膜分离是一种新型、高效的流体分离技术，几十年来取得了令人瞩目的飞速发展，已广泛应用于国民经济的各个领域。在各种膜分离技术之中，反渗透（RO）是近年来在国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。它已被广泛应用于电力、钢铁、化工、电子、医药、市政、食品饮料等行业，成为生产脱盐水的核心和首选工艺。
反渗透水源种类多样化或者出于节水等方面考虑，对于曾经被视为废水的反渗透浓水，目前已出现了专门的、特殊的设计。本文将总结归纳常见的两种关于浓水的设计形式及其应用条件，并通过实际案例对两者加以剖析。
反渗透、浓水、循环、增压
1.典型案例
1.1项目介绍
该系统隶属河北某特大型钢铁集团下属公司焦化厂，深度处理焦化废水实现回用。
（1）主要工艺：生化后废水→芬顿→气浮→混凝沉淀→连续砂过滤器→多介质过滤器→活性炭过滤器→UF→RO。
芬顿部分加双氧水和硫酸亚铁，气浮和混凝沉淀部分加PAC和PAM，膜部分加阻垢剂和还原剂；另加硫酸和液碱为化学反应提供必要的pH。
（2）RO进水水质：电导率约μS/cm，pH=7，CODcr=60~80mg/L，氰2~4mg/L，铁0.04~0.1mg/L，总碱度70~90mg/L（以CaCO3计），总硬度60~mg/L（以CaCO3计）。
（3）RO配置：设计产水量6×34m3/h，回收率75%；两段式8:5排列，6芯，膜型号BW30FR-/34。
1.2运行情况
投产运行一年，RO产水量和产水品质都不理想。
主要存在如下问题：
（1）RO一段污染严重，十天内压差就会增加1~1.5bar，每月至少两次化学清洗。不仅消耗大量化学品和增大了人力强度，而且无法及时处理上游排放的废水、环保压力巨大。
（2）RO产水电导率在~μS/cm，无法稳定满足下游用水点对水质的要求。
因国产阻垢剂供货商不能提供有效的技术支持，问题迟迟得不到解决并日趋严重。业主方通过兄弟单位介绍找到PWT寻求帮助。
1.3问题分析
（1）水质特点及分析
●从水质数据来看，本项目为非结垢型水质。
●CODcr大大超出RO进水要求，但预处理效果已接近极限，无法再近一步降低CODcr，有机物污染较严重。
●检测SDI有时会超过3.5，PAC和硫酸亚铁分别带入铝和铁胶体等污染。
●保安过滤器滤芯有腥臭味（每月更换2~3次），微生物污染较严重。
（2）装置设计问题及分析
如下图所示：RO机架上方三排膜为一段、下方两排膜为二段，右侧的两根管道是一段进水和二段浓水出，左侧的一根管道是一段浓水出+二段浓水进。
●设计不当：二段浓水循环，即部分二段浓水出→循环泵→二段浓水进，二段的高盐浓水与一段的浓水直接混合，二段进水中始终有一定的浓水（会残留污染物）在循环。
●安装错误（管道连接方式）：左侧的一根管道内，有两路流向相对的水流在相互抵冲-一段浓水出向下、循环泵出向上。
一段不可避免的受到污染、压差增大，二段进水（一段浓水）的压力相应变小同时水量也在改变。在较长的运行周期内，二段进水压力和循环泵出水压力不断地变化。于是，二段两排膜的进水中，一段浓水和循环泵出水的比例常常变化，则二段的进水水质也是不断的变化，没有一个相对固定的运行条件。表现是：一段膜元件污染加快。二段两排膜产水电导率时而接近，时而相差很大。通过系统现有常规配置的表计，无法掌握该比例，进而调整。
●导致后果：RO一段因产水负荷高、污染快，压差和产水量在短时间内快速恶化。二段因渗透压太大，产水量小、产水电导率高。
1.4解决方案
（1）方案：将RO二段浓水循环改为浓水增压。改造管道，将一段浓水全部收集进入循环泵（作增压泵用），升压3bar后再整体进入二段。其它：
●更换阻垢剂为PWTSpectraGuardSC，加药量3mg/L(比之前减半)，降低了运行成本。
●于保安过滤器前连续投加非氧化性杀菌剂PWTBioGuardISO，加药量10mg/L，控制反渗透系统的微生物滋生。
