反滲透納濾基礎(chǔ)知識

1、反滲透納濾基礎(chǔ)知識水處理設(shè)備及知識2010-02-01 12:26:50閱讀75評論0 字號：大中小訂閱 膜分離：物質(zhì)世界是由原子、分子和細胞等微觀單元構(gòu)成的，然而這些很小的物質(zhì)單元總是雜居共生，熱力學(xué)第二 定律揭示了微觀粒子都會傾向于無序的混合狀態(tài)。膜分理技術(shù)得基礎(chǔ)是分離膜。分離莫是具有選擇性透過 性的薄膜，某些分子（或微粒）可以透過薄膜，而其他的則被阻隔。這種分離總是依賴于不同的分子（或 微粒）之間的某種區(qū)別，最簡單的區(qū)別就是尺寸大小，三維空間之中，什么都有大上巨細而膜有孔徑。全量過濾：全量過濾也稱為直流過濾、死端過濾、與常規(guī)的濾布過濾相似，被處理物料進入模組件，等量透過液流 出模組件，截

2、流物留在模組件內(nèi)。為了保證膜性能的可恢復(fù)性，必須及時從模組件內(nèi)卸載截留物，因此需 要定時反沖洗（過濾的反過程）等措施來去除膜面沉積物、恢復(fù)膜通量。模組件污染后不能拆開清洗，通 常使用在線清洗方式（CIP）超濾/微濾水處理過程一般采用全量過濾模式。錯流過濾被處理料液以議定的速度流過膜面，透過液以垂直方向透過膜，同時大部分截留物被濃縮液夾帶出模組 件。錯流過濾模式減小了膜面濃度極化層的厚度，可以有效降低膜污染，反滲透、納濾均采用錯流過濾方 式。膜系統(tǒng)：膜系統(tǒng)是指膜分離裝置單元。壓力驅(qū)動膜系統(tǒng)主要由預(yù)處理系統(tǒng)、升壓泵、模組件（壓力容器和膜元件）、 管道閥門和控制系統(tǒng)構(gòu)成。膜污染：各種原水中均含有一定

3、濃度的懸浮物和溶解性物質(zhì)。懸浮物主要由無機顆粒物、膠體和微生物、藻類等 生物性顆粒。溶解性物質(zhì)主要是易溶鹽（如氯化物）和難溶鹽（如碳酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽）。再反滲透 過程中，進水的體積在減少，懸浮物和溶解性物質(zhì)的濃度在增加。懸浮顆粒會沉積在膜上，堵塞進水流道、 增加摩擦阻力（壓力降）。難溶鹽會從濃水中沉淀出來，在磨面上形成結(jié)垢，降低RO膜的通量。這種在 膜面上形成沉積層的現(xiàn)象叫膜污染，膜污染是膜系統(tǒng)性能的劣化。反滲透/納濾基本原理：半透膜：是具有選擇性透過性能的薄膜。當液體或氣體透過半透膜時，一些組分透過，而另外一些組分被截留。 實際上半透膜對任何組分都有透過性，只是透過的速率相差很大。在反滲

4、透過程中，溶劑（水）的透過速 率遠遠大于溶解在水中的溶質(zhì)（鹽分）。通過半透膜實現(xiàn)了溶劑和溶質(zhì)的分離，得到純水以及濃縮的鹽溶 液。滲透：是當流體在跨越半透膜屏障時的一種自然過程。如果將一箱純水用一張半透膜垂直分為兩部分，純水于 理想的半透膜的兩面以相同的溫度和壓力接觸，在這樣的條件下沒有跨越半透膜的水的流動產(chǎn)生，因為在 膜兩側(cè)的化學(xué)勢完全相等。如果在其中一側(cè)加入溶解性鹽，鹽溶液一邊的化學(xué)勢降低了。純水便會向鹽溶 液一側(cè)滲透，從而產(chǎn)生一個滲透流，直到化學(xué)勢的平衡重新建立為止。滲透壓：按照科學(xué)術(shù)語在半透膜的兩側(cè)存在一個化學(xué)勢（離子或溶解分子的濃度差）的差值，通過溶液的滲透過 程對化學(xué)勢差進行補償。當

5、平衡重新建立時，在半透膜的兩側(cè)形成一個水位差即靜壓差，這個壓力差便是 滲透壓。滲透壓是溶液本生的性質(zhì)，取決于溶液濃度，于半透膜沒有關(guān)系。滲透壓與溶質(zhì)濃度之間的關(guān)系為：Posm = 1.19 （T + 273） * Z（mi） （1）其中Posm =滲透壓（psi），T為溫度（C） , Z（mi）是溶液中所有溶質(zhì)的總摩爾濃度。TDS為1000ppm的水 溶液的近似滲透壓約為11 psi (0.76 bar)o反滲透在圖一6a的箱子中，水通過滲透作用流向鹽溶液一側(cè)，直到達到新的平衡建立。在鹽溶液一邊施加一個額 外的壓力與滲透壓相等，原有的平衡會受到影響(圖一6b)。外加壓力將會使鹽溶液一邊的化學(xué)勢

6、增加， 使溶劑流向純水一邊。這種現(xiàn)象便是反滲透。反滲透過程的驅(qū)動力是外加壓力，反滲透分離所需能量與溶 液的難度直接相關(guān)。因此，從鹽溶液中生產(chǎn)同樣體積的水，鹽的濃度越高，所需能耗也越高。圖-6反滲透原理對于反滲透過程分離水和鹽的機理還沒有一個公認的統(tǒng)一解釋。目前一般推薦兩種傳遞模型：毛細孔流模 型和溶解擴散模型。水通過膜有兩種方式，一種是通過膜上存在的孔，另外一種是通過膜中的分子節(jié)點之 間的擴散。根據(jù)理論，膜的化學(xué)性質(zhì)是，在固液界面上水優(yōu)先吸附并通過，鹽被截留。水與膜表面之間有 弱的化學(xué)結(jié)合力，使得水能夠在膜的結(jié)構(gòu)中分散。膜的物理和化學(xué)性質(zhì)決定了在傳遞過程中水比鹽的優(yōu)先 地位。水的傳遞水通過半透

7、膜的速率由方程(2)確定。Qw = ( AP - APosm) x Kw x S/d (2)其中Qw為蘇水透過膜的速率，AP為膜兩側(cè)壓力差，APosm為膜兩側(cè)的滲透壓差，Kw為膜的純水滲透系數(shù)，S 為膜面積。(2)式通常被簡化為：Qw = A x (NDP) (3)其中A為膜常數(shù)，NDP為跨過膜的水傳質(zhì)凈驅(qū)動壓力或凈驅(qū)動力。鹽的傳遞透過膜的鹽流量定義為：Qs = AC x Ks x S/d (4)其中Qs為膜的透鹽量，Ks為膜的鹽滲透系數(shù)，AC為膜兩側(cè)鹽濃度差，S為膜面積，d為膜厚度。該方程可 簡化為：Qs = Bx(AC) (5)其中B代表膜常數(shù)，AC為鹽傳質(zhì)驅(qū)動力。從方程(4)和(5)可以

