反渗透 (RO) 系统为发电厂所有者和运营商提供了可靠且经过充分验证的水处理解决方案。然而，设计和维护 RO 系统需要对工厂的供水和技术能力有透彻的了解。此处提供的信息可以帮助工厂工程师设计和优化 RO 系统以满足他们的需求。

一个新的反渗透膜系统的成功往往与其预处理直接相关。本文的前一部分讨论了 RO 设计问题，并介绍了试点研究应如何包括对其可能的预处理设备的研究，因为预处理性能将直接影响 RO 系统的性能。然而，在为中试 RO 单元的低流速确定这些组件的尺寸时，试运行上游过程可能具有挑战性。

预处理发挥的最重要作用是保护 RO 免受不相容物质的侵害。对于当今普遍使用的聚酰胺薄膜 RO 膜，最大的问题是去除或破坏任何氯或其他潜在的氧化化合物。这种膜对游离氯（存在于许多市政水源中）的耐受性非常低，并且对氯胺（在其他市政水源中）仅有轻微耐受性。

最常见的分解氯的方法是注入还原剂和活性炭过滤。最常见的还原剂是亚硫酸氢钠 (NaHSO 3 )，它优先与游离氯反应，将其分解为无害的氯离子。

如果不迅速补救，亚硫酸氢钠/亚硫酸盐注射系统可能会以降解 RO 膜元件的方式出现故障。日用罐可能会用完溶液，或者注射泵可能会失去动力或泵头灌注。注射泵设置可能提供的化学品不足以处理整个范围的氯浓度，或者可能设置为如此低的脉冲速度以致化学品无法与给水充分混合。

任何时候 RO 入口阀打开时都应注入适当的 NaHSO 3剂量，即使该开口用于填充 RO 或在关闭前将其冲洗掉。注入点和 RO 入口阀之间不应有明显的管道长度距离，因为该长度将在关闭期间通过氯扩散完全氯化。NaHSO 3 注入点应紧靠入口隔离阀的上游。

活性炭过滤可以提供一种更可靠的分解氯的方法。在制造过程中，非碳质材料被烧掉，留下具有大量纯碳表面积的多孔颗粒。这对吸附几乎所有污染物（包括大多数有机材料和重金属）具有很高的吸引力，尽管对一些排放到废水中的污染物的去除能力可能有限。

活性炭对氯的分解涉及电化学反应，可提供高去除氯的能力。碳将电子释放给氯原子，形成残留在水中的无害氯离子 (Cl-)。在这个反应中，以前与氯原子结合的氧原子作为次氯酸 (HOCl) 现在附着在碳表面。由于碳还会与水中的溶解氧发生反应，因此碳表面可以完全氧化。然后它失去去除额外氯的能力，但这通常需要几年时间，入口氯浓度低于 1 毫克/升 (mg/L)。

当氨是天然存在的或由市政当局添加时，氯会与氨发生化学键合，形成一氯胺 (NH 2 Cl) 或可能的二氯胺 (NHC 2 )。氯胺的化学反应性不强，分解需要更多的碳量。催化碳介质的成本增加，可提高碳与氯胺的反应性并减少对碳过滤器尺寸过大的需求。

碳系统阀门不得泄漏或以其他方式绕过。它们应常闭并由足够的气压驱动，以防止氯化水进入 RO 系统。

维护对于还原剂注入或碳过滤的成功至关重要。建议每年更换活性炭介质，或根据出水总有机碳 (TOC) 浓度的增加进行更换，以防止生物颗粒进入 RO 系统。

过量注入亚硫酸盐会导致水中溶解氧的分解增加。这增加了形成粘液的细菌大量生长的可能性，如果水源中有机食物的浓度足够高，这些细菌会很快污染 RO 系统。这种可能性可以通过保持亚硫酸钠大于零但小于 2 mg/L 的残留亚硫酸盐浓度来最小化，使用灵敏度为 1 mg/L 或更低的低水平测试测量。只要亚硫酸盐浓度大于零并且很好地混合到给水中，就不会存在游离氯。

防止水垢形成

在任何天然水源中通常至少有一种盐会浓缩超过其溶解度并可能形成水垢。除非水源具有异常高浓度的微溶盐，或者除非 RO 以异常高的渗透回收率运行，否则防止结垢（图 1）不应成为主要挑战。

