【正文】 C 熱石灰硅酸脫除工藝，可將硅酸濃度降低到 1mg/L 。 OHC a C OOHCaH C OCa 23223 22)()( ????OHC a C OOHMgOHCaH C OMg 232223 22)()(2)( ?????N a C lC a C OCONaC a C l 23322 ????工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 石灰－純堿處理也可以降低二氧化硅的濃度，當(dāng)加入鋁酸鈉和三氯化鐵時(shí)，將會(huì)形成CaCO3以及硅酸、氧化鋁和鐵的復(fù)合物。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 采用弱酸脫堿度的 優(yōu)點(diǎn) 如下： ? 再生所需要的酸量不大于 105%的理論耗酸量 ， 這樣會(huì)降低操作費(fèi)用和對(duì)環(huán)境的影響； ? 通過(guò)脫除重碳酸根 ， 水中的 TDS減低 ， 這樣產(chǎn)水 TDS也較低； 本法的 缺點(diǎn) 是： ? 殘余硬度 ? 處理過(guò)程中水的會(huì)發(fā)生 pH 變化 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 （ 6） 石灰軟化 通過(guò)水中加入氫氧化鈣可除去碳酸鹽硬度。 當(dāng)原水存在生物污染可能時(shí)（如：地表水，高TOC 或高菌落總數(shù)），對(duì)產(chǎn)水脫氣更為合適。 采用弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂脫堿度主要是大型苦咸水處理系統(tǒng)，對(duì)于重碳酸根含量高的水源較為理想，重碳酸根也可轉(zhuǎn)化為 CO2。離子交換過(guò)程中，與 重碳酸根相同量的暫時(shí)硬度 中的 Ca2+、 Ba2+和Sr2+等為 H+所取代而被除去，這樣原水的 pH 值會(huì)降低到 4~5。 離子交換法軟化去除鈣（鎂）離子，但對(duì)高堿度的水和大水量工程，此法不經(jīng)濟(jì)。在軟化處理過(guò)程中，進(jìn)水 pH 不會(huì)改變。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 （ 4）強(qiáng)酸陽(yáng)離子樹(shù)脂軟化 使用 Na+離子置換和除去水中結(jié)垢陽(yáng)離子如 Ca2+、Ba2+和 Sr2+。 陽(yáng)離子聚電介質(zhì) 可能會(huì)與 負(fù)電性的阻垢劑 發(fā)生協(xié)同沉淀反應(yīng)并污染膜表面，必須保證當(dāng)添加陰離子阻垢劑時(shí)，水中不存在明顯的陽(yáng)離子聚合物。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 阻垢劑投加需要注意的問(wèn)題： 聚合有機(jī)阻垢劑 遇到 陽(yáng)離子聚電解質(zhì) 或 多價(jià)陽(yáng)離子時(shí)，可能會(huì)發(fā)生沉淀反應(yīng)，例如鋁或鐵，所產(chǎn)生的膠狀反應(yīng)物，非常難以從膜面上除去。價(jià)格便宜，但化學(xué)性質(zhì)不太穩(wěn)定，容易發(fā)生水解降低阻垢效率，同時(shí)也有產(chǎn)生磷酸鈣沉淀的危險(xiǎn)。 )1 0 , 0 0 0 m g / L( ??? T D Sp H spHL S I)1 0 , 0 0 0 m g / L( ??? T D Sp H spHD S IS工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 （ 3） 加阻垢劑 阻垢劑可以用于控制碳酸鹽垢、硫酸鹽垢以及氟化鈣垢，通常有三類阻垢劑：六偏磷酸鈉 (SHMP)、有機(jī)磷酸鹽和多聚丙烯酸鹽。 在飽和 pHs 的條件下，水中 CaCO3處于溶解與沉淀之間的平衡狀態(tài)。 通常有兩種 判斷碳酸鈣沉淀 的方法。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 若微溶鹽的濃度超過(guò)其溶度積時(shí)，可采取下列方法處理： （ 1） 降低回收率 ， 避免濃水中的微溶鹽濃度超過(guò)其溶度積； （ 2） 調(diào)節(jié)原水 pH值 （ 加酸 ） 大多數(shù)地表水和地下水中的 CaCO3幾乎呈飽和狀態(tài) ， 由下式可知 CaCO3的溶解度取決于 pH 值： 因此 ， 通過(guò)加入酸中的 H+， 化學(xué)平衡可以向左側(cè)轉(zhuǎn)移 ，使碳酸鈣維持溶解狀態(tài) 。 水垢是反滲透和納濾過(guò)程中最普遍的膜污染 。 引起微生物污染的 主要原因 ：進(jìn)水預(yù)處理不足，溫度高， SDI高，有機(jī)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物濃度高和殘存大量細(xì)菌等；管路過(guò)長(zhǎng)，透光，有死角，有裂縫，有非消毒部分等；操作中不經(jīng)常檢測(cè)，低流速，長(zhǎng)期存放和使用已污染的試劑等。 