8、看出。對于一個巳知的膜來說：膜的水通量與總驅(qū)動壓力差成比例；膜的透鹽量與膜兩側(cè)的濃度差成比例，與操作壓力無關(guān)。透過液的鹽濃度Cp，取決于透過反滲透膜的鹽量和水量的比：Cp = Qs/Qw (6)膜對水和鹽的傳質(zhì)系數(shù)不同，所以才有脫鹽率。沒有什么理想的膜具有對鹽完全的脫除性能，實際上是傳 質(zhì)速率的差別早就了脫鹽率。方程(2)、(4 )和(5)給出了設(shè)計反滲透系統(tǒng)必須考慮的一些主要因素。 比如操作壓力的增加會提高水通量，但對鹽的透過沒有影響，所以透過液的鹽度會更低。透鹽率原水中溶解性雜質(zhì)透過膜的百分率，計算公式為：SP = 100% x (Cp/Cfm) (7)其中SP為透鹽率(%)，Cp為透過液

9、鹽濃度，Cfm為料液的平均鹽濃度。水通量和透鹽率的基本關(guān)系式是反滲透的基本原理?？梢钥闯?，透鹽率隨操作壓力增加而降低，其原因是 水通量隨壓力增加，但鹽的透過速率在壓力變化情況下保持不變。脫鹽率通過反滲透膜從原水中脫除總可溶性雜質(zhì)濃度或特定溶質(zhì)濃度的百分率。計算公式為：SR = 100% - SP （8）其中SR為脫鹽率（%）, SP為透鹽率（見7式）。產(chǎn)水-透過液反滲透、納濾膜的透過液為凈化水，因此也稱為系統(tǒng)產(chǎn)水。濃水-濃縮液未透過膜的溶液，原水中的溶質(zhì)在其中被濃縮。在水處理反滲透系統(tǒng)中濃水作為廢水排出?；厥章剩ㄞD(zhuǎn)化率）料液轉(zhuǎn)化為透過液的百分率?；厥章适欠礉B透系統(tǒng)設(shè)計和運行的重要參數(shù)，計算公式

10、為：R = 100%x（Qp/Qf） （9）其中R為回收率（%）, Qp為產(chǎn)水流量，Qf為原水流量?；厥章视绊懲耕}量和產(chǎn)水量?；厥章试黾訒r料 液側(cè)中的鹽濃度也會增加，致使透鹽量增加、滲透壓上升以及NDP降低，產(chǎn)水量降低。濃差極化比（b系數(shù)）膜透過水并截留鹽時，在膜表面附近會形成一個邊界層，邊界層中的鹽濃度比本體溶液濃度高，這種鹽濃 度在膜面附近的增加叫做濃差極化。濃差極化會使實際的產(chǎn)水通量和脫鹽率低于理論估算值。濃差極化效 應(yīng)如下：膜面上的滲透壓比本體溶液中高，從而降低NDP （凈驅(qū)動壓力）；降低水通量（Qw）；增加透鹽量（Qs）；增加難溶鹽在膜面上超過其溶度積形成沉淀結(jié)垢的可能性。濃差極化因

11、子（CPF）被定義為膜面濃度（Cs）與本體濃度（Cb）的比：CPF = Cs/Cb （10）水通量的增加會增加離子向膜面的輸送量，從而增加Cs。料液流速的增加加劇了紊流效果，減少了膜面高 濃度層的厚度。因此CPF與透過通量（Qp）成正比，與平均料液流量（Qfavg）成反比：CPF = Kpxexp （Qp/ Qfavg） （11）其中Kp是取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的比例常數(shù)。料液平均流量采用料液和濃縮液的算術(shù)平均數(shù)，CPF可以表達為膜 元件透過液回收率（r）的函數(shù)：CPF = Kpxexp 2R/（2-R） （12）海德能推薦的濃差極化因子極限值為1.20，對于40英寸長的膜元件來說，相當于18%的回收

12、率。納濾膜及其主要應(yīng)用理想的反滲透膜只對水有透過性能，任何溶質(zhì)都會被阻留。納濾膜早期稱為松散反滲透（Loose RO）膜，納濾 膜可以讓部分溶質(zhì)透過，根據(jù)膜和溶質(zhì)的種類不同，溶質(zhì)的透過率也不同。納濾膜的一個很大特征是膜本體帶有電荷性。這是它在很低壓力下仍具有較高脫鹽性能和截留分子量為數(shù) 百的膜也可脫除無機鹽的重要原因。納濾主要應(yīng)用于以下幾個介面：軟化水處理對苦咸水進行軟化、脫鹽是納濾膜應(yīng)用的最大市場。飲用水中有害物質(zhì)的脫除。傳統(tǒng)的飲用水處理主要通過絮凝、沉降、砂濾和加氯消毒來去除水中的懸濁物和細菌，而對各種溶解性化 學(xué)物質(zhì)的脫除作用很低。納濾膜可用于脫除河水及地下水中含有的三鹵甲烷中間體THM

13、 （加氯消毒時的副 產(chǎn)物為致癌物質(zhì)）、低分子有機物、農(nóng)藥、異味物質(zhì)、硝酸鹽、硫酸鹽、氟、硼、碑等有害物質(zhì)。（3）中水、廢水處理。食品、飲料、制藥行業(yè)。各種蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、奶類、酒類、醬油、調(diào)味品等的濃縮、精制?；すに囘^程水溶液的濃縮、分離。3 膜性能的影響因素反滲透以及納濾過程的主要指標是產(chǎn)水通量和脫鹽率。對于一定的膜元件，產(chǎn)水量和脫鹽率受到給水水質(zhì) 條件和系統(tǒng)運行參數(shù)的影響，最基本的給水水質(zhì)因素有含鹽量(濃度)、溫度和pH值等，運行參數(shù)有壓 力、給水流量和回收率等。下面就關(guān)于對產(chǎn)水量和脫鹽率產(chǎn)生影響的各操作因子做一般論述。給水濃度濃度對產(chǎn)水量和截留率的影響如圖-7所示。一定壓力下當

14、供給的原水濃度增高時，產(chǎn)水量就會減少。這是 因為供給水的滲透壓變高，有效壓力降低的緣故。脫鹽率受濃度影響非常大。通常濃度提高，產(chǎn)水量就會 降低的同時，脫鹽率也會降低。但是當非常低的濃度下，起初濃度增加，脫鹽率率也會稍許增加。隨后， 隨著濃度的不斷增加脫鹽率就變的低下。圖-7原水濃度對透水量及脫鹽率的影響膜元件CPA3-8040原水濃度氯化鈉1500mg/L操作壓力1.55MPa溫度25C溫度的影響溫度對脫鹽率和產(chǎn)水量的影響如圖-8所示。溫度變高，水的粘度降低，水的擴散性增加，產(chǎn)水量也隨著溫 度上升而增加。在同一壓力下，溫度上升一攝氏度，產(chǎn)水量可增大34%。另一方面對于不同類型的膜， 溫度對于脫

15、鹽率率的影響的差別較大。一般來講溫度增高脫鹽率降低。這是因為溫度上升，鹽的擴散速度 就會增大的原因。pH依存性進水pH值對膜分離性能有較大影響，但對于不同的膜材質(zhì)和原水水質(zhì)有一定差別。采用氯化鈉測試溶液， CPA3膜的pH依存性如圖-9所示。聚酰胺系列的反滲透膜是擁有氨基(一NH2)和羧基(一COOH)的兩性 電荷膜。在低pH值時，膜面電位比等電點(膜電位圖-8給水溫度對透水量及脫鹽率的影響膜元件CPA3-8040操作壓力1.55MPa回收率15%圖-9 pH對透水量及脫鹽率的影響CPA3-8040原水濃度1500mg/L操作壓力1.55MPa回收率15% 溫度25C圖-10操作壓力對透水量及

