常见问题二

反渗透预处理的重要性

反渗透处理苦咸水虽具有很多优点，但反渗透膜对进水水质却有一定要求，若达不到要求，必然会导致膜的污染；严重会导致整个反渗透装置的报废，会造成巨大的经济损失。也就是说，反渗透系统的运行效率和寿命与原水的预处理效果密切相关。预处理就是要把进水对膜的污染、结垢、损伤降到最低，从而使反渗透系统的产水量、脱盐率、回收率、运行成本达到最优。原水经预处理后，在进入反渗透装置前，达到进水要求。

常用的预处理工艺主要有混凝沉淀、多介质过滤、活性炭过滤、离子交换软化或加药阻垢、温度与PH的调节、保安过滤。特殊的预处理工艺还需降低水中金属离子的含量（如铁、锰、铜等）、微生物杀菌、二氧化硅的去除等。

2 预处理的目标

下图为反渗透进水水质要求和预处理解决办法

3 地下水水质

下表为甘肃部分地区地下水水质主要指标（mg/L）

“*”为超限指标——按国家生活饮用水卫生标准GB5749-85评价

分析：

从地下水水质可以看出，该地区地下水属高硬度高盐量水，但水质清澈透明，基本无污染，地下水水质一般终年稳定，由于土壤层的过滤作用，地下水基本没有悬浮物，污泥指数（SDI）值小、浊度低、但地下水源水硬度及氯化物含量高[7]，所以在处理地下苦咸水时，预处理的重点在于如何减缓或防止难溶盐的析出。在反渗透系统中最容易结垢的物质是碳酸钙，依次为硫酸钙，二氧化硅，硫酸钡等。进水浓缩后是否会形成碳酸钙水垢可用朗格利尔饱和指数判断，即：LSI=pHm-pHs

式中：LSI——朗格利尔饱和指数

      PHm——水的实测PH值

      PHs——水在碳酸钙饱和平衡时的PH值

当LSI=0时则表示该水质处于平衡状态，即不结垢也不腐蚀，水质是稳定的。

PHs可根据下列公式计算PHs=pCa+p[A]+(pK2-pKs)

式中：pCa——水中钙离子含量的负对数;

      P[A]——水的碱度值得负对数

      pK2——碳酸的二级电离常数的负对数

      pKs——碳酸钙溶度积的负对数

当原水含盐量较高时[1]，应当考虑离子强度对碳酸钙饱和平衡时的PH值得影响，此时pHs可采用下式进行计算：pHs=pCa+p[A]+(pK2-pKs)+2I1/2/(1+I1/2)

      式中：I为离子强度

由碳酸钙结晶的动力学方程可以看出，溶液温度对碳酸钙结晶速率有很大的影响。反应温度越高，碳酸钙的平衡浓度积Ksp降低；从而使碳酸钙的过饱和度Ｓ提高，碳酸钙晶体的形成速率和晶体的长大速率都会提高，从而使结垢倾向增加。由于温度对碳酸钙晶体的形成和晶体的长大都有影响，温度的变化会影响碳酸钙晶体颗粒的大小。由于西部地区地下水温度较低，且比较稳定，一般水温≤20℃，故以20℃水温作为最不利情况加以核算。硫酸盐的结垢情况，可由下式判断：一般情况下，当硫酸盐的离子浓度积IP超过其溶度积Ksp，即IP＞Ksp时结垢；IP＜Ksp则水中的硫酸盐是稳定的。

预防反渗透膜表面结垢的方法主要有两种：一种是软化法，除去水中的硬度；另一种是加阻垢剂延缓结垢生成。

软化法是使用软化器和阳离子交换树脂对原水进行预处理；是以树脂上的钠离子和水中的钙、镁离子进行交换，从而除去水中的硬度。但是，当树脂饱和时，必须对树脂进行再生，否则，膜同样会被污染。因此，增加了反渗透装置的初期投资。同时，运行中的树脂频繁失效再生，操作繁琐。

在实际操作中，加阻垢剂法设备简单，操作简易，自动化程度高。但难点在于针对西部地区苦咸水的特点，如何在众多的阻垢剂中，根据阻垢剂性能，加药量，ｐＨ值，以及操作条件（如压力，温度，Ca^2＋浓度等）对阻垢性能的影响，优选阻垢剂并确定最佳加药量及加药条件。自从20世纪60年代后期反渗透脱盐装置诞生以来，酸＋六偏磷酸钠一直被用来控制RO装置的碳酸垢和硫酸垢，被认为是RO系统中的传统预处理方法。SHMP是无机盐易分解为正磷酸盐，即可与Ca2+形成磷酸钙而成为致垢剂，又可作为细菌生长的营养源而产生生物污垢；但由于其价格低，目前SHMP仍占RO阻垢剂市场份额的40%以上[11]。因此要SHMP顺利运行必须加酸使用，才能降低浓水侧的LSI值。有研究者，采用给水一次通过法对新开发的阻垢剂HEDP和传统H2SO4＋SHMP；做平行反渗透对比实验，（这两套实验装置用完全一样的反渗透系统，以同样的水源为原水，操作条件如进水压力，产水回收率完全保持一致）。该实验运行3000ｈ，主要依据需要的泵能、阻垢剂消耗量和3000ｈ运行过程中的产水量和产水水质来评价阻垢剂的处理效果。实验结果表明：由于HEDP与聚丙烯酸盐的复配物分散Ｃａ—Ａｌ—Ｓｉ类黏泥的作用差，因此H2SO4＋SHMP在产水质量、回收率、成本等几方面都比新型阻垢剂HEDP好，建议继续使用[13]。MDC220阻垢剂虽能有效控制碳酸钙；硫酸钙；硫酸锶的结垢，LSI高达+3.0尚不结垢。但H2SO4＋SHMP方法的药剂成本大大低于MDC220。

因此，以总费用最低为优化目标，在原水水质条件，产水水质，产水量等条件下，地下水苦咸水反渗透预处理工艺为：