各种原水中通常含有一定浓度的悬浮物和溶解性物质。悬浮物主要包括无机盐、胶体、微生物以及藻类等生物颗粒;而溶解性物质则主要是易溶性盐(如氯化物)和难溶盐(如碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐),以及金属氧化物、酸碱等物质。在反渗透(RO)过程中,进水的体积逐渐减少,而悬浮颗粒和溶解物质的浓度则会增加。悬浮颗粒可能沉积在膜表面,导致膜堵塞,增加摩擦阻力(压力降)。而当难溶盐浓度超过其饱和极限时,这些盐会在膜表面结垢,从而降低RO膜的通量,增加操作压力,导致产品水质下降。这种沉积现象称为膜污染,会严重影响系统性能。因此,必须在水进入反渗透膜系统前进行有效预处理,去除可能导致膜污染的悬浮物、溶解性有机物和过量难溶盐,以降低膜污染的倾向。预处理的目的就是优化进水水质,从而保障RO膜的稳定运行。

通过预处理,可以显著降低TSS、TOC、COD、BOD、LSI等指标,同时还可去除铁、锰、铝、硅、钡、锶等污染物。膜污染倾向的另一个重要水质参数是SDI。预处理时,除应使上述指标达到反渗透膜系统进水要求外,还需降低SDI值,理想的SDI(15分钟)应小于3。

为了提高反渗透系统的操作效果,可以在进水中加入一些药剂,如酸、碱、杀菌剂、阻垢剂和分散剂等。

亚硫酸氢钠溶液.png

加酸—防止结垢
在反渗透进水中加入酸(如盐酸或硫酸)有助于降低pH值,进而抑制结垢。硫酸相较于盐酸更为常用,原因在于硫酸价格便宜、腐蚀性较低,而且膜对硫酸根离子的脱除率较高。硫酸通常有20%和93%两种浓度,93%硫酸应小心稀释,避免温度升高到不安全范围。通过降低进水pH,能有效减少碳酸钙的结垢倾向,这一过程通过调整LSI(朗格里尔指数)值来完成。推荐RO系统浓水的LSI值为0.2,表示碳酸钙饱和度低于0.2 pH单位。

加碱—提高脱除率
在反渗透过程中,特别是二级RO系统中,加入氢氧化钠(NaOH)可以提高pH值,从而提高某些成分的脱除效率。二级RO系统常通过调节pH值来提高二氧化碳、TOC、二氧化硅及硼的去除率。

脱氯药剂—消除余氯
RO进水中的游离氯需要被去除,通常采用粒状活性炭吸附或还原剂如偏亚硫酸氢钠(SBS)。亚硫酸氢钠能有效还原氯,通常需要精确控制使用量,以避免膜的损害。对于大规模RO系统来说,SBS的使用较为经济,且副产物易于去除。

阻垢剂和分散剂
阻垢剂用于防止矿物盐结垢,通常使用合成有机聚合物(如聚丙烯酸、聚马来酸等)。分散剂则阻止膜表面污染物的聚集。使用这些化学品时,需要根据水质类型和污染物的特性选择合适的产品。此外,阻垢剂的过量使用会导致膜表面沉积,带来新的污染问题,因此使用时要确保药剂充分混合,避免在膜表面形成沉积。

结垢性无机盐
反渗透系统中最常见的结垢盐包括碳酸钙(CaCO3)、硫酸钙(CaSO4)、硫酸锶(SrSO4)和硫酸钡(BaSO4)。这些难溶盐在浓水中达到饱和时会结垢,影响膜的通量和寿命。

阻垢剂的应用注意事项
使用阻垢剂时,要避免与其他化学药剂发生不良反应,例如与阳离子混凝剂或助滤剂发生反应形成难以清除的粘性污染物。过量使用阻垢剂会导致膜面污染,因此,设计时应确保药剂能够充分混合,以避免沉积物形成。

通过精细的药剂管理、预处理措施和反渗透系统的合理操作,可以有效减少膜污染,确保系统长期稳定运行。