ORP-數(shù)值對(duì)反滲透裝置的影響

ORP數(shù)值對(duì)反滲透裝置的影響摘要：水中的細(xì)菌會(huì)在反滲透膜內(nèi)繁殖增生并侵蝕破壞及阻塞RO膜，影響膜的性能。因此，應(yīng)使反滲透來水中保持一定量的余氯來抑制微生物的滋生，但由于余氯有較強(qiáng)的氧化性，它能使反滲透膜的表面被氧化，從而影響了反滲透膜的壽命和產(chǎn)水的水質(zhì)，因此為了使反滲透裝置能安全、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)余氯值的要求非常嚴(yán)格。在反滲透裝置運(yùn)行過程中ORP（氧化還原電位）數(shù)值是反應(yīng)來水中余氯值的一個(gè)較為直觀的數(shù)據(jù)，因此ORP數(shù)值對(duì)反滲透裝置的影響很大。本文著重研究某核電廠反滲透系統(tǒng)ORP數(shù)值與來水的余氯值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及影響ORP數(shù)值的一些相關(guān)因素。

關(guān)鍵詞：氧化還原電位、反滲透、膜氧化、余氯值

Abstract:Theincomingwaterofthereverseosmosisunitusuallybycontrollingchlorinetoinhibitthemicrobialgrowth,butbecausethereisastrongoxidizingofthechlorine,itcanmakethesurfaceofReverseosmosismembraneisoxidized,thusaffectingthelifeandproductionofreverseosmosismembranewaterwaterquality,soinordertomakethereverseosmosisunitsafeandstableoperation,it’saverystrictrequirementsoftheresidualvalue.DuringtheoperationofthereverseosmosisunitisareactiontothewaterORP(Oxidation-Reduction?Potential)valueresidualvalueofamoreintuitivedata,thustheORPvaluehasagreatlyaffectedtothereverseosmosisunit.Thispaperfocusesonanuclearpowerplant,thecorrespondencebetweenareverseosmosissystemORPvalueandtheresidualvalueofIncomingwater,aswellassomeoftherelevantfactorsaffectingtheORPvalue.

Keyword:Oxidation-Reduction?Potential、RO（Reverseosmosis）、Membraneoxidation、Residualvalue

前言

反滲透裝置是整個(gè)除鹽水處理系統(tǒng)中較為重要的設(shè)備，若反滲透裝置運(yùn)行異常，則無法持續(xù)制備除鹽水，因此為了保證反滲透裝置安全穩(wěn)定的運(yùn)行，需要了解ORP數(shù)值對(duì)反滲透裝置的影響，同時(shí)掌握影響ORP數(shù)值的一些相關(guān)因素。本文著重研究某核電廠反滲透系統(tǒng)ORP數(shù)值與來水的余氯值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及影響ORP數(shù)值的一些相關(guān)因素。

一、ORP的基本概念及其測(cè)定意義

氧化還原電位，簡(jiǎn)稱ORP?（是英文Oxidation-Reduction?Potential的縮寫）或Eh。ORP是介質(zhì)（包括土壤、天然水、培養(yǎng)基等）環(huán)境條件的一個(gè)綜合指標(biāo)，它表征介質(zhì)氧化性或還原性的相對(duì)程度。它是水質(zhì)中一個(gè)重要指標(biāo)，雖然不能獨(dú)立反應(yīng)水質(zhì)的好壞，但是能夠綜合其他水質(zhì)指標(biāo)來反映水族系統(tǒng)中的生態(tài)環(huán)境。

在微觀上，每一種不同的物質(zhì)都有一定的氧化-還原能力，這些氧化還原性不同的物質(zhì)能夠相互影響，最終構(gòu)成了一定的宏觀氧化-還原性。氧化還原電位是用來反應(yīng)水溶液中所有物質(zhì)反應(yīng)出來的宏觀氧化~還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強(qiáng)；電位越低，氧化性越弱。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，反之則為還原性。

在生化過濾的同時(shí)，水中物質(zhì)不斷被氧化。生化氧化的過程伴隨著氧化產(chǎn)物的不斷生成，于是在宏觀上來看，氧化還原電位是不斷被提高的。因此，從這個(gè)角度上看，氧化還原電位越高，顯示出水中的污染物質(zhì)被過濾得越徹底。

二、膜氧化的危害和影響

自來水一般通過控制余氯來抑制微生物的滋生，但是余氯有較強(qiáng)的氧化性，它能使反滲透膜表面被氧化，影響膜的壽命和產(chǎn)水水質(zhì)，因此反滲透系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)余氯要求非常嚴(yán)格。

例如，某核電廠反滲透膜對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求是：SDI＜5，濁度小于1NTU，游離氯小于0.1mg/L等。其中限制進(jìn)水余氯含量的目的是防止膜被氧化分解。反滲透膜的耐氧化能力與膜材料有關(guān)。芳香聚酰胺膜和復(fù)合膜比醋酸纖維素膜更易受到水中氧化劑的侵蝕。水中常見的氧化劑有游離氯、次氯酸鈉、溶解氧和六價(jià)鉻等。膜被氧化后，化學(xué)結(jié)構(gòu)和形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可逆破壞。為了減輕反滲透膜的氧化程度，反滲透裝置進(jìn)水中允許的游離氯最高含量，醋酸纖維素膜為1mg/L，芳香聚酰胺膜和復(fù)合膜為0.1mg/L【1、2】。

