影响反渗透系统脱盐率的因素分析

李心善

李心善

佛山市南海环境工程有限公司广东佛山528000

摘要：在水处理领域，膜分离技术被逐渐应用，其中反渗透技术应用范围越来越广泛。本文通过采用锰砂过滤器、活性炭过滤器、阻垢剂投加装置等作为预处理系统，利用反渗透技术对某工业废水的预处理出水进一步处理，并就进水流量、温度、pH、含盐量、回收率等因素对反渗透装置脱盐率的影响进行分析研究。

关键词：反渗透；脱盐率；影响

引言

近年来，随着工业、矿业的迅猛发展，工业废水的排放和处理方式越来越受到人们的关注。与传统处理方法相比，膜分离技术具有安装便利、使用费用低、造价少等方面的优势，已得到了广泛应用。而反渗透技术就是60年代发展起来的一项新的膜分离技术，脱盐率是反应反渗透膜性能的重要技术指标之一。本研究利用反渗透技术处理工业废水，探讨多种因素对整个系统脱盐率的影响，可为今后反渗透工艺在类似工程中的应用提供参考。

1.试验装置及条件

1.1试验装置

反渗透中试装置采用2支陶氏FILMTTEC8英寸抗污染反渗透膜（BW30－365/34i－FR）。陶氏FILMTTEC膜元件进水流道较宽，流动均匀，污染物不容易附着，且污染后的清洗效率很高。BW30－365/34i－FR反渗透膜在1.551MPa（225psi）压力下，2000mg/L的NaCL溶液测试中，产水量为36m3/d，回收率为15％，脱盐率达到99.5％。中试工艺流程如图1所示。

图1中试工艺流程

中试装置由原水调节池、曝气装置、一级提升泵、石英砂过滤器、锰砂过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器、加药装置、反渗透装置等组成，见表1。

表1中试装置主要设备

1.2试验条件

中试装置设置浓水回流设施，运行过程中使部分浓水回流至高压泵的前端，以达到调整反渗透进水电导率的目的。试验持续80d，分别考察反渗透膜进水温度、pH、压力、电导率等对脱盐率的影响。

反渗透产水量维持1m3/h不变，反渗透膜的膜通量14.7L/（m2·h）。在研究某项因素对脱盐率的影响时，维持其余项条件不变。例如，在研究温度对脱盐率的影响时，除了温度变化，进水压力、进水pH、进水操作压力等都维持不变。

根据试验的原水水质，经过专业软件分析、计算，原水中添加阻垢剂型号为纳尔科ＯＳm60（t），投加量为2.7mg/L。反渗透装置示意图如图2所示。

1.3原水水质

中试在某大型钢铁企业尾矿库附近进行，利用潜污泵从尾矿库直接抽水作为中试装置的进水，进水浊度低、硬度高、含盐量极高。原水水质见表2。

图2反渗透装置示意图

从图3可以看出，随着进水温度的升高，反渗透出水脱盐率呈现明显的降低趋势：温度在10℃时，反渗透出水的脱盐率高达97.6％；温度在25℃时，反渗透出水的脱盐率约94.5％。

一般来说，随着进水温度的升高反渗透膜的产水率会有一定程度的提高。但是，温度的升高也会使出水脱盐率下降。这主要是由于：随着温度的升高，原水中离子的扩散速度会加快，离子更容易穿透反渗透膜，造成出水中的离子含量升高，脱盐率下降。在实际工程设计中，需要综合考虑温度对反渗透产水量和脱盐率的影响，保证进水温度在20℃左右。进水温度过低，反渗透膜产水率下降；进水温度过高，反渗透的脱盐率也会明显下降。因此，反渗透进水的温度控制非常重要。

2.2进水压力对脱盐率的影响

反渗透的进水压力是维持反渗透装置正常运行的最主要条件之一。试验过程中，保持反渗透装置的产水量为1.0m3/h，并维持其余条件不变，验证进水压力对反渗透脱盐率的影响。

