃水的壓力降高質量發展,而另一些元件采用了31至34密耳隔網(wǎng)全方位,以減小膜面積、產(chǎn)水量和給水與濃水的壓力降影響力範圍。
地表水采用較厚隔網(wǎng)的目的是希望:
1.由于給水與濃水間的壓力降開始時(shí)較低因而可延長兩次清洗之間的運(yùn)行時(shí)
2.一旦反滲透膜元件被污堵,可縮短清洗時(shí)間邁出了重要的一步。雖然并無明確的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以
表2是市售的8英寸×40英寸反滲透元件的部分?jǐn)?shù)據(jù)總結(jié)需求,包括膜工作面積堅定不移、給水隔網(wǎng)厚度、給水隔網(wǎng)的大約體積(立方英尺)以及隔網(wǎng)厚度對雷諾數(shù)的影響更讓我明白了。在運(yùn)行期間厚鹽水隔網(wǎng)的有利方面是壓力降可能較低推進高水平,因此達(dá)到單支膜元件上壓力降的極限值(10psid)時(shí)的工作周期。但這與通常建議的清洗要求:因污染導(dǎo)致壓力降升高10~15%時(shí)就應(yīng)清洗的說法相對立拓展應用。厚鹽水隔網(wǎng)也有雷諾數(shù)低的消極影響生產創效,盡管這可能是一個(gè)小缺點(diǎn)結構,因?yàn)樗懈艟W(wǎng)的雷諾數(shù)都是100左右,這一數(shù)值使隔網(wǎng)水流完全處于0~2000的層流范圍內(nèi)優化上下,所有不可能出現(xiàn)渦流或者湍流能力建設。在清洗期間厚鹽水隔網(wǎng)的正面影響可能在于能更快地去除較大的污染物,因此可縮短清洗時(shí)間不斷創新。
從表中可有趣地觀察到醋酸纖維反滲透膜元件(最常推薦的用于地表水處理的膜元件)的給水隔網(wǎng)總體積最薪⒑屯晟?。ㄊ占廴疚锏哪芰π。﹨⑴c水平,而給水隔網(wǎng)的厚度處于中等范圍大型,為28密耳。
反滲透元件的生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也很重要明確相關要求。制造考慮的因素有給水密封的完整性重要意義、FRP外皮的堅(jiān)固性、膜片在卷制中無皺折深化涉外、使用合適的卷繞拉力等等體系。實(shí)際情況是主要生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的、市售超過一年的任何反滲透膜元件開展試點,如在生產(chǎn)廠家建議的設(shè)計(jì)導(dǎo)則內(nèi)運(yùn)行時(shí)對于地表水處理都是合適的攜手共進。
結(jié)束語:
地表水處理用反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)仔細(xì)考慮各種因素并采取相應(yīng)的對策,這些因素包括反滲透預(yù)處理推進一步、反滲透排列選擇經過、反滲透膜元件選擇以及反滲透操作步驟。目前為降低地表水反滲透系統(tǒng)的污染速率已有一些小改進(jìn)力度,但在技術(shù)上尚無大的突破明確了方向。降低污染速率的進(jìn)一步設(shè)計(jì)概念是開發(fā)新的反滲透膜、改進(jìn)反滲透膜元件結(jié)構(gòu)勇探新路、開發(fā)清洗或者消毒用的新化學(xué)藥品或者使用現(xiàn)有的化學(xué)藥品而改進(jìn)清洗和消毒程序單產提升。
表1. 反滲透設(shè)計(jì)導(dǎo)則(針對8×40英寸膜元件)
設(shè)計(jì)參數(shù)
SDI的最大值(15分鐘)
產(chǎn)水通量GFD
產(chǎn)水通量的年下降率%
CPA膜透鹽率的年增長率%
CAB膜透鹽率的年增長率%
每根膜組件的最大給水流量gpm
每根膜組件的最低濃水流量gpm
單只膜元件允許的最大壓力降psi
注:
GFD:加侖/平方英尺/天;gpm:加侖/分鐘試驗;psi:磅/平方英寸
表2
膜元件型號
CAB(醋酸膜)
CPA(復(fù)合膜)