三、如何防止反滲透膜被氧化

水中的細(xì)菌會(huì)在反滲透膜內(nèi)繁殖增生并侵蝕破壞及阻塞RO膜，影響膜的性能。因此，應(yīng)使反滲透來水中保持一定量的余氯以殺菌。但水中的余氯過高，則又會(huì)氧化侵蝕膜，影響膜的性能及使用壽命【3】。那么如何防止殘留的氧化劑（一般指水中的余氯）氧化反滲透膜元件呢？現(xiàn)在普遍采用對(duì)反滲透裝置進(jìn)行投加還原劑，但還原劑的具體投加量沒有一個(gè)科學(xué)的計(jì)算公式，即使有對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)操作也很難把握，比如水質(zhì)、水量的變化等，都可對(duì)還原劑的投加產(chǎn)生一定的影響。

因此，控制反滲透進(jìn)口母管ORP數(shù)值來防止反滲透膜被氧化是目前較為普遍及有效的一種方式。

四、影響ORP數(shù)值的因素

1、來水的余氯

ORP的數(shù)值與水中的余氯呈線性關(guān)系，若來水余氯越來越高，則在其余條件不變的情況下ORP數(shù)值也會(huì)隨之變大，這時(shí)候就難以保證還原劑是否已將水中的余氯全部還原，繼而增加了反滲透膜被氧化的概率。

2、還原劑加藥量

還原劑一般選用亞硫酸氫鈉。【4】亞硫酸氫鈉（SBS）是較大型反滲透裝置選用的典型還原劑。將固體偏亞硫酸氫鈉溶解在水中配制成溶液，商品偏亞硫酸氫鈉的純度為97.5－99％，干燥儲(chǔ)存期6個(gè)月。SBS溶液在空氣中不穩(wěn)定，會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，所以推薦2％的溶液的使用期為3－7天，?10％以下的溶液使用期為7－14天。從理論上講，1.47ppm的SBS（或0.70ppm偏亞硫酸氫鈉）能夠還原1.0ppm的氯。設(shè)計(jì)時(shí)考慮到工業(yè)苦咸水系統(tǒng)的安全系數(shù)，設(shè)定SBS的添加量為每1.0ppm氯1.8－3.0ppm。SBS的注入口要在膜元件的上游，設(shè)置距離要保證在進(jìn)入膜元件有29秒的反應(yīng)時(shí)間。推薦使用適當(dāng)?shù)脑诰€攪拌裝置（管式混合器）。

SBS脫氯反應(yīng)：?

?Na2S2O5?（偏亞硫酸鈉）+?H2O?＝2?NaHSO3?（亞硫酸氫鈉）??

NaHSO3?+?HOCl?＝NaHSO4?（硫酸氫鈉）?+?HCl?（鹽酸）??

NaHSO3?+?Cl2?+?H2O?＝NaHSO4?+?2?HCl

SBS脫氯的缺點(diǎn)是需要人工混合小體積的藥劑。脫氯過程的監(jiān)測(cè)可采用游離氯監(jiān)測(cè)儀，用以監(jiān)測(cè)殘余亞硫酸根的濃度，還可以采用ORP監(jiān)測(cè)儀。本文考察的核電廠采用的是ORP監(jiān)測(cè)儀。

在反滲透裝置進(jìn)口母管用ORP表在線監(jiān)測(cè)其讀數(shù)變化，通過氧化還原電位的大小確定還原劑添加量是否合適。?水量的變化可以預(yù)先調(diào)整，一般我們都要求操作工每班檢測(cè)一下RO進(jìn)水余氯（用余氯測(cè)試盒）水質(zhì)波動(dòng)的話，結(jié)合ORP表讀數(shù)變化很容易調(diào)整。

3、其他影響因素

ORP儀表其實(shí)只是個(gè)相對(duì)的值而已，不同原水的背景值是不同的，還有PH對(duì)ORP值的影響也是很大的，同一水樣在不同PH值的情況下，其ORP值相差很大，因此一味的說ORP值低于多少合適進(jìn)RO系統(tǒng)是不科學(xué)的。

阻垢劑是一系列用于阻止結(jié)晶礦物鹽的沉淀和結(jié)垢形成的化學(xué)藥劑。大多數(shù)阻垢劑是一些專用有機(jī)合成聚合物（比如聚丙烯酸、羧酸、聚馬來酸、有機(jī)金屬磷酸鹽、聚膦酸鹽、膦酸鹽、陰離子聚合物等），這些聚合物的分子量在2000－10000道爾頓不等。反滲透系統(tǒng)阻垢劑技術(shù)由冷卻循環(huán)水和鍋爐用水化學(xué)演變而來。阻垢劑加入量的多少可以影響來水的PH值，從而對(duì)ORP數(shù)值也產(chǎn)生一定的影響，但影響較小。