微生物污染對(duì)膜性能的 影響 ：會(huì)形成致密凝膠層 ，吸附高濃度的離子 ， 使?jié)獠顦O化更嚴(yán)重 ， 降低流動(dòng)混合效果 ， 同時(shí)由于酶的作用也會(huì)促進(jìn)膜的降解和水解 。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 ② 微濾（ MF）和超濾（ UF）預(yù)處理 MF和 UF預(yù)處理方法具有以下 優(yōu)點(diǎn)： ? 去除范圍寬 ， 包括膠體在內(nèi)； ? 可連續(xù)操作 、 性能優(yōu)良 、 出水水質(zhì)好 ， 對(duì)高壓泵和反滲透的保護(hù)性好； ? 少用或不用藥劑 ， 物理消毒安全； ? 投資 、 占地少 、 人工省等 。使用鋁劑應(yīng)注意，其絮凝物在 ～ 最小的溶解度；聚陽(yáng)離子絮凝劑優(yōu)點(diǎn)在于形成的絮凝物少，在過(guò)濾時(shí)不會(huì)破碎，對(duì) pH的要求不太嚴(yán)格等，但應(yīng)該嚴(yán)格控制劑量，若過(guò)量會(huì)對(duì)膜造成不可逆的損傷。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 計(jì)算公式 式中： SDI—— 污染密度指數(shù) Ti—— 第一次取樣所需時(shí)間 Tf—— 15分鐘 （ 或更短時(shí)間 ） 以后取樣所需時(shí)間 15/1100 ???????????fiTTS D I工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 （ 2）除去懸浮物膠體的方法 ① 在線混凝－多介質(zhì)過(guò)濾 在原水中投加混凝劑，經(jīng)有效的混合，再通過(guò)壓力式多介質(zhì)濾器除去形成的微絮凝體，其效果取決于絮凝劑的種類、濃度、合適的混合和停留時(shí)間等，這些都需要經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最終優(yōu)化。 7． 再次測(cè)量水溫以確保與實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的水溫變化不超過(guò) 1℃ 。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 5． 五分鐘后 ， 再次測(cè)量收集 100ml和 500ml水樣的所需時(shí)間 ， 十分鐘及十五分鐘后再分別進(jìn)行同樣測(cè)量 。 3． 用帶有刻度的 500ml量筒接取濾過(guò)水以測(cè)量透過(guò)濾膜的水量 。 在試驗(yàn)開(kāi)始至結(jié)束的測(cè)試時(shí)間內(nèi) ， 系統(tǒng)溫度變化不應(yīng)超過(guò) 1℃ 。井水的 SDI＜ 1，顧不必對(duì)其進(jìn)行膠體的預(yù)處理，地表水的 SDI在 10～ 175，需要認(rèn)真進(jìn)行針對(duì)性的預(yù)處理。它是進(jìn)水 在 207Kpa的壓力 下，通過(guò) Millipore濾膜的污染速率推算出來(lái)的。 SDI值是進(jìn)水質(zhì)量的相對(duì)值 ，從這個(gè)數(shù)值中，并不能明確看出膜污染速度或?qū)δば阅茉斐傻挠绊懙惹闆r。 其中 膠體最難處理 ， 大多數(shù)膠體是荷電的 ， 其同號(hào)電荷排斥而穩(wěn)定地懸浮于水中 ， 穩(wěn)定地膠體其 Zeta電位多大于 30mv， 當(dāng)這類膠體凝結(jié)在膜表面上時(shí) ， 則引起膜地污染 ， 其凝結(jié)速率方程為： 式中 ， K2為凝結(jié)速度常數(shù)； n為膠體的濃 度 。預(yù)處理的目的通常為： ? 除去懸浮固體 ， 降低濁度； ? 抑制和控制微溶鹽的沉淀； ? 調(diào)節(jié)和控制進(jìn)水的溫度和 pH； ? 殺死和抑制微生物的生長(zhǎng)； ? 去除各種有機(jī)物； ? 防止鐵 、 錳等金屬氧化物和二氧化硅的沉淀等 。 同樣根據(jù)所要求的元件最大進(jìn) 、 最低進(jìn)口水量驗(yàn)證排列是否合理 ， 以產(chǎn)水水質(zhì)和水量進(jìn)一步看設(shè)計(jì)是否達(dá)到目的 。 39 m3/d＝ ≈3或 4，這里取 3 倒數(shù)第二級(jí)的進(jìn)水流速＝ 26 3＋ 142＝ 220 m3/d 倒數(shù)第三級(jí)壓力容器數(shù)＝ 220 m3/d247。 回收率－總產(chǎn)水率＝ 270247。 ＝ 40 壓力容器數(shù)＝ 40247。 設(shè)：污染因子為 ，驅(qū)動(dòng)力 ，設(shè)計(jì)壓力為 ； 單元件產(chǎn)水率＝ 247。用所要求的最大進(jìn)、最低出口水量來(lái)驗(yàn)證排列是否合適，以產(chǎn)水水質(zhì)和水量進(jìn)一步看設(shè)計(jì)是否達(dá)到目的。 30≈90 壓力容器數(shù) Nh=90247。 例 1：設(shè)計(jì)產(chǎn)水量 2160m3/d，水回收率 75％，進(jìn)水500mg/L， 25℃ ，選用 Filmtec BW30－ 8040型元件， 30m3/d，脫鹽 98％，選用壓力容器長(zhǎng)可容 6個(gè)元件，初步估算 元件數(shù) Ne＝ 2160247。 