可以通过向进水注入酸、软化水或注入化学阻垢剂来防止水垢形成。通常最便宜的方法是使用阻垢剂，当盐晶体的溶解度超过其溶解度时，它会减慢盐晶体的生长速度。

注酸可防止碳酸钙结垢，但会导致 CO 2浓度极高，RO 系统无法将其去除，因此对下游离子交换过程提出了很高的去除要求。此外，单独注入酸液并不能很好地防止硫酸盐或某些其他水垢的形成。

软化提供了几个优点，但受到高资本和运营成本的影响，除非水中的钙和镁硬度浓度特别低。软化剂还可去除其他可能形成水垢的离子，例如锶和钡，并去除否则会污染 RO 系统的金属，例如铁、锰和铝。但软化树脂也会沾染金属，因此需要定期进行化学处理。

阻垢化学品供应商经常使用软件程序来估计水垢形成的可能性。这些程序预测 RO 浓缩液中盐的浓度及其 pH 值，以确定需要多少阻垢化学品。

在美国西部的某些地下水源中，二氧化硅水垢的可能性很常见。抑制配方已显示出不同的成功。保持较高的水温可提高二氧化硅的溶解度，改变水的 pH 值也是如此。提高 pH 值是一种常见的策略，尽管在注入腐蚀性化学品以提高 pH 值时，必须先软化水以防止形成硬垢。

使用阻垢剂时，无论何时 RO 关闭，都必须冲洗 RO 系统，使其溶解盐的浓度增加。否则，水垢颗粒会在停机过程中生长并粘在膜表面上。该冲洗过程应该是自动化的，并且通常使用低压进水进行。低压降低了趋于浓缩溶解盐的 RO 渗透。

如果管道可以从渗透储罐系统通过管道连接回 RO，则可以使用加压渗透水进行更好的冲洗。渗透物是生物静态的；它的使用减少了 RO 关闭时生物固体的形成。

膜污染

如果 RO 得到有效清洁，污垢不一定会缩短 RO 膜的寿命。如果 RO 被污染得太严重并且清洁效果不佳，那么膜很可能会继续失去性能。

通常在 RO 系统入口处包含一个过滤器外壳，其中包含 2.5 英寸直径的筒式过滤器（图 2），其孔径为标称额定值。去除较小颗粒的实际能力可能会有很大差异。有些（无论额定值如何）仅保护 RO 免受大颗粒的影响，这些颗粒可能会被困在膜流道内或损坏高压泵。它们价格低廉，可能会持续数周，直到压力下降升高表明需要更换。可以去除更多进入的悬浮固体的更紧密的孔隙率过滤器更昂贵，并且还需要更频繁地更换。因此，如果水中悬浮固体的浓度已通过上游处理降至最低，则使用这些更严密的过滤器变得更加经济可行。

对于下游 RO 系统，只需使用多介质过滤器，悬浮固体通常可以有效地减少到合理的浓度。将其包含在 RO 水系统中可能足以防止可能导致无法控制的清洁要求的高 RO 污染率。多媒体过滤器包含两种或多种不同类型或尺寸的沙子、碎石或无烟煤（一种硬煤）的颗粒。如果满足以下条件，这种过滤器可以成功去除构成悬浮固体的大部分颗粒：

1.它的大小适合接近每秒 2 英尺的向下流速。

2.它有一个较低的收集侧向系统，旨在在过滤器以低流速运行时在介质上获得均匀的流量分布，同时还允许进入足够的反冲洗流速以实现 40% 的床膨胀。

3.过滤器在其先前去除的较小/细颗粒脱落之前进行反冲洗，这可能发生在过滤器压降明显累积之前。

4.反冲洗后，过滤器以其工作流量向前冲洗，直到其出水质量可接受（例如基于出水铁浓度、浊度或 SDI）。

上述几点并未提供所有滤波器设计要求，但之所以选择上述要点，是因为通常不遵循这些特定准则（主要是因为它们会增加滤波器的成本）。一些水源可能含有异常高浓度的细颗粒。在这些情况下，可能需要将水送入大型反应罐，目的是让颗粒有更多时间凝结成更大的颗粒，然后更容易过滤。