綜上所述，針對(duì)某些因素對(duì)反滲透進(jìn)口母管ORP數(shù)據(jù)的影響，以某核電廠的實(shí)際工況為依據(jù)，做了ORP數(shù)值與余氯值對(duì)應(yīng)關(guān)系的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

五、ORP值與余氯值對(duì)應(yīng)關(guān)系化學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）驗(yàn)證NaHSO3（某核電廠所用的還原劑）對(duì)ORP值的影響。取超濾產(chǎn)水箱（即反滲透系統(tǒng)來水）中樣品水，測(cè)量樣品初始的pH值、余氯值與ORP值。

向800ml的樣品水中逐滴加入次氯酸鈉（NaClO）溶液使得余氯值接近1.0ppm。再逐滴加入亞硫酸氫鈉溶液（NaHSO3）至過量，在加藥的過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品水的pH值、余氯值以及ORP值的變化，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）驗(yàn)證在余氯值為0時(shí)，加入少量NaClO，記錄ORP表的變化情況。取超濾產(chǎn)水箱中樣品水800ml，逐滴加入NaHSO3至樣品水中余氯為0ppm，測(cè)量該過程中ORP值的變化，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）驗(yàn)證阻垢劑對(duì)ORP數(shù)值的影響。取超濾產(chǎn)水箱中的水，并加入NaHSO3至余氯讀數(shù)為零，測(cè)量ORP數(shù)值。

加入適量阻垢劑，測(cè)量pH值、ORP值，看是否發(fā)生明顯變化。

2.實(shí)驗(yàn)樣品水選擇超濾產(chǎn)水箱中存水。

3.NaHSO3試劑選擇NaHSO3加藥箱中原液，濃度10%，并稀釋100倍。

4.NaClO試劑選擇NaClO加藥箱中原液，濃度30%，并稀釋100倍。

5.阻垢劑選擇阻垢劑加藥箱中原液，濃度10%，。

6.此次試驗(yàn)采用現(xiàn)場(chǎng)取樣，實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)的方式進(jìn)行，得出的數(shù)據(jù)結(jié)果會(huì)與實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用有可能存在誤差。

六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析加入還原劑NaHSO3對(duì)ORP、余氯、pH的影響，余氯值為0ppm后加入NaClO對(duì)ORP值的影響，并制圖如下：

實(shí)驗(yàn)1加入還原劑NaHSO3對(duì)ORP、余氯、pH的影響

由上面三幅趨勢(shì)圖可以看出：

a.余氯由0.4ppm接近0ppm（階段一）時(shí)ORP值相對(duì)其他時(shí)間出現(xiàn)明顯下降（從700mv多降至300mv多），另pH值維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)間。

b.在余氯降至零點(diǎn)之后，加入過量的還原劑，起初ORP值繼續(xù)緩慢下降，之后隨著還原劑的過量加入，ORP值基本維持穩(wěn)定，另pH值在還原劑過量加入后呈穩(wěn)定下降趨勢(shì)。

該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前反滲透裝置的實(shí)際運(yùn)行的情況基本一致，即在沖洗ORP步序的過程中，ORP降至一定數(shù)值后，繼續(xù)加大還原劑用量，ORP值并無明顯變化。

實(shí)驗(yàn)2余氯值為0ppm后加入NaClO對(duì)ORP值的影響

由上圖可以看出在余氯值降至零點(diǎn)后，加入NaClO，在余氯值上升的同時(shí)ORP值大幅上升。

七、結(jié)論

1.當(dāng)在反滲透母管上加入還原劑NaHSO3后，余氯會(huì)很快反應(yīng)消除，ORP值將會(huì)基本穩(wěn)定一個(gè)固定值，此時(shí)的余氯可能已經(jīng)為0ppm，之后加入的還原劑為過量的。反滲透在ORP數(shù)值穩(wěn)定后出現(xiàn)下降可能會(huì)影響反滲透膜的出水水質(zhì)。

2.ORP對(duì)余氯值較為敏感，當(dāng)有余氯出現(xiàn)時(shí)，ORP值將大幅上升，因此，可通過關(guān)注ORP值來判斷來水中的余氯是否被還原劑反應(yīng)消除。同時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)ORP上升后又迅速下降時(shí)，說明ORP表或加藥系統(tǒng)存在缺陷，需進(jìn)行排除檢查。

3.從實(shí)驗(yàn)的角度來看，若是將ORP的報(bào)警設(shè)定值設(shè)定過低，將導(dǎo)致還原劑的過量投入，造成不必要的浪費(fèi)。并且pH值的變化也有一定的規(guī)律，可以在參考ORP數(shù)值的同時(shí)考慮pH值（試驗(yàn)中pH降至6.7以下時(shí)，余氯已經(jīng)為0ppm）。

4.ORP電極在震動(dòng)較大的情況下會(huì)存在向上波動(dòng)的現(xiàn)象，故啟動(dòng)反滲透升壓泵時(shí)，應(yīng)盡量減慢升壓泵的升頻速率，建議以5Hz/30s的速度升頻，避免ORP表計(jì)波動(dòng)造成誤報(bào)警，導(dǎo)致反滲透裝置跳停。