16、脫鹽率的影響膜元件CPA3-8040原水濃度氯化鈉1500ppm 回收率15%圖-11濃水流量對透水量及脫鹽率的影響CPA3-8040原水濃度1500mg/L操作壓力1.55MPa溫度25C=0)要高，氨基吸收質(zhì)子(-NH2+ H+ = -NH3+)，膜表面現(xiàn)正電性；在高pH值時，膜面電位比等電點要低, 羧基失去質(zhì)子(COOH=COO-+ H+)表現(xiàn)為陰性。因為通常聚酰胺系列反滲透膜的等電點在酸性范圍，因 此在中性(pH=7)附近，聚酰胺膜表現(xiàn)負電荷性。原水的濃度稀薄的時候，表現(xiàn)負電荷性的膜相對于(Cl-) 陰離子比較，陽離子(Na + )的脫除率就相對降低。在高濃度，兩種離子的脫除率基本相近

17、。對于天然水RO/NF 系統(tǒng)，pH降低會使產(chǎn)水電導(dǎo)率升高。這是由于天然水一般都含有碳酸氫根(HCO3-),而碳酸氫根與氫離子、 二氧化碳和碳酸根的平衡關(guān)系受到pH值的影響。在pH降低時二氧化碳含量增加，膜對二氧化碳沒有分離 效果(進、產(chǎn)水中二氧化碳濃度相等)，透過膜的二氧化碳會建立新的平衡，增加產(chǎn)水電導(dǎo)率。操作壓力產(chǎn)水量的增加與壓力成正比。由于鹽透過速率受壓力影響較小，隨著產(chǎn)水量增加脫鹽率會隨著操作壓力的 增加而上升，大致為一定值。操作壓力對于脫鹽率和產(chǎn)水量的影響如圖-10所示。流量的影響濃水流量對產(chǎn)水量和脫鹽率的影響如圖-11所示。在壓力一定的條件下，進水流量降低時脫鹽率和產(chǎn)水量都 會下降。

18、這里有兩方面的原因。一方面壓力不變而進水流量降低會增加系統(tǒng)的濃縮倍率，提高了下游的給 水濃度，滲透壓會相應(yīng)提高，從而降低了凈推動壓力。同時由于降低了產(chǎn)水量，鹽濃度增加導(dǎo)致鹽透過增 加，降低了脫鹽率。另一方面，降低進水流量等于膜表面線速度的降低，增加了膜表面邊界層厚度和邊界 層濃度，同樣提高了滲透壓和透鹽速率?；厥章驶厥章蕦Ξa(chǎn)水量和脫鹽率的影響見圖-12所示。在壓力一定情況下，回收率提高，膜面的濃差極化比也提高， 有效壓力則減小，最終產(chǎn)水量減小。同時脫鹽率也降低。和上面提到的流量的影響相同。膜系統(tǒng)回收率的 限制來自于兩個方面，一個是存在滲透壓的影響，另外一個同原水水質(zhì)也密切相關(guān)?；厥章试龈邥r，溶

19、解 于溶液中的鹽呈過飽和狀態(tài)，會有鹽及其它溶質(zhì)析出在膜面沉淀、結(jié)垢的可能，會對膜性能帶來很大的危 害。圖-12回收率對透水量及脫鹽率的影響CPA3-8040原水濃度氯化鈉1500mg/L操作壓力1.55MPa溫度25C溫度溫度是一個十分關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)。給水泵壓力、各段產(chǎn)水量平衡、淡水水質(zhì)及難溶鹽的溶解度等各個設(shè)計 參數(shù)均與溫度密切相關(guān)。作為一種粗略算法：給水溫度每降低10華氏度，給水泵壓力則需增加15%。各段 產(chǎn)水量也受到溫度的影響。水溫增加時，位于RO系統(tǒng)前端的膜元件產(chǎn)水量增加，而后端的膜元件產(chǎn)水量 下降。而水溫較低時，各段產(chǎn)水量較為均衡。水溫較高時，離子透過膜體的動能增加，因而系統(tǒng)透鹽率增

20、 加。水溫增高時，碳酸鈣的溶解度下降。水溫降低時，硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶及二氧化硅的溶解度下降。pH值給水的pH值定義了它的酸堿性。pH值為7時是中性；為0 7時呈酸性；為7-14時呈堿性。在分析化學(xué) 中，pH值是氫離子濃度負對數(shù)。在水化學(xué)中，pH值用于定義二氧化碳、碳酸氫根、碳酸根、氫氧根離子 的堿度平衡是十分重要的。濃水的pH值一般較給水pH值偏高，這是由于碳酸氫根、碳酸根離子濃度高于 二氧化碳濃度【Rodesign】軟件允許用戶用鹽酸與硫酸調(diào)整給水的pH值，用酸降低給水pH值將LSI （朗 格里爾）指數(shù)下降，且降低碳酸鈣沉淀的可能。給水與濃水的pH值也影響著硅、鋁、有機物與油脂的溶 解度

21、與污染程度。給水pH值的變化還影響了離子的脫除率，pH值下降時氟、硼與硅的脫除率隨之下降。 電導(dǎo)率電導(dǎo)率是表示水中溶解離子導(dǎo)電能力的指標。沒有離子的理想純水，不會產(chǎn)生電流。電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀測 量，其單位為微西門子/厘米（3/cm）。電導(dǎo)率也是測量水中離子濃度的簡便方法，但不能精確反映離子種類。 離子構(gòu)成不同，電導(dǎo)值也不同；但電導(dǎo)的數(shù)值隨離子濃度增加而增加oTDS （溶解固體總量）儀是利用變換 因子將電導(dǎo)率值轉(zhuǎn)換為TDS值。在水質(zhì)分析中，可用不同離子對應(yīng)的不同轉(zhuǎn)換系數(shù)或溶解固體總量（TDS） 對應(yīng)的單一轉(zhuǎn)換系數(shù)，估算電導(dǎo)率的數(shù)值?？捎枚趸嫉膒pm濃度的平方根乘以0.6求得其電導(dǎo)率；硅 離子對

22、電導(dǎo)率變化不產(chǎn)生影響。RO高純水最精確的電導(dǎo)率數(shù)值是在線測量的。否則，高純水暴露于空氣之 中，將改變其二氧化碳含量。TDS （溶解固體總量）在水處理工藝中，TDS是濾除懸浮物與膠體并蒸發(fā)掉全部水分后的剩余無機物TDS以ppm或mg/l為單位， 在【IMSdesign】軟件中TDS是全部正負離子與二氧化硅的合計?！綢MSdesign】軟件中給水與淡水的TDS 可以通過各自電導(dǎo)率折算出來。也可以在現(xiàn)場用TDS儀測量TDS，TDS儀測量水的電導(dǎo)率并乘以轉(zhuǎn)換因子 即得出巳知參考溶液（如氯化鈉、氯化鉀）的TDS值。值得注意的是：通過電導(dǎo)率數(shù)值間接測出的各類離 子混合而成水溶液的TDS值，與通過總加各類離