进水压力采用变频泵进行调节，进水压力分别在0.80、0.85、0.90MPa下各运行10d，每天进行相应记录。在进水压力相同的情况下，由于膜的污染、温度的变化等，脱盐率略有不同。进水压力对出水脱盐率的影响如图4所示。

图4进水压力对脱盐率的影响

从图4可以看出，在产水量恒定的条件下，随着反渗透进水压力的减小，装置的脱盐率也有明显的降低。

反渗透出水的脱盐率主要是由反渗透膜本身的化学性质决定的，进水压力并不会影响离子的透过率。但是，随着进水压力的降低，反渗透的脱盐率也有明显的降低。因为随着进水压力的提高，反渗透膜表面的水流速度也随之提高，水流速度的升高降低了反渗透膜的浓差极化，从而使反渗透装置的脱盐率有了明显的提高。

2.3进水pH对脱盐率的影响

根据陶氏膜组件的操作手册，当反渗透膜进水pH控制在2～11时，pH不会对反渗透的产水量产生影响。然而即使在允许pH范围内，pH对脱盐率也有较大的影响，这主要是基于以下2方面原因：1）反渗透膜表面附着大量亲水性聚合物，pH影响亲水性聚合物的电场排列，电场排列的变化会影响到原水中带电离子的迁移；2）原水中有大量的CO2，CO2在水中的形态受pH的影响。较低pH时，水中CO2以气态形式存在，容易穿透反渗透膜，造成脱盐率较低；较高pH时，水中的气态CO2部分转化为CO2－3、HCO－3，不容易透过反渗透膜，会使脱盐率升高。

通过在线pH调节装置调节进水的pH，连续30d监测进水pH对出水脱盐率的影响如图5所示。在pH相同的情况下，由于膜的污染、温度的变化等，脱盐率略有不同。

图5进水pH对脱盐率的影响

从图5可以看出，反渗透装置的进水pH在5.5～8.0，随着pH降低，反渗透膜脱盐率有明显降低。在实际工程中，反渗透膜的进水应尽量维持在中性环境中，使脱盐率尽量维持稳定。

2.4进水电导率对脱盐率的影响

通过在原水中添加反渗透浓水，使反渗透进水的含盐量升高，电导率上升非常明显；但反渗透膜的脱盐率不仅没有降低，反而有一定的上升，见图6。

图6进水电导率对脱盐率的影响

一般情况下，进水含盐量越高，渗透压也越高，在维持反渗透进水压力恒定的情况下，净压力将明显减少，产水量会随之降低。如果维持产水量不变，就需要增加进水流量。反渗透膜的透盐率与反渗透膜两侧的离子浓度差成正比，浓度差越大，透盐率就越高，从而导致反渗透出水的脱盐率下降。但在本试验中，随着反渗透进水含盐量升高，反渗透的脱盐率有一定的上升。低电导率时，反渗透膜的进水流量为8m3/h；高电导率时，反渗透膜的进水流量为9.4m3/h，而反渗透膜通量14.7L/（m2·h）保持不变。中试产水量都维持在1.0m3/h，这样就需要增加进水压力。随着反渗透装置的进水流量和操作压力的增加，反渗透膜表面的水流速度会明显加快，由于水流速度的加快降低了反渗透膜两侧的浓差极化，进而使反渗透膜的脱盐率有所提高。

3.结论

综上所述，在反渗透系统运行中，进水温度、进水压力、含盐量、进水pH、进水电导率等因素对反渗透装置的脱盐率具有一定的影响。在分析反渗透装置脱盐率的过程中，应该综合考虑分析各个影响因素，找出最佳的设计和运行条件，以大大降低系统运行成本，提高其技术经济优势，使其能发挥更大的应用价值，从而为水处理行业发展做出巨大的贡献。

参考文献：

[1]戴巍.两级反渗透处理低浓度含氰废水效能及其影响因素的研究[D].哈尔滨工业大学,2013.

[2]陈夫山,刘丹,宋晓明.反渗透膜的性能研究及在造纸废水处理中的应用[J].造纸装备及材料,2014(1):36-38.

[3]孟凯.反渗透脱盐率下降原因分析[J].自然科学:文摘版,2016(5):00201-00201.