反渗透预处理技术简介

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：为保证反渗透装置的安全、稳定运行，原水进入装置前必须进行处理并符合装置的进水要求。为了满足反渗透装置对进水浊度和SDI的要求，常在预处理系统中设置多层滤料过滤器、细砂过滤器和精密过滤器等深度过滤装置。盐类的这种浓缩是反渗透装置结垢的主要原因。反渗透装置结垢的物质主要是难溶盐。

为保证反渗透装置的安全、稳定运行，原水进入装置前必须进行处理并符合装置的进水要求。这是因为反渗透膜在使用过程中可能发生膜污染、浓差极化、结垢、微生物侵蚀、水解氧化、压密以及高温变质等问题。为了保证反渗透装置长期稳定运行，根据运行经验，对反渗透装置的进水水质作了较为严格的规定。不同的生产厂家使用不同的膜材料和膜元件，因此对进水水质的要求有所差异。

反渗透膜的过滤与前面所述的滤床过滤不同，滤床是全过滤方式，即过滤时原水全部通过滤层，当滤床失效后再用反洗的方法将截留的污物从滤层中除去，因而过滤与清洗两过程异步进行。反渗透膜过滤是错流过滤方式，即将原水中一部分水沿与膜垂直的方向透过膜，此时盐类及各种污染物被膜表面截留下来，并被沿与膜面平行方向流动的剩余的另一部分原水携带出反渗透装置，因此过滤过程与清洗过程同步进行。但这种同步清洗方式并不能完全将膜表面污染物除掉，随着时间的推移，残留的污染物会使膜组件污染加重，而且进水中污染物含量及水的回收率越高，膜污染越快。避免或减少膜组件污染的较好方式之一是设计经济有效的预处理系统，使进水污染物浓度降低到一个较低的水平，以满足反渗透装置的要求。

1.温度调节

任何反渗透膜都有一个合适的使用温度范围，一般为0～40℃。适当地提高水温，有利于降低水的黏度，增加膜的透过速度。通常在膜的允许使用温度范围内，水温每增加1℃，水的透过速度约增加2%；在高于膜的最高允许温度下使用，膜不仅变软后易压密，还会加快醋酸纤维素膜（CA膜）的水解和降低碳酸钙的溶解度促使其结垢。有时为了防止 pagenumber_ebook=177,pagenumber_book=165 （硅酸）析出，也可以提高水温，增加其溶解度。膜材料不同，最高允许使用温度不同。一般，醋酸纤维素膜最高允许使用温度为40℃，芳香聚酰胺膜和复合膜的最高允许使用温度为45℃，有的医用全芳香聚酰胺膜（如NTR-759HG）最高允许温度为90℃。若水温超过最高允许温度时，应采取降温措施，如设置冷却装置。当水的温度太低时，应采取加热措施，如蒸汽加热、电加热等。

2.pH调节

反渗透膜必须在允许的pH范围内使用，否则可能造成膜的永久性破坏。例如醋酸纤维素（CA）在碱性和酸性溶液中都会发生水解，而丧失选择性透过能力。醋酸纤维素膜使用的pH范围比较窄，一般为5～6，聚酰胺（PA）膜使用的pH范围比较宽，一般为3～10，但不同的厂商规定其产品使用的pH.范围存在一些差异。当原水需要加酸降低pH时，常用H2SO4，因为 pagenumber_ebook=177,pagenumber_book=165 不易透过膜，加之H2SO4比较便宜。但是，当水中的Ba2+、Ca2+和Sr2+的浓度较高，经计算可能会生成BaSO2、CaSO4和SrSO4沉淀物时，最好用HCI。加酸量根据碳酸盐的有关平衡计算。生产实际中，为了防止CaCO3的析出，也需要往原水中加酸，降低水的pH。醋酸纤维素膜加酸后pH一般控制在5.5～6.2。一般，天然水的pH为6～8，处于PA膜所要求的范围内，而高于CA所要求的值，故对于PA膜，原水加酸的目的是为了防止碳酸盐垢的生成，而对于CA膜，原水加酸的目的不仅是为了防止碳酸盐垢，而且是为了防止膜的水解。

3.悬浮固体和胶体的去除

控制反渗透装置进水固体颗粒含量的指标之一是浊度，一般卷式组件要求进水浊度小于1NTU，最好达到0.2NTU，中空纤维组件要求进水浊度小于0.3NTU。在设计预处理系统时，应考虑不要让大于5μm的颗粒物质进入高压泵和反渗透装置，以避免高压泵的损害和膜组件的划伤而引起脱盐率下降。

一般卷式膜组件要求SDI＜5，中空纤维素膜组件要求SDI＜3。

为了满足反渗透装置对进水浊度和SDI的要求，常在预处理系统中设置多层滤料过滤器、细砂过滤器和精密过滤器等深度过滤装置。多层滤料过滤器又称多介质过滤器。细砂过滤器常用粒径为0.3～0.5mm石英砂，层高为800～1000mm，滤速约为5m/h，精密过滤器常用滤元孔径为5μm过滤器（俗称5μ过滤器），是预处理系统中的最后一道处理工序，对反渗透装置起保护作用，又称保安过滤器。