23、子濃度得出的TDS值并不相同。一個粗略算法是：對于氯 化鈉參考溶液，每1 ppm的TDS值對應(yīng)2ms/cm的電導(dǎo)率。堿度堿度主要是指二氧化碳、碳酸氫鹽、碳酸鹽與氫氧化物。在自然界中土地是堿性體，在中和酸雨過程中其 pH值變化不大。二氧化碳與碳酸氫鹽溶液的pH值為4.4至8.2； pH值為4.4或更低時，堿度以二氧化碳形 式存在；pH值8.2時，不存在二氧化碳，全部堿度均為碳酸氫鹽。在pH值為8.2至9.6時碳酸氫鹽與碳酸 鹽溶液相互平衡。pH值為9.6時，不存在二氧化碳與碳酸氫鹽，全部堿度為碳酸鹽。當pH值在9.6以上時， 由于氫氧根離子的存在，出現(xiàn)了氫氧基堿度。大部分自然界中水源的pH值為6

24、.0至8.4,所以氫氧化物的 出現(xiàn)是人為的。堿度（特別對于鍋爐水化學(xué)）可表示為M堿度與P堿度。M堿度是指以碳酸鈣計的ppm 值表示的水的總堿度（用甲基橙作指示劑，酸滴定終點為pH=4.2）。P堿度測量碳酸氫鹽、碳酸鹽及氫氧 化物的量（用酚酞作指示劑，酸滴定終點為pH=8.2）。濁度濁度是對水中不易沉淀的微小膠體懸浮物的檢測指標。用濁度儀測量濁度就是測量溶液的相對透光度，并 以NTU為單位。RO膜元件運行限值中經(jīng)常規(guī)定：給水的最大濁度為1.0 NTU。色度色度是非精確測試參數(shù)，依據(jù)不同有機物引起色度的大小，可以用色度表示水中有機化合物含量的大小， 并使用以白金為標準的APHA單位。SDI（污染指

25、數(shù)）SDI是針對膜系統(tǒng)而檢測給水中懸浮物與膠體粒子淤塞0.45微米孔徑濾紙的速度的試驗數(shù)據(jù)。該試驗的主 要數(shù)據(jù)是保持30 PSI給水壓力狀態(tài)下在5、10、15分鐘內(nèi)過濾的水量。典型RO元件的使用條件規(guī)定了給 水的15分鐘的最高SDI值為4.0。如果因為淤塞而使SDI試驗只進行了 5或10分鐘，說明給水對RO系統(tǒng) 的污染將是十分嚴重的。略加處理或全無預(yù)處理情況下，深井水的SDI值等于或低于3,濁度小于1。對地 表水而言，欲達到SDI與濁度的要求，必須采用預(yù)處理工藝以去除懸浮物與膠體顆粒。COD（化學(xué)耗氧量）COD是以氧的ppm值為單位的非精確測試參數(shù)，用以測定生物可降解與生物不可降解有機物的含量

26、，即計 量重銘酸鉀溶液氧化有機物的能力。BOD （生物耗氧量）BOD是以氧的ppm值為單位的非精確測試參數(shù)，用以測定生物可降解有機物的含量。BOD測量的是20C 下5天培養(yǎng)期內(nèi)分解全部有機物質(zhì)時所消耗的氧量。TOC （總有機碳）TOC是總有機碳（Total Organic Carbon）或總可氧化碳（Total Oxidizable Carbon）的英文縮寫，是一個非精 確測試參數(shù)。它以碳的ppm值為單位檢測與有機物結(jié)合的碳的總量。由于TOC僅反映有機物中碳的數(shù)量， 地表水中有機物的實際重量是該值的3倍。有機物是不包括二氧化碳、碳酸氫鹽與碳酸鹽在內(nèi)的含碳的化 合物。在水處理范疇內(nèi)有機物可分為人

27、造的與自然存在的兩類。自然存在的典型有機物包括帶負電荷的膠 體、懸浮物、鞣酸、木質(zhì)素、腐爛植物生成的水溶性腐殖酸混合物、腐爛植物生成的棕黃酸等。自然存在 的有機物可以污染RO膜，特別是對帶負電荷的聚酰胺復(fù)合膜。電中性的RO膜即電中性聚酰胺復(fù)合膜與醋 酸纖維膜具有較強的抗有機物污染能力。ro系統(tǒng)可以有效的去除有機物，分子量大于200的有機物可去除 99%以上，小于200的依分子量、形狀、帶電的不同，其去除率也不同。自然水源在RO系統(tǒng)中產(chǎn)生有機物 污染的警戒水平：TOC為3 ppm、BOD為5 ppm、COD為8 ppm。陽離子與陰離子陽離子是正價離子，可吸收電子；陰離子是負價離子，有剩余電子；正

28、負離子可以相互作用。他們對電子 的共享形成電中性。例如，鈣是二價陽離子可以結(jié)合兩個單價氯離子形成電中性的氯化鈣。不論計量單位 是ppm、碳酸鈣或meg/l，水中的正負離子濃度均相等。極性弱的陰離子硅雖計入TDS，但不參與陰陽離子 平衡。離子強度給水中TDS增加時難溶鹽的溶解度隨之增加。為在計算硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶或SDSI的溶解度時計及上 述現(xiàn)象的影響，需要計算水中的離子強度：單價離子的強度是其以碳酸鈣計ppm濃度乘以1x10-5,二價離 子的強度是其以碳酸鈣計ppm濃度乘以2x10-5,依此計算各價離子的強度。總加各類離子的強度即為水的 總離子強度。鈉離子（Na）鈉是單價陽離子，鈉鹽的溶解

29、度很高，不會在RO系統(tǒng)中造成結(jié)垢。海水中鈉是主要的陽離子。作為陽離 子的鈉，在RO給水分析中自動與其它陰離子相平衡。飲食中鈉的攝取濃度范圍是從低鈉的2000 mg/L到平 均的3500 mg/L。美國EPA巳設(shè)立了飲用水水質(zhì)標準（DWEL），規(guī)定飲用水中鈉為20mg/L。每天飲用2升 100 mg/L鈉含量的飲用水只有200 mg鈉。每加侖10打蘭（171.2 mg/l）硬度的相對硬水經(jīng)軟化后只含鈉 79 mg/L。鉀離子（K）鉀是單價正離子，在水中鉀的含量較鈉低得多，且有很高的溶解度，不會造成RO結(jié)垢。鎂離子（Mg）鎂是二價陽離子。鎂在苦咸水硬度中約占三分之一，但在海水中可比鈣的含量高出五倍

30、。鎂鹽的溶解度較 高，在RO系統(tǒng)中通常不會造成結(jié)垢問題。鈣離子（Ca）鈣是二價陽離子，鈣于鎂同為苦咸水中硬度的組成部分。在使用阻垢劑時，硫酸鈣（CaSO4）（石膏）的溶 解度可達230%。碳酸鈣的溶解度LSI（朗格里爾指數(shù)）值可達+1.8 +2.5。鍶離子（Sr）鍶是二價陽離子。硫酸鍶的溶解度很低，可能在RO系統(tǒng)的后端造成沉淀。當硫酸根濃度增加或溫度降低 時，硫酸鍶的溶解度將降低。通常，鉛礦附近的井水中含有小于15 ppm濃度的鍶。硫酸鍶的飽和濃度為 100%，而使用阻垢劑時，飽和濃度可達800%。鋇離子（Ba）鋇是二價陽離子。硫酸鋇（BaSO4）的溶解度很低，能夠在RO系統(tǒng)的濃水出口側(cè)造成沉

