为了保持反渗透（RO）装置的有效性和使用寿命，充分的预处理是必要的。为进水选择合适的预处理方法，通过防止或最大限度地减少生物污染、结垢和膜堵塞，可以提高系统效率并延长其寿命。
不间断且可靠的预处理至关重要。预处理不足会导致系统超负荷，需要频繁清洗，降低产水量，增加清洗成本，并导致大量停机时间。
进水分析：RO预处理的基础
预处理系统的选择在很大程度上取决于进水的质量和特性。因此，有效的进水预处理由以下因素决定：
- 进水水源
- 进水成分
- 处理后水的预期用途
一旦确定了进水水源，就必须进行全面而准确的水质分析。这一步对于设计合适的预处理系统和整个反渗透装置至关重要，因为它决定了所需预处理组件的类型和尺寸。
典型进水分类
大多数由反渗透系统处理的水类型属于以下类别：
- 苦咸水（低含盐量）： 总溶解固体（TDS）高达 5,000 mg/L（5,000 ppm）。
- 苦咸水（高含盐量）： 总溶解固体（TDS）在 5,000 至 15,000 mg/L（5,000 至 15,000 ppm）之间。
- 海水： 总溶解固体（TDS）约为 35,000 mg/L（35,000 ppm）。
虽然由于其全球普遍性，35,000 mg/L TDS 被认为是海水的标准值，但存在显著的地区差异。例如，波罗的海的 TDS 含量约为 7,000 mg/L（7,000 ppm），而红海则可达到 45,000 mg/L（45,000 ppm）。在分析海水时，考虑陆源的影响至关重要，因为在近岸采集的样本可能与在公海采集的样本存在显著差异。
RO处理的限制因素
- 海水： 使用 RO 处理海水的主要限制因素是由高 TDS 引起的渗透压。
- 苦咸水： 对于苦咸水处理，主要限制因素通常是其化学性质，特别是沉淀和结垢（例如，由碳酸钙或硫酸盐引起）的可能性。苦咸水的化学成分变化很大，且因地而异。
平衡水质分析的重要性
为确保稳健的工艺设计，必须进行精确的水质分析。该分析应详细说明无机盐的浓度以及其他相关的进水参数。水质分析应始终保持化学平衡。如果检测到不平衡，通常通过假设添加钠离子或氯离子以达到中性来进行调整。
结垢预防与控制
结垢是部分或完全不溶性盐在膜表面的积累。在回收率为 50% 的 RO 系统中，浓缩液中的盐浓度是进水的两倍。随着回收率的提高，结垢的可能性显著增加。因此，确保不超过这些部分不溶性盐的饱和度极限至关重要。
常见结垢物质
反渗透系统中常见的、有问题的部分不溶性盐包括：
- 碳酸钙 (CaCO₃)
- 硫酸钙 (CaSO₄)
- 二氧化硅 (SiO₂)
- 氟化钙 (CaF₂)
- 硫酸钡 (BaSO₄)
- 硫酸锶 (SrSO₄)
预防策略
碳酸钙结垢可以通过精确添加酸来缓解。阻垢剂可有效防止钡盐、锶盐、硅酸盐和铁化合物的沉淀。然而，工程师必须意识到，某些阻垢剂可能会无意中导致生物污染。这种风险可以通过仔细选择化学配方并严格遵守化学品应用指南来管理。
虽然阻垢剂很有价值，但其使用也有局限性。在某些情况下，为了降低过饱和和结垢的风险，可以考虑将 RO 系统回收率降低多达 25%。对于较小的装置，例如那些从海水中生产饮用水供家庭使用的装置，阻垢剂的使用可能受限或不太实用，定期更换膜（例如，每一到两年）可能是一个必要的操作环节。
另一种管理结垢的机械方法涉及定期打开浓缩液管线，在低压下进行正向冲洗，这有助于清除早期形成的垢。
胶体污染预防
胶体污染会严重损害 RO 系统的性能，降低产水量，其首要迹象通常是膜两侧的压差增大。进水中胶体物质的常见来源包括细菌、粘土颗粒和铁腐蚀产物。同样重要的是要注意，预处理过程中使用的某些化学产品本身也可能导致膜污染。
修正污染指数（MFI）测量被公认为评估进水胶体污染潜力的最佳可用技术。这项关键测量应在初始预处理系统设计阶段进行，并在反渗透系统的整个运行寿命期间定期进行。
降低MFI的预处理方法
为了将 MFI 持续保持在 5 以下，采用了各种预处理方法，包括：
- 砂滤和烛式过滤
- 超滤和微滤
- 混凝和絮凝
生物污染预防
所有地表水都含有微生物、藻类、真菌、病毒和高等生物。微生物作为胶体污染物，其尺寸通常为 1 到 3 纳米（nm），通常可以通过对胶体有效的技术去除。
膜系统内的生物生长会对性能产生负面影响，类似于其他污染物。生物污染的症状包括膜输入端操作压力升高，这可能导致“伸缩”（膜层被推开）和潜在的膜损坏。生物膜也可能在产水中形成，导致处理后的水再次受到污染。
监测地表水、进水和浓缩液中的微生物浓度，为了解污染程度提供了宝贵的信息。进水中存在的营养物质类型和数量是影响生物膜生长的关键因素。尽管研究仍在进行中，但控制生物膜发展的确切机制仍未完全明了。
检测生物污染
在生物污染发展阶段检测其最有效的方法是通过检查暴露于进水流的测试表面。“Robin Sampler”是一种简单的装置，通过将小的测试表面暴露于水中来促进检测。可以定期检查这些表面是否存在生物膜及其附着情况。
定期仔细检查烛式过滤器和管道也很有益。存在粘液状物质或异常气味可能是生物膜形成的强烈信号。
AquaChain 工程提示
在进行用于 RO 预处理设计的水质分析时，除了基本的离子谱外，始终要求提供朗格利尔饱和指数（LSI）和斯提夫-戴维斯稳定指数（S&DSI）的计算结果。这些指数为结垢潜力（尤其是碳酸钙和硫酸钙）提供了关键见解，有助于比简单的浓度限值更有效地优化酸投加量和阻垢剂选择。
有关 RO 系统基本预处理步骤的更多见解，请参阅我们的指南 海水淡化预处理。
常见问题解答
问：RO 系统中预处理的主要目的是什么？ 答：主要目的是保护 RO 膜免受污染（例如，生物污染、胶体污染）和结垢，从而延长其使用寿命并确保整个系统一致、有效的性能。
问：进水分析如何影响 RO 系统设计？ 答：详细的进水分析至关重要，因为它决定了所需的具体预处理方法，影响膜类型的选择，并决定了 RO 系统的整体尺寸和操作参数。
问：阻垢剂能完全消除结垢风险吗？ 答：虽然阻垢剂在抑制许多结垢物质沉淀方面非常有效，但它们可能无法完全消除风险，尤其是在极端条件下或投加不当的情况下。它们还需要仔细选择，以避免导致生物污染。