环境工程982007年12月第25卷第6期中小型反渗透系统处理高硬度水操作参数的优化3张雅君朱文吴俊奇汪慧贞(北京建筑工程学院环境与能源工程学院,北京100044)摘要中小规模反渗透(RO)系统处理高硬度水时往往采用投加阻垢剂、降低回收率来减少碳酸钙在膜上结垢的风险,该系统操作参数主要是阻垢剂投加量和系统回收率。目前许多反渗透系统是凭借经验或生产厂家的建议来确定这2个参数,缺少科学、快速的求解方法。就这2个参数的确定提出了便捷办法。关键词硬度膜污染阻垢剂阻垢率回收率体积浓缩倍数0引言反映阻垢效果,用阻垢率[122]来描述阻垢效果。为了地下水的硬度一般比地表水要高得多,特别是在使试验具有较大适用性,选择硬度较大的东陶(机器)北方地区。使用反渗透工艺时,水分子透过膜,溶解北京有限公司中水处理站沉淀池出水作为试验水源在水中的大多数离子被截留下来,并和剩余水分子形(水质情况见表1)。阻垢率计算见式(1)。成浓水。随着回收率的提高,浓水中难溶盐物质的过M-Mη=12×100%(1)饱和度达到结晶极限,便会在膜上沉积而造成膜污M0-M2染,因此反渗透系统的回收率不能过高,但过低的回式中η———阻垢率;收率会使产水量降低,造成水资源浪费。阻垢剂可以M1———加阻垢剂、碳酸钠溶液后水样中钙离子使难溶盐的过饱和度升高,阻止难溶盐结垢,提高系浓度;统的回收率。不过阻垢剂投加量与阻垢效果并不成M2———只加碳酸钠溶液后水样中钙离子浓度;线性关系,对不同的水质,投加相同量的阻垢剂,阻垢M0———原水中钙离子浓度。效果也不相同。112试验方法与试验结果阻垢剂投加量过大虽然可以保证阻垢效果,但是高硬度水总硬度为364mgPL(即3164mmolPL由于阻垢剂价格昂贵会造成单位水处理成本上升,,CaCO3),其它项目见表1。取8个500mL水样,根据其再者过量的阻垢剂还会引起脱盐率下降;阻垢剂投加总硬度3164mmolPL,在各水样中加入011molPL碳酸钠量过小,不能起到阻垢效果。因此必须进行阻垢剂投溶液1812mL,然后在各水样中依次投加不同量阻垢加量试验以测定阻垢剂投加量,并在此基础之上确定剂,使其在水中浓度达到2、3、4、5、6、7、8mgPL,25℃系统最佳回收率。下静置5h后,过滤水样,测定滤液中钙离子浓度,按1阻垢剂最佳投加量的确定照公式(1)计算阻垢率。阻垢剂投加量与阻垢率关系111测定原理见图1。从图1可以看出,阻垢剂投加量位于2～阻垢剂主要防止难溶盐离子结晶。高硬度水中5mgPL时,阻垢率呈直线上升趋势,在5～8mgPL时阻钙离子是主要的难溶盐离子,在一定条件下,向水样垢率上升缓慢,特别是7～8mgPL随着阻垢剂投加量中加入一定量的碳酸钠溶液,使水中钙离子充分沉增加,阻垢率上升幅度很小。因此针对该水源,可以淀,通过测定投加阻垢剂前后水中钙离子浓度变化来把该种阻垢剂投加量控制在6～7mgPL。表1试验水源水质2+-CODMnCODCrCa余氯碱度总硬度总磷氨氮总铁[Cl]TDSSS浊度细菌pHP(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)P(mg·L-1)PNTUP(个·mL-1)1.787.71278.800.04112.31364.000.240.660.0532.349642.511007.063北京市教育委员会科技发展计划资助项目(KM200310016061);北京市“学术创新团队”项目(BJE10016200611)环境工程2007年12月第25卷第6期991-R0Rs=1-(7)Kv式中R0———装置的固有回收率;n-Cc[Cl]———第n次循环后浓水氯离子浓度;n-Cf[Cl]———第n次循环后进水氯离子浓度;0-图1阻垢剂投加量与阻垢率关系Cf[Cl]———初始状态进水中氯离子浓度;n2系统最佳回收率的确定V———第n次循环进水箱中料液体积;n-1211测定原理V———第n-1次循环进水箱中料液体积。对于钙离子型膜污染,可以间接测定水中钙离子212试验装置浓度变化来衡量膜是否开始污染,并把膜开始污染时试验装置由进水箱、提升泵、20μm过滤器、活性对应的回收率作为最佳回收率。进水经过反渗透膜炭过滤器、保安过滤器、高压泵、反渗透系统、热交换后,分为浓水和纯水两部分,纯水中钙离子和氯离子器组成(见图2),设计进水量为118tPh。反渗透系统浓度为0,如果钙离子不在膜上结垢,浓水中的钙离膜元件采用美国DOW子公司FI