31、淀。溫度降低與硫 酸鹽濃度增高均使硫酸鋇的溶解度進一步下降。鋇一般出現(xiàn)在井水中，濃度一般小于0.05 0.2 ppm。鋇的 檢測必須在精度為0.01 ppm （10 ppb）水平的儀器上進行。飽和度為100%，使用阻垢劑時可達6000%。錳離子（Mn）錳是井水與地表水中的污染物，其含量可達3 ppm。如鐵一樣，地表水的有機物中存在錳。在無氧氣的水 中錳呈溶解狀態(tài)，氧化后呈不溶的黑色二氧化錳沉淀。暴露于空氣中的反滲透給水中錳的警戒水平是0.05 ppm。由于會產(chǎn)生黑銹，在飲用水標準中規(guī)定了錳含量限值為0.05 ppm。用于控制鐵污染的分散劑也可以 用于控制錳污染。鐵離子（Fe）鐵是以兩種形式存在

32、的污染物。溶于水的形式為二價鐵。不暴露于空氣的井水中，二價鐵類似于鈣、鎂， 可通過軟水器去除，或在RO原水中加入分散劑以控制RO系統(tǒng)尾部的沉淀。不溶于水的形式為三價鐵。膜 生產(chǎn)商建議RO給水中的全部鐵含量低于0.05 ppm。如果全部的鐵均為可溶的二價狀態(tài)且pH值低于7.0， 可以允許0.5 ppm含鐵濃度（盡管此時建議使用分散劑）。空氣與可溶二價鐵的接觸可將其氧化為不溶的 三價鐵。井水之中一般存在可溶的鐵，當井水被置于容器或水泵密封不嚴時，即可使二價鐵變?yōu)榈牟蝗艿?三價鐵?？扇荑F可以用分散劑處理，或用鐵過濾器、軟水器、軟化法加以去除。而不溶的三價鐵氧化物或 以膠體形式存在的氫氧化鐵，將污染R

33、O系統(tǒng)的前端。不溶鐵的來源是暴露于空氣中的井水、地表水、無 襯里管路與容器的鐵銹。不溶鐵的去除可采用鐵過濾器、石灰軟化法、軟化器（部分去除）、超濾器（部 分去除）及在給水中加有聚電解質(zhì)的多介質(zhì)過濾器（部分去除）。在錳砂過濾器中使用高錳酸鉀須十分注 意，因該氧化劑可損傷任何聚酰胺膜。使用陽離子聚電解質(zhì)同樣需要注意，它能夠永久污染帶負電荷的聚 酰胺膜。建議RO系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)及RO的供水配水系統(tǒng)中的容器或管道使用耐腐蝕材料（如：FRP、PVC 或不銹鋼）。作為污染物的鐵含量的增加，會造成給水壓力及淡水TDS增加。有時鐵還會造成生物污染問 題，因為它會成為食鐵還原菌的食品。食鐵還原菌能夠生成粘性的生

34、物膜，造成RO給水通道的阻塞。鋁離子（Al）由于鋁的可溶性很差，在井水或地表水中不會有很高的濃度。在RO給水中的鋁是以膠體形式而不是以離 子形式出現(xiàn)，它是市政給水系統(tǒng)或現(xiàn)場處理時澄清池、石灰軟化器產(chǎn)生的明磯殘留物造成的。明磯（硫酸 鋁）是常用的絮凝劑，對地表水中帶負電荷的膠體（淤泥與黏土）起吸附與沉淀作用。明磯溶入水中變成 三價鋁與硫酸根。鋁離子的水合物與水發(fā)生反映形成大量的氫氧化鋁水合物，進行聚合并開始吸引水中的 負電荷膠體，并會發(fā)生鋁質(zhì)膠體在系統(tǒng)中的污堵。因此，在RO給水中0.1 1.0 ppm的鋁巳達到報警水平。 由于鋁是中性的，性質(zhì)較為復(fù)雜，在低pH值條件下，鋁以帶正電荷的三價陽離子或

35、氫氧化鋁形式存在； 在高pH值條件下，鋁以帶負電荷的陰離子復(fù)合物形式出現(xiàn)。鋁合物最小溶解度的范圍內(nèi)，pH值為5.5 7.5。銨離子（NH4）銨為單價陽離子，銨鹽極易溶解不會造成RO系統(tǒng)的結(jié)垢問題。銨離子是溶于高pH值水中的氨氣（NH3） 形成的，高pH值水中氨的離解生成了銨離子與氫氧離子；低pH值水中氨為氣態(tài)，象二氧化碳一樣，不會 被RO系統(tǒng)脫除。井水中一般不存在銨離子，泥土中細菌的作用巳使銨轉(zhuǎn)化為暫態(tài)的亞硝酸鹽（NO2）進而 氧化成常見的硝酸鹽離子。銨離子以不超過1 ppm的低濃度存在于地表水中，是破壞有機氮化合物與生物 活動的結(jié)果。施氨肥農(nóng)田、畜牧場與發(fā)酵場所的排水可以造成地表水的銨污染。

36、由于生物活動與大量有機 氮的作用，銨離子在市政污水中可達20 ppm，另外一個銨污染源是氨氣與氯氣生成的氯氨殺蟲劑。碳酸氫根離子（HCO3）碳酸氫根是單價陰離子。碳酸氫鈣的溶解度很低，能夠在RO系統(tǒng)的濃水出口側(cè)形成沉淀。碳酸氫鈣的溶 解度測量單位，對苦咸水應(yīng)該用LSI （朗格里爾飽和指數(shù)），對海水應(yīng)該用史蒂夫戴維斯指數(shù)。溫度升高與 pH值增加均使碳酸氫鈣的溶解度進一步下降。碳酸氫根是堿性物，pH值在4.4 8.2之間時它與二氧化碳 相平衡，pH值在8.2 9.6之間時它于碳酸鹽相平衡。碳酸根離子（CO3）碳酸根是二價陰離子，碳酸鈣的溶解度很低，可在RO系統(tǒng)尾側(cè)結(jié)垢。其溶解度對苦咸水用LSI （

37、朗格里爾 飽和指數(shù)），對海水用SDSI （史蒂夫戴維斯指數(shù)）表示。溫度上升或pH值增高均使其溶解度下降。碳酸 根是堿性成分，pH值在8.2 9.6之間時，其濃度與碳酸氫根平衡。pH值大于9.6時，不存在二氧化碳與碳 酸氫根，全部堿性物均為碳酸根。硝酸根離子（NO3）硝酸根是單價負離子，硝酸鹽具有高溶解度，不會造成RO系統(tǒng)結(jié)垢問題。硝酸根與氨氣、銨均為氮基離 子，它是自然界中氮循環(huán)中的一個環(huán)節(jié)。RO原水中的氮源自動植物分解、發(fā)酵、畜牧及施氮肥農(nóng)田等排出 的水。井水中不存在氨與銨，他們巳經(jīng)被土壤中的細菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，進而氧化為更加常見的硝酸根離 子。在水質(zhì)分析中，通常將硝酸根含量表示為氮的ppm