可以将无机化学凝结剂（绝不是阳离子聚合物）添加到水箱上游的水中以加速凝结过程。如果混凝剂首先与悬浮固体充分混合，则混凝剂最有效。如果水源中存在可溶性金属（如铁或锰），则一定比例的水会通过让水与水箱中的大气接触而被氧化，尽管该比例通常很小。在凝结之前，可以将化学氧化剂如氯（漂白剂）添加到水中，以将金属氧化成它们的不溶性氧化物（当存在于水中时，实际上变成它们的氢氧化物）。

膜过滤

膜过滤在各种应用中变得越来越普遍，包括 RO 系统的预处理。与加压多媒体过滤器提供的水相比，它通常可以提供悬浮固体浓度更低的水。因此，这些系统可用作多媒体过滤的替代方案，或可能在下游进一步净化水并最大程度地减少 RO 污染。

最常见的配置是中空纤维技术。惰性聚合物纤维被挤出具有中空的内部区域或内腔。纤维的直径可以相对细/小，其中入口水围绕纤维的外侧流动，并穿过纤维壁到达纤维内腔。然后移向模块的一端进行收集。

由于纤维紧密堆积，它们周围的流动运动是不均匀的。当水通过纤维时，给水颗粒将从膜表面的悬浮液中脱离出来。它们不会在通过的流中浓缩，因为颗粒主要是带有螺旋缠绕的 RO，因此没有浓缩流。这些系统以 100% 的回收率简单地运行，除了经常用过滤水反冲洗造成的水损失外，总体回收率为 90% 到 95%。

还有一些具有更大光纤的模块，它们使用由内向外的服务流向。较粗的纤维提供改进的膜表面流动特性以更好地分布污垢固体，而较细的纤维提供组件中更大的膜表面积的成本优势。

膜过滤系统（图 3）的尺寸应保持纤维压差（跨膜压力，TMP）相对较低，以防止固体压紧纤维并进入纤维孔结构，并减少纤维断裂的可能性。这可能意味着将纤维定型为每天每平方英尺 30 加仑或更少的滤液通量率。

使用滤液以大约每 30 分钟一次的频率对纤维模块进行反冲洗，再次尝试防止固体压实并防止颗粒被迫进入孔隙和地下结构。一些制造商通过用压缩空气吹出固体来减少反冲洗量。

单独反洗可能无法完全恢复原始 TMP，可能需要进行化学强化反洗。如果这样做无法恢复原始性能，则可能需要长时间进行循环清洁。

上游优先事项

这不仅是可行的，而且对于更大的 RO 系统来说，设计具有保护措施的除氯和阻垢系统以防止其操作中的任何问题影响 RO 膜的预期寿命是可行的。例如，氧化还原电位 (ORP) 仪器可以连续监测 RO 进水是否存在浓度过高的任何氧化剂，如氯。如果 RO 的读数在相当长的一段时间内保持高位，它可以与报警系统联锁以关闭 RO。

当依赖于化学品注入系统时，应保护 RO 膜免受注入化学品的缺失和过量化学品的影响。在化学品注入管线上的自动隔离阀位于它们注入水管线的点之前，将防止在 RO 关闭时化学品倾倒。这通常发生在可压缩（也意味着可解压缩）空气随时间在注入管线内聚集时。阀门执行器应编程为在 RO 关闭过程中在水管压力下降之前以及相关注入泵停止时关闭。

位于每条化学品注入管线上的化学品流量传感器的操作可以与 RO 警报和关闭功能联锁。此功能可以防止错误编程导致注入的化学品可忽略不计，同时还可以防止注入泵故障或无法补充注入化学品。

虽然氯破坏和阻垢系统的 100% 正确操作被认为对 RO 系统的成功至关重要，但从 RO 进水中去除 100% 的悬浮固体可能不切实际。然后，决定是否向上游介质过滤器或超滤系统投入更多资金，与计划在 RO 膜元件的清洁上花费更多的运营资金相比，由于较高浓度的悬浮物而增加了污染率，这变得很主观。进水中的固体。较高的膜污染率并不一定意味着会缩短膜元件的寿命，根据 RO 运行数据，如果 RO 系统在需要时成功清洁，则并非如此。