●配合彻底清洗RO，优化PAC和PAM加药量，降低还原剂加药量等。
（2）效果：RO二段产水增多，一段负荷减轻。回收率在70%时，一段压差增加趋缓，清洗周期延长至两个月。因二段产水水质的大幅改善，RO总产水电导率降至μS/cm以内。保安过滤器滤芯使用寿命增至一个月以上
2.总结
2.1浓水循环
基本形式：两段式RO，部分浓水从二段排出后，再进入高压泵前。
（1）应用场景A-食品饮料行业RO：水源是水质较好的地下水或者自来水
●情况①：进原水m3/h，产水70m3/h，浓水排放30m3/h，浓水循环0
●情况②：进原水90m3/h，产水70m3/h，浓水排放20m3/h，浓水循环10m3/h
●情况③：进原水m3/h，产水70m3/h，浓水排放30m3/h，浓水循环10m3/h
对比情况①，系统回收率由70%提高至78%，浓水排放减少。
当原水含盐量高时，对比情况①会出现：RO产水电导率升高即水质变差，产水量也会因渗透压的增加而降低，需要调节高压泵出力才能恒定产水量、但电耗增加。如无法调节高压泵出力，则意味着RO单位时间内制水能力下降。
（2）应用场景B-小试、中试RO：用一段式几支膜模拟两段式大系统
举例：水源是UF处理后中水，使用一支BW30FR-膜元件
●情况①：进原水0.6m3/h，产水0.45m3/h，浓水循环0，系统回收率75%，膜元件回收率75%
单支膜元件回收率超出设计限值（14%）数倍，浓水流量远低于设计限值（4.1m3/h），实验条件不成立。
●情况②：进原水0.6m3/h，产水0.45m3/h，浓水循环4m3/h，系统回收率75%，膜元件回收率10%
单支膜元件回收率和浓水流量都低于设计限值，实验条件成立。
（3）特殊应用场景-水源是极高污染负荷的垃圾渗滤液、沼液等
此类系统，预处理简单且效果有限，需要膜本身（DTRO和STRO、管式UF等）具有较强的抗污染和自净能力。这与以上两个应用场景不同。通常，额外设置循环泵、增加大量的浓水（一般已超出进原水量）进入膜并维持稳定流量，增加膜表面的流速和剪切力，防止有机物、微生物、胶体、悬浮物、垢等在膜表面沉积。对于DTRO和STRO，可以一段浓水和二段浓水分别在段内循环，也可以二段浓水循环至进水，形式灵活多样。
（4）说明
●对于应用场景A，先对比情况①和情况②的RO运行数据、产水能力和品质，以及水电消耗等，再选择整体更优的模式。
●原水易结垢系统，慎用浓水循环。浓水中的盐已接近饱和，循环进一步增加RO结垢风险，对阻垢剂的阻垢性能要求也更高。
●中水、废水系统，慎用浓水循环。大量未黏附在膜表面、未被阻挡在进水格网的有机物、微生物、胶体等都富集在浓水里，再次进入RO会造成二次污染。浓水流量只要满足设计要求（最小浓水流量）即可，不需要额外地增加。
2.2段间增压
基本形式：两段式RO，一段浓水通过增压泵增压2~4bar，再进入二段。
如此，克服了经一段浓缩而大幅增加的渗透压，提高了二段产水量。在设计回收率下，两段产水负荷更平衡，避免一段产水负荷太高（膜元件回收率过高、易浓差极化）而二段产水负荷太低（产水量小、产水电导率高）的情况。
同时具备以下条件，应考虑设置二段增压泵
（1）水源是中水、废水
●夏季水温近30℃或者水温四季都很高。对比25℃标准状态，RO一段产水量更大、污染更快，二段产水量更小、相对稳定。用二段增压来改变产水负荷的分配，充分发挥二段膜元件的有效性，同时降低一段膜元件污染的机会。
●通常，RO一段污染较严重、一段压差大，相应二段进水压力低。用二段增压来弥补压力损失，使污染较轻微的二段能够正常产水。
（2）原水含盐量高：一般RO进水电导率达0μS/cm，就有必要在设计阶段考虑二段增压，最终通过模拟计算来确定增压的必要性和幅度。
（3）单套产水量较高的大中型RO系统。
美国PWT中国代表处
长按
转载请注明：http://www.0431gb208.com/sjslczl/599.html