38、值，而不是RO系統(tǒng)所關(guān)注的硝酸根的ppm值。欲 將前者轉(zhuǎn)化為后者，需將氮的ppm值乘以4.43。美國EPA巳公布了飲用水中硝酸根含量極限為：氮的4.43 ppm即硝酸根的44.3 ppm。當硝酸根占據(jù)了氧在血紅蛋白中的位置時是十分有害的，含氧量的下降將導(dǎo)致 Blue-Baby綜合癥，因此孕婦與嬰兒受硝酸根的作用是更加危險的。氯離子（Cl）氯根為單價陰離子。氯鹽的溶解度很高，在RO系統(tǒng)中不會造成結(jié)垢。在海水中氯的比重很大。在RO給水 分析中氯根被用來自動平衡水中正離子濃度。從味覺方面考慮，美國EPA與WHO標準中指出，飲水中氯 根高限為250 ppm。氟離子（F）氟為單價負離子，一般它在井水中的

39、含量較低。為了防止牙病，在市政自來水中需加入氟離子并保持其殘 留量達2.5ppm，因此氟離子在RO給水中是常見離子。在飲用水中氟含量高于5 ppm即可造成牙斑與骨脆。 RO系統(tǒng)中氟的去除率決定于給水的pH值。pH值顯堿性時，由于氟以鹽的形式存在，用聚酰胺膜脫除氟可 達99%以上；pH值顯酸性時，由于氟以酸的形式存在，氟的脫除率可降至50%。硼（B）硼一般存在于海水中，其含量可達5 ppm，內(nèi)陸咸水湖中含量更低。硼不是污染源，但由于在某些使用環(huán) 境中會造成不利影響，因此在電子工業(yè)中必須去除。硼的化學(xué)性質(zhì)類似于硅，pH值高于10狀態(tài)下，它以 單價硼酸根陰離子形式存在，pH值低于10狀態(tài)下，它以非離

40、子化的硼酸B（OH）3形式存在，硼酸鹽的去除 率與pH值有關(guān)，pH值高時，取除率也高。二氧化硅（SiO2）硅在某種情況下是一個陰離子。它的化學(xué)性質(zhì)很復(fù)雜，甚至是不可預(yù)測的。TOC （以碳計）表示有機物總 量而未指明有機物的構(gòu)成，同樣，硅濃度僅表示了硅的總濃度（以碳計），但沒有指明硅的各種構(gòu)成的濃 度。水中的硅總量中包括活性硅與惰性硅。活性硅是可溶硅，它被弱電離且未聚合成長鏈?；钚怨枋荝O 與離子交換工藝中希望的形式，也是Redesign軟件所使用的二氧化硅的形式。雖然活性二氧化硅有陰離子 特性，但在水質(zhì)分析中它未以陰離子方式計入陰陽離子平衡，卻以鹽的形式計入TDS。惰性硅是聚合硅， 或膠體硅，

41、就其性質(zhì)而言與其說是個離解離子毋寧說是個溶解固體。膠體形式的硅可以被RO系統(tǒng)去除， 但可能在RO前端造成膠體污染。膠體硅的直徑可小到0.008微米，但只有大于或等于0.45微米的部分才 能用SDI來測量。粘土、淤泥、沙石等微粒狀的硅混合物一般有1微米或更大的直徑，可用SDI值測量。 以二氧化硅做基本粒子的聚合硅在自然界以水晶或瑪瑙形式存在，它也是活性硅超飽和的結(jié)果。在使用硅 分散劑條件下，活性硅的溶解度限值為200-300%。溫度的升高、pH值在7.0以下或7.8以上均會使硅的 溶解度上升，對硅聚合起催化作用的鐵離子存在時，活性硅溶解度下降。在RO系統(tǒng)中，硅的脫除率與原 水pH值密切相關(guān)，隨p

42、H值的增加，該脫除率也增加，這是因為活性硅更多的是以鹽的形式存在，而不是 酸的形式。二氧化碳（CO2）二氧化碳為氣體，當溶于水時與水反應(yīng)生成弱碳酸（H2CO3）。如純水中二氧化碳處于飽和狀態(tài)，其濃度 約為1600 ppm，pH值約為4.0。自然界水體中二氧化碳的來源是基于pH值的碳酸氫根平衡。水體中的二 氧化碳濃度間接的決定于pH值與碳酸氫根濃度的對應(yīng)關(guān)系。二氧化碳與碳酸氫根離子在pH值的4.4-8.2 區(qū)間保持平衡。pH值為4.4時堿性物均為二氧化碳，pH值為8.2時堿性物均為碳酸氫根。【Redesign】程 序運用碳酸氫根濃度與pH值計算水中二氧化碳濃度。由于二氧化碳為氣體，RO膜對其不具

43、有脫除或濃縮 作用，其濃度在給水、淡水與濃水中相同。在給水中加酸將碳酸氫根化為二氧化碳，故而pH值下降。硫化氫（H2S）硫化氫呈氣態(tài)，使給水中有臭蛋氣味。其0.1 ppm濃度是異味的臨界值，在3-5 ppm濃度時，具有強烈的 異味。硫化氫易于被空氣、氯及高錳酸鉀等氧化劑氧化成硫。硫的作用類似于膠體污染，用傳統(tǒng)的介質(zhì)過 濾器不能去除。在系統(tǒng)設(shè)計中，建議將硫化氫保留為氣態(tài)，使其穿過RO系統(tǒng)進入淡水，再對淡水進行處 理并去除。mg/L表示給定水體中離子或物質(zhì)重量的方法之一是毫克/升（mg/L）。對稀溶液而言。毫克/升和ppm是等同的。 例如，1000 mg/L （ppm）的氯化鈉溶液意味著：一升該溶

44、液蒸發(fā)之后，應(yīng)生成1000 mg氯化鈉（NaCl）固 體。RO工程師們經(jīng)常用mg/L單位計算TDS的數(shù)值。Meq/L表示給定水體中離子或物質(zhì)的當量重量或濃度的方法之一是毫克當量/升（Meq/L），該值計算方法是用相 應(yīng)離子或物質(zhì)的毫克/升（mg/L）數(shù)值除以其當量重量。在RO水質(zhì)分析時meq/L是常用單位，特別用于判 斷正、負離子總毫克當量值是否平衡。打蘭/加侖離子交換與鍋爐給水處理常以打蘭/加侖（以碳酸鈣計）為量綱計量水的硬度。每打蘭/加侖（以碳酸鈣計） 等于17.1 ppm （以碳酸鈣計）。ppb （1/1,000,000,000）ppb是表示水中某種物質(zhì)或離子濃度的單位，下列轉(zhuǎn)換關(guān)系適用

45、于比重為1的低含鹽量的淡水。1 ppb等于1 微克每升（mg/L）， 1 ppm 等于 1000 ppb。 ppm（1/1,000,000）ppm是表示水中某種物質(zhì)或離子濃度的單位，下列轉(zhuǎn)換關(guān)系適用于比重為1的低含鹽量的淡水。1 ppm等 于1毫克每升（mg/L）； 1打蘭每加侖等于17.1 ppm； 1磅每1,000加侖等于120 ppm ；百分之一的溶液等 于 10,000 ppm； 1 ppm 等于 1000 ppboppm （以 CaCO3 計）ppm （以碳酸鈣計）是表示水中的物質(zhì)或離子當量濃度的單位。以碳酸鈣計的離子ppm濃度。在離子交換 工藝中經(jīng)常使用，用以計算陰陽樹脂的離子載荷