4.可溶性硅酸的控制

大多数原水中含1～100mg/L的溶解性硅（常以SiO2形式表示）。原水进入反渗透装置被浓缩之后，SiO2有可能达到过饱和状态，聚合成不溶性胶态硅酸沉积在膜表面。浓水中允许的SiO2含量取决于SiO2的溶解度。SiO2的溶解度随水温递增，在pH=7的条件下，水温25℃和40℃时SiO2的溶解度分别约为120mg/L和160mg/L；pH高的水SiO2溶解度也高；当水中有共存金属氢氧化物时，SiO2更易沉积。为了使SiO2不在反渗透装置中沉积，一般要求浓水中SiO2浓度小于其所在条件下的溶解度。浓水中SiO2的浓度近似等于进水中SiO2浓度与浓缩倍数的积。增加水的回收率，浓缩倍数随之增加，因而浓水中SiO2浓度亦增加。因为在温度和pH一定的条件下，SiO2的溶解度基本为一定值，所以为了保证浓水中SiO2不沉积，允许的水回收率与进水SiO2浓度存在着一定的制约关系。如果进水SiO2浓度超过允许值，则应在预处理系统中考虑防止SiO2沉积的措施，例如提高水温、提高pH、石灰软化原水和降低水的回收率等。

5.碳酸钙垢的控制

反渗透膜过滤时，水中绝大部分盐类保留在浓水中，导致浓水含盐量上升，例如水的回收率为75%时，即进水经反渗透浓缩后其体积减少至原来的25%时，浓水中盐的浓度也大致增加至进水的4倍。盐类的这种浓缩是反渗透装置结垢的主要原因。反渗透装置结垢的物质主要是难溶盐。对于以苦咸水或海水作为水源的反渗透系统，有可能产生结垢的物质一般为CaCO3、CaSO4、BaSO4、CrO4、SiO2和CaF2等。对于特定的水质和系统，这些物质是否结垢，视浓水中它的浓度积是否超过了该条件下的溶度积，如果超过而又没有采取任何防垢措施，则有可能结垢。(https://www.chuimin.cn)

（1）生成CaCO3原因。

膜表面结CaCO3垢的主要原因是：反渗透膜对水中Ca2+和 pagenumber_ebook=178,pagenumber_book=166 几乎不透过；对CO2的透过几乎为100%。因此，当水被浓缩后，在膜的浓水侧pH增大，Ca2+及和浓度增加，而pH的增大又会促使水中电离出，有可能形成CaCO3垢。

（2）防垢方法。

可通过降低回收率和投加酸或阻垢剂的方法防止垢的生成。加入酸：加入的酸与 pagenumber_ebook=178,pagenumber_book=166 作用生成CO2，降低了成垢阴离子的浓度。加入的酸一般选择硫酸或盐酸。因硫酸价廉且反渗透膜对硫酸根离子的去除率比氯离子高，故采用硫酸的较多。但经计算有生成CaSO4、BaSO4、SrSO4可能时，应选择盐酸。加入阻垢剂：阻垢剂通过络合、分散、歪曲晶格等综合作用，阻止微溶盐结晶，削弱附着物的附着力。

6.铁锰沉积物的防止

Fe、Cr和Cu等过渡金属有时会成为氧化反应的催化剂，它们存在时，会加快膜的氧化和衰老，故一般应尽量除去水中这些物质。胶态铁锰（如氢氧化铁和氧化锰）还可引起膜的堵塞。铁的允许浓度随pH和溶解氧量而有所不同，通常为0.1～0.05mg/L。如果配水管使用了易腐蚀的钢管且进水中又有较充足的氧时，那么配水管铁的溶出会影响膜装置运行，这时应考虑管道防腐。

7.微生物的灭活

水中有机物一般是微生物的生长底物，因此含有微生物和有机物的水进入反渗透装置后，由于水的浓缩，膜的浓水表面上的溶解有机物和微生物浓度同时增加，从而微生物繁殖加快，造成膜的生物污染。生物污染会严重影响膜性能，其表现特征主要是运行初期反渗透装置第一段的压差升高，第二段及整个后续段压差慢慢升高，严重时还可导致膜元件变形并发生机械损伤，同时水通量下降。由于生物粘物的黏度和附着力较大，因此若反渗透装置中发生了生物污染，一般很难除去，故在设计反渗透的预处理系统时应高度重视微生物的灭活问题。

对于CA膜，微生物（如细菌）的侵蚀会使醋酸纤维素高分子中的乙酰基破坏，引起膜脱盐率下降，因此要求对进水彻底杀菌。对于复合膜，虽然其不受细菌侵蚀，但细菌黏泥会造成膜元件的污堵。

防止微生物侵蚀的通用方法是对原水进行杀菌处理。常用的杀菌剂为氯化物，如C12，此外还有H2O2、O3和KMnO4等。一般很少用紫外线杀菌，因为它没有残余消毒能力。加氯点尽可能安排在靠前工序中，以便有足够接触时间，使水在进入膜装置之前完成消毒过程。允许进入膜装置的水中余氯量视膜材料有所不同，当膜材料为醋酸纤维素时，要求有0.2～1mg/L的余氯量；当膜材料为复合膜（主要是芳香聚酰胺膜）时，加氯消毒后应除去残余氯，使余氯量为零。消除余氯的方法主要有两种：①还原法：将Na2SO3或NaHSO3投加到原水中，进行脱氯。②吸附法：用活性炭可彻底除去余氯，脱氯会消耗一些活性炭。

8.溶解性有机物的去除

有机物不仅是微生物的饵料，当其浓缩到一定程度后，还可以溶解有机膜材料，使膜性能劣化。水中有机物种类繁多，不同的有机物对反渗透膜的危害也不一样，因而在反渗透预处理系统设计时，很难给出一个定量指标，但如果水中总有机碳（TOC）的含量超过2mg/L时，则应引起足够的重视。

除去溶解性有机物的方法有投加氧化剂如C12、NaClO2、H2O2、O3和KMnO4等氧化有机物，或用活性炭吸附有机物。

反渗透预处理技术简介

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