m qQN pe??? 確定壓力容器數(shù) ， 據(jù)回收率等 ， 確定排列方式 Nr為壓力容器數(shù)目 ， n為每個(gè)容器中元件數(shù) 通常其二段排列容器比為 2： 1， 三段排列容器比為 4： 2： 1。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能 設(shè)計(jì)優(yōu)化和設(shè)計(jì)選擇 ① 基本設(shè)計(jì)； ② 滲透水與部分進(jìn)水混合； ③ 滲透水節(jié)流； ④ 設(shè)置級(jí)間泵； ⑤ 部分濃水循環(huán)； ⑥ 二級(jí) （ 或二段 ） RO系統(tǒng)； ⑦ 后處理： pH調(diào)節(jié)和脫氣等 。 （ 7） 輸入產(chǎn)水流速 ， 根據(jù)膜元件的面積和水通量可知膜的元件數(shù) ， 壓力容器數(shù)等；根據(jù)回收率等可初步給出壓力容器排列和段 （ 級(jí) ） 數(shù) 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能 （ 8） 總計(jì)算程序－重復(fù)計(jì)算 原則是進(jìn)水壓力滿足回收率 ， 先計(jì)算第一個(gè)元件的性能 ， 其濃水為第二個(gè)元件的進(jìn)水 ，計(jì)算第二個(gè)元件性能 …… ， 將所有滲透水相加 ，與目標(biāo)值比較 ， 據(jù)此調(diào)節(jié)進(jìn)水壓力 ， 直到收斂為所要求的壓力和回收率 ， 同時(shí)滿足各限制范圍要求 。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能 （ 5） 輸入回收率 ， 確立難溶鹽的濃度限制 （ 濃水 pH、LSI、 離子強(qiáng)度 ， HCO CO3 CO 總堿度 ） ，確定調(diào) pH或加防垢劑 。 （ 3） 數(shù)據(jù)計(jì)算和轉(zhuǎn)換 計(jì)算滲透壓 、 離子強(qiáng)度 、 結(jié)構(gòu)鹽的飽和值 ， 比較進(jìn)水陰 、 陽(yáng)離子當(dāng)量平衡 ， 誤差在 10％ 以內(nèi) 。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能 基本設(shè)計(jì)過(guò)程 （ 1）設(shè)定計(jì)量單位 包括壓力 、 流速 、 通量 、 濃度 、 溫度 。 ??nj mjN1 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能 7 基本設(shè)計(jì)內(nèi)容和過(guò)程 給出設(shè)計(jì)限制范圍 這包括不同進(jìn)水時(shí)的 平均水通量 ，水通量 年下降百分率 ，不同膜類型的 鹽透過(guò)率 ， 鹽透過(guò)的年增長(zhǎng)率 ，濃水中 難溶鹽的飽和極限 ，飽和指數(shù)的 限度 ，元件 最大進(jìn)水 和最低濃水 流速 …… 設(shè)計(jì)的具體要求 設(shè)計(jì)目的是給定系統(tǒng)參數(shù)，得到最有效的成本設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)操作。 就特定規(guī)格的元（ 組 ） 件數(shù)以一定的配置方式組裝的裝置而言 ， 其產(chǎn)水量與施加在各段元 （ 組 ） 件的平均有效壓力成正比 。m2m2 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程 分段式工藝流程 分級(jí)式工藝流程 進(jìn) 水高 壓 泵第 一 段第 二 段產(chǎn) 水濃 水進(jìn) 水高 壓 泵 1第 一 級(jí)第 二 級(jí)產(chǎn)水濃 水高 壓 泵 2 裝置的性能 鑒于分段式流程應(yīng)用較為普遍 ， 在此簡(jiǎn)述其裝置的性能 。 因此，無(wú)論是分段式還是分級(jí)式流程的裝置均應(yīng)逐段或逐級(jí)減少并聯(lián)組件數(shù)，即所謂 錐形排列 。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能 pcRrRcc rrf )1()1(1 1????? ?RRcc rrp?????1)1(1)1ln (1ln1RRccrfp????????????另外，組件的脫鹽率與膜常數(shù)和平均有效壓力的關(guān)系： )(/11)()(????????????????PARRPAPAr（ 2） 膜元 （ 組 ） 件的水通量 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能 進(jìn) 水P f , π f ( cf)Pf 1, πf 1（ cr 1）膜πp 1( cp 1) , Jw 1進(jìn) 水 流 道產(chǎn) 水 流 道… … …… … …排 水 ffnfff PPPPP ???? ?21rfnfff ????? ???? ?21產(chǎn) 水 pnpp??? ?? ?21Pf 2, πf 2（ cr 2） Pf n, πf n（ cr n）πp 2( cp 2) , Jw 2πp n( cp n) , Jw nPr, πr（ cr）Pp, πp（ c