46、，水質(zhì)分析時判斷水中正負離子總量是否平衡。由于自然 界中正負離子間的平衡是以其化合價與剩余電子計算，而不是以各自的重量計算，因此在水質(zhì)分析時應(yīng)采 用當量來衡量正負離子的電中性水平。用碳酸鈣做標準僅僅由于其分子量為100，其化學(xué)價為2,其克當量 重為50。將以mg/L為單位的離子濃度值變?yōu)橐蕴妓徕}計的ppm濃度值的方法如下：以某離子mg/L濃度 值乘以碳酸鈣離子克重與某離子克重值比。例如，以碳酸鈣計的100 ppm鈉與以碳酸鈣計的100 ppm氯是平衡的。因為每一個鈉離子均對應(yīng)著一個氯 離子。但此時的鈉為47 mg/L （鈉的克當量重為23），氯為71 mg/L （氯的克當量重為35.5），且氯

47、化鈉溶 液的TDS值為118 mg/Lo苦咸水在一定意義上，苦咸水可定義為由于海水的入侵使其TDS值大量增加的低TDS水源。在RO范疇中，可將 苦咸水定義為：含鹽量TDE值處于中低水平（高達10,000-15,000 ppm），且可以用最大給水壓力600psi 的苦咸水RO膜進行處理的反滲透給水。河水由于下雨而落在地表的水，通過地表或者經(jīng)由地下匯入河流。通過地表的水多含有懸浮物，而地下經(jīng)由的 水則含有較多的流經(jīng)地層的溶解性無機鹽類。在流經(jīng)地表的雨水匯入河流時，懸浮物濃度會急劇增加，因 此河水的特征就是河水中懸浮物的變化幅度大。而且河水的季節(jié)性的明顯，比如水溫變化，水生生物的繁 殖，以及來自于生

48、物的沉渣和來自于有機物的膠體物質(zhì)的含有量等。另外流經(jīng)森林地帶和泥媒地帶的河流 中腐殖質(zhì)和有機物含量也會很高。河流還會被城市廢水處理水，工廠排放污水，或者含農(nóng)藥的灌溉用水污 染。所以要求我們對水質(zhì)進行足夠的調(diào)查，把握其變化幅度，要對預(yù)處理裝置或者運行條件做必要的考慮。湖泊河川水在湖泊或者水庫中發(fā)生長時間的滯留后懸浮物因為沉降其含量會變少，但另一方面又容易受微生物 的影響。湖泊或者水庫水容易造成富營養(yǎng)化，致使比重較輕的藻類會過度繁殖，造成湖泊的沉淀凝集功能 不良，有時可能會造成過濾池的堵塞。還會因為碳酸同化作用，消耗溶解在水里的二氧化碳，造成湖水的 pH增高。湖泊內(nèi)部形成水的分層時，水的底層由于處

49、于缺氧的狀態(tài)會有利于厭氧細菌的生長，還有硫化氫的生成、 包括引起鐵、錳的再溶解等等。因此，在采用湖泊或者水庫水作為原水的時候，必須深入研究對其的處理 方式的同時，有必要的話，在取水上盡量考慮不用湖底變質(zhì)的水。地下水地下水在地層的流速極為緩慢，由于自然的濾過作用，幾乎不含有懸浮物，但受到流過的地層的影響十分 明顯。比如，流經(jīng)石灰鹽帶的水中鈣的濃度就非常高，通過火山地帶的地下水中硅的濃度也會變高。通常 地下水中由于氧氣的不足，顯還原性，可能水中含有還原狀態(tài)的鐵或錳，也可能因為地層的不同，含有硫 化氫或者鋇、鍶的情況也會出現(xiàn)。地下水的懸浮物較少，全年的水溫變化也顯得比較穩(wěn)定，作為RO系統(tǒng)的原水來考慮

50、，必須考慮在前處理 中需要除去的硬度成分、硅以及含量較多的金屬離子。市政用水RO系統(tǒng)使用自來水作為原水時，要確認自來水處理工藝，管道狀況，注意余氯。海水標準海水中NaCl的含量在3.5%以上，還有鎂、鈣、鉀、硫酸根、碳酸根、漠、硼和氟等10多種溶解性成 份。由于入海口，降水、潮汐或者水溫影響，海水中的鹽份濃度有一定差異，懸浮物和有機物含量受到江 河和人類活動等的影響，會有地域差異。因此海水淡化系統(tǒng)的取水點及取水方式至關(guān)重要，直接影響到原 水的水質(zhì)和預(yù)處理方式。廢水近年來在越來越多的市政污水及工業(yè)污水的深度處理中開始采用反滲透工藝，用于反滲透處理的污水一般 為工業(yè)冷循環(huán)排污水和達到雜用水回用標準

51、的三級處理水，COD小于50mg/L，含油量、濁度經(jīng)過進一步處 理后必須達到RO進水要求。要特別注意原水中是否含有表面活性劑等回造成反滲透膜嚴重污染的有機物， 以及與膜材料不相容的有機溶劑等。由于污水水質(zhì)的復(fù)雜性和波動性，水質(zhì)資料的收集和調(diào)查工作顯得尤 為重要。廢水處理反滲透系統(tǒng)要求極為嚴格的預(yù)處理，采用非常保守的低通量設(shè)計，使用性能優(yōu)異的低污 染膜元件（比如LFC3-LD）。4.2水質(zhì)分析1原水分析一個水樣表現(xiàn)了具體水源在特定時間的水質(zhì)。所以通過一個水樣并不能全面了解在整個運行時間內(nèi)發(fā)生的、 能夠影響系統(tǒng)運作的趨勢或變化。收集多個水樣除了可以獲得對一個水源特性的更好了解外，還能分析水 質(zhì)變化

52、的原因。了解一個現(xiàn)有的或潛在的水源組成的正確分布輪廓是一個反滲透系統(tǒng)有效設(shè)計和運作的必 需的要素。取樣取樣是整個水分析方案的組成部分。在樣品的采集中要滿足兩個基本要求。首先，樣品應(yīng)該準確代表所要 評價的水。這可能需要采集在24h或更長時間的整個期間內(nèi)的混合樣品。其次，樣品必須有足夠的量以保 證完成所有應(yīng)該分橋的項目。根據(jù)ASTM-D 4195-88關(guān)于反滲透應(yīng)用的水分析標準指南中的分析要求， 對大多數(shù)情況10升樣品量應(yīng)是足夠的。在取樣之前，應(yīng)仔細考慮以下幾個問題：由水樣必須獲得什么信息？將要采用哪些分析方法？取樣點能足以保證取得代表性的樣品嗎？哪些分析最好在現(xiàn)場完成？在樣品轉(zhuǎn)移至實驗室過程中會

53、發(fā)生什么貽誤，需要什么樣的保護方法？樣品體積需要多少？什么樣的容器對完成分析最適宜？通過對這些問題的仔細考慮，可以設(shè)計出一個有效的取樣方案。對所要求資料的全面了解將使人們能獲得 恰如其分的資料，而不致做過多的分析項目，或是遺漏有價值的數(shù)據(jù)。通過對要完成的特定分析步驟的了 解，便能夠收取恰當體積的樣品，并能對水樣采取適當?shù)募坝行У谋Ｗo。通過對方案全貌的了解，樣品能 協(xié)調(diào)地轉(zhuǎn)移至一個合格的實驗室。合適的樣品收集容器是保證準確的水分析的關(guān)鍵。必須考慮由于容器引起的污染。常使用塑料或玻璃樣品 容器。樣品容器在使用前必須清洗，以免污染樣品。玻璃瓶用硫酸和重銘酸鹽溶液清洗，這些溶液對避免 瓶子的有機物污染

54、特別有效。塑料容器可用實驗室洗滌劑擦洗，或用濃鹽酸漂洗然后用去離子水徹底清 洗。用于取樣的容器需要進行消毒處理。系統(tǒng)內(nèi)取樣點的選樣是一重要的問題。新的系統(tǒng)應(yīng)具有位于可容易取得有代表件樣品位旨的諸多取樣孔， 并且這些取樣孔應(yīng)避免位于系統(tǒng)內(nèi)的死區(qū)。若不考慮這些，這些取樣點常可能成為污染源。最好的取樣點 是位于促進水均勻混合的位置。在樣品收集之前，應(yīng)徹底沖洗取樣孔。除非容器中的保護劑必須隨樣品保 留，否則樣品容器也應(yīng)該用被取樣的水漂洗數(shù)次。樣品收集歷，需要記錄的資料包括如下：a）樣品名稱；b）取樣點；c）收集時間及日期；d）保護（若有任何保護措施）；e）收集時的水溫；f）現(xiàn)場所做的任何分析，如溶解氧

55、或二氧化碳的濃度。和樣品一起記錄的其他數(shù)據(jù)可能是有用的，例如，在取樣時有關(guān)RO預(yù)處理操作的資料 預(yù)處理各種原水中均含有一定濃度的懸浮物和溶解性物質(zhì)。懸浮物主要是無機鹽、膠體和微生物、藻類等生物性 顆粒。溶解性物質(zhì)主要是易溶鹽（如氯化物）和難溶鹽（如碳酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽）金屬氧化物，酸堿 等。在反滲透過程中，進水的體積在減少，懸浮顆粒和溶解性物質(zhì)的濃度在增加。懸浮顆粒會沉積在膜上， 堵塞進水流道、增加摩擦阻力（壓力降）。難溶鹽在超過其飽和極限時，會從濃水中沉淀出來，在膜面上 形成結(jié)垢，降低RO膜的通量，增加運行壓力和壓力降，并導(dǎo)致產(chǎn)品水質(zhì)下降。這種在膜面上形成沉積層 的現(xiàn)象叫做膜污染，膜污染的

56、結(jié)果是系統(tǒng)性能的劣化。需要在原水進入反滲透膜系統(tǒng)之前進行預(yù)處理，去 除可能對反滲透膜造成污染的懸浮物、溶解性有機物和過量難溶鹽組分，降低膜污染傾向。對進水進行預(yù) 處理的目的是改善進水水質(zhì)，使RO膜獲得可靠的運行保證。對原水進行預(yù)處理的效果反映為TSS、TOC、COD、BOD、LSI及鐵、錳、鋁、硅、鋇、鍶等污染物水質(zhì)指標 的絕對值降低，在上一章中有對于這些污染物水質(zhì)指標的詳細描述。表征膜污染傾向的另外一個重要的水 質(zhì)指標是SDI。通過預(yù)處理，除了要將上述指標降到反滲透膜系統(tǒng)進水要求的范圍內(nèi)，還有重要的一點是盡 量降低SDI，理想的SDI（15分鐘）值應(yīng)小于3。5.1化學(xué)預(yù)處理為了改善反滲透系統(tǒng)

57、的操作性能，在進水中可以加入添加下列一些藥劑：酸、堿、殺菌劑、阻垢劑和分散 劑。1加酸一防止結(jié)垢在進水中可以加入鹽酸（HC1）、硫酸（H2SO4）來降低pH。硫酸價格便宜、不會發(fā)煙腐蝕周圍的金屬元器 件，而且膜對硫酸根離子的脫除率較氯離子高，所以硫酸比鹽酸更為常用。沒有其他添加劑的工業(yè)級硫酸 即適宜于反滲透使用，商品硫酸有20%和93%兩種濃度規(guī)格。93%的硫酸也稱為66波美度硫酸。在稀釋 93%硫酸時一定要小心，在稀釋到66%時發(fā)熱可將溶液的溫度提升到138C。一定要在攪拌下緩慢地將酸 加入水中，以免水溶液局部發(fā)熱沸騰。鹽酸主要在可能產(chǎn)生硫酸鈣或硫酸鍶結(jié)垢時使用。使用硫酸會增加 反滲透進水中

58、的硫酸根離子濃度，直接導(dǎo)致硫酸鈣結(jié)垢傾向增加。工業(yè)級的鹽酸（無添加劑）購買非常方 便，商品鹽酸一般含量為30 37%。降低pH的首要目的是降低RO濃水中碳酸鈣結(jié)垢的傾向，即降低朗格 里爾指數(shù)（LSI）。LSI是低鹽度苦咸水中碳酸鈣的飽和度，表示碳酸鈣結(jié)垢或腐蝕的可能性。在反滲透水化 學(xué)中，LSI是確定是否會發(fā)生碳酸鈣結(jié)垢的是個重要指標。當LSI為負值時，水會腐蝕金屬管道，但不會形 成碳酸鈣結(jié)垢。如果LSI為正值，水沒有腐蝕性，卻會發(fā)生碳酸鈣結(jié)垢。LSI由碳酸鈣飽和的pH減去水的 實際pH。碳酸鈣的溶解度隨溫度的上升而減?。ㄋ畨刂械乃妇褪沁@樣形成的），隨pH、鈣離子的濃度 即堿度的增加而減小。

59、LSI值可以通過向反滲透進水中注入酸液（一般是硫酸或鹽酸）即降低pH的方法來 調(diào)低。推薦的反滲透濃水的LSI值為0.2 （表示濃度低于碳酸鈣飽和濃度0.2個pH單位）。還可以使用聚合 物阻垢劑來防止碳酸鈣沉淀，一些阻垢劑供應(yīng)商聲稱其產(chǎn)品可以使反滲透濃水的LSI高達+2.5 （比較保守的 設(shè)計是LSI為+ 1.8）。2加堿一提高脫除率在一級反滲透中加堿使用較少。在反滲透進水中注入堿液用來提高 pH。一般使用的堿劑只有氫氧化鈉 （NaOH），購買方便，而且易溶于水。一般不含其他添加劑的工業(yè)級氫氧化鈉便可滿足需要。商品氫氧化 鈉有100%的片堿，也有20%和50%的液堿。在加堿調(diào)高pH時一定要注意，

60、pH升高會增加LSI、降低碳 酸鈣及鐵和錳的溶解度。最常見的加堿應(yīng)用是二級RO系統(tǒng)。在二級反滲透系統(tǒng)中，一級RO產(chǎn)水供給二級 RO作為原水。二級反滲透對一級反滲透產(chǎn)水進行“拋光”處理，二級RO產(chǎn)水的水質(zhì)可達到4兆歐。在二級 RO進水中加堿有4個原因：在pH8.2以上，二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為碳酸根離子，碳酸根離子可以被反滲透脫除。而二氧化碳本身是一 種氣體，會隨透過液自由進入RO產(chǎn)水，對于下游的離子交換床拋光處理造成不當?shù)呢摵?。某些TOC成分在高pH下更容易脫除。二氧化硅的溶解度和脫除率在高pH下更高（特別是高于9時）。d硼的脫除率在高pH下也較高（特別是高于9時）。加堿應(yīng)用有一個特例，通常被叫做H