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昆明反滲透系統設備設計及云南反滲透系統設備運行控制說明，云南皓泉水處理公司根據用戶要求設計反滲透系統設備及控制系統，反滲透系統設備控制完全達到自動控制安全運行。

反滲透系統設計及運行控制（一）

1、高壓泵后面設手動調節閥和電動慢開閥的意義

膜元件設計產水量應該小于標準產水量，如按標準產水量作為設計產水量，則反滲透膜元件很快就會受到污染，造成膜元件損壞。膜元件生產廠家提供的設計導則建議應根據不同的進水水源來選取不同的設計產水量，應該選用能夠保證3年后達到設計產水量的給水泵，即需要設計更高壓力的給水泵，但系統初始投運時不需要很高的壓力就可以達到設計產水量，所以系統在初始運行時給水泵壓力富裕，隨著時間的推移，壓力富裕逐漸減少，因此高壓泵后面應設手動調節閥來調節給水壓力。有些時候可以對給水泵設置變頻調節裝置，此時可以用變頻的方法來實現給水壓力的調節。高壓泵后面的手動調節閥在設置后一般不需要經常調節，在一段時間內基本上是保持在恒定的位置，在系統每次啟動時也不需要開閉此閥門。如果高壓泵后面沒有其他閥門，此時每次啟動系統時，高壓泵的高壓水源會直接沖擊膜元件，特別是在系統中存在空氣時就會產生“水錘＂的現象，這樣容易造成膜元件的破裂。為了防止上述現象的發生，應該在高壓泵后面設電動慢開閥，在啟動高壓泵后慢慢打開電動慢開閥，也即慢慢向系統的反滲透膜上加載壓力，電動慢開閥應該是全開全閉閥門，其全開全閉時間是可以調節的一般設定為 45~ 60s, 所以從反滲透膜元件的安全角度考慮應該設置電動慢開閥。

2、自動沖洗功能

給水進入反滲透系統后分成兩路，一路透過反滲透膜表面變成產水，另一路沿反滲透膜表面平行移動井逐漸濃縮，在這些濃縮的水流中包含了大量的鹽分，甚至還有有機物、膠體、微生物細和菌、病毒等。在反滲透系統正常運行時，給水／濃水流沿著反滲透膜表面以一定的流速流動，這些污染物很難沉積下來，但是如果反滲透系統停止運行這些污染物就會立即沉積在膜的表面，對膜元件造成污染。所以要在反滲透系統中設置自動沖洗系統利用干凈的水源對膜元件表面進行停運沖洗，以防止這些污染物的沉積。

3、開機時系統不帶壓沖洗

對于已經采取添加停用保護藥劑的系統，應該將這些保護藥劑排放出來，然后再通過不帶壓沖洗把這些保護藥劑沖洗干凈，最后再啟動系統。對于沒有采取添加停用保護藥劑的系統，此時系統中一般是充滿水的狀態，但這些水可能已經在系統中存了一定的時間，此時也最好用不帶壓沖洗的方法把這些水排出后再開機為好。有時，系統中的水不 是在充滿狀態，此時必須通過不帶壓沖洗的方法排凈空氣，如果不排凈空氣就容易產生“水錘＂的現象而損壞膜元件。

4、初始運行數據的記錄

在運行過程當中，由于系統的運行條件，如壓力、溫度、系統回收率和給水濃度的變化會引起產品水流量和質量的改變，為了有效地評價系統的性能，需要在相同的條件下比 較產品水流量和質量數據，因為不可能總是在相同條件下獲得這些數據，因此需要將實際運行狀況下的 RO 性能數據按照恒定的運行條件進行“標準化”，以便評價RO膜的性能。標準化的參考點是以初投運時（穩定運行或經過24h)的運行數據，或者由反滲透膜元件制造廠商的標準參數做參考，標準化包括產品水流量的“標準化”和鹽透過率的 “標準化”。

5、預處理PH值偏高，系統脫鹽率整體過低

pH值是水的酸堿度的衡量指標，pH值變化，會影響到水中各種離子的平衡，尤其是碳酸系統離子的平衡，同時也會影響到氫離子和氫氧根離子的含量，而反滲透膜對各種離子的脫鹽率是不一樣的，同時其脫鹽率會受到pH值的明顯干擾，只有在pH值介于 6 ~ 8 之間時，其脫鹽率最高，當pH值過高或者過低時，其脫鹽率均會大大降低，而石灰軟化預處理工藝pH 值往往都超過1O, 因而會導致系統脫鹽率的大大降低。

6、膜元件產水管的破裂

用戶在安裝時使用了不恰當的潤滑劑，該潤滑劑與由高分子材料制成的膜元件中心管發生了反應，同時由于安裝時的應力作用，造成了膜元件中心管的破裂。根據膜元件廠家的建議，任何時候不允許使用石油類（如化學溶劑、凡士林、潤滑油及潤滑脂等）的潤滑劑用于潤滑O形密封圈、連接管、接頭密封圈及濃水密封圈，允許使用的潤滑劑只有硅基膠、水或丙三醇（甘油）。

7、膜元件玻璃鋼外皮的破損

安裝時并沒有按照廠家的要求在膜元件與壓力容器的連接處安裝相應的墊片，同時系統中反滲透入口處也沒有安裝電動慢開門，在系統啟動時，也沒有進行低壓沖洗排氣，因而造成高壓力的給水瞬間加載到膜元件上，造成了“水錘“現象，同時由于在系統啟動時，沒有進行低壓沖洗排氣，殘留的空氣無法排出，被壓縮在壓力容器的出口端，因而在系統停運時膜元件又被反推回來，造成了膜元件在系統內來回竄動。

8、反滲透系統的設計原則

反滲透系統設計前必須提供完整準確的原水分析報告，水質分析報告包括水質 類型和主要成分指標，所需指標包括溶解離子、硅、膠體、有機物(TOC)。

8.l  典型溶解陰離子

碳酸氫根(HC03-)，碳酸根(CO32-)，氫氧根(OH-)，硫酸根( SO42-)，氯離子 (CL-),氟離子(F-)，硝酸根離子(NO3-), 硫離子(S2-)，磷酸根(P044-)

8.2 典型溶解陽離子

鈣離子(Ca2+)，鎂離子(Mg2+），鈉離子(Na+)，鉀離子(K+），鐵離子 (Fe2+或 Fe3+），錳離子(Mn2+）， 鋁離子（Al3+)， 鋇離子(Ba2+），銅 離子 (Cu2+)和  鋅離子(Zn2+).

8.3 反滲透系統中經常遇到的難溶鹽是 CaS04、CaC03和硅 。其他不常遇到的結垢有CaF2、BaS04 和SrS04, 其他導致問題的離子下面會講到。硫酸鹽在大多數原水中大量存在，它們的濃度有時因人工加硫酸調節PH值而增加。這種情況下，Ba+＋和Sr+＋離子應該被分析并精確到ppb和ppm級別，因為BaS04和SrS04的溶解度比CaS04低，并且它們結垢后很難再溶解。

堿度包括負離子中的碳酸根、碳酸氫根、氫氧根，自然水體中的堿度主要由HC O3-形成。pH在8.3以下的水中，碳酸氫根和二氧化碳平衡存在。當pH高于8.3 時，HC03-將轉變為CO32-產存在。如果原水PH達到11.3以上,將存在0H形式?？諝庵械亩趸紩芙庠谒行纬?/span> H2C03 ，酸性水將溶解CaC03, 而CaC03可能是流經含CaC03巖石時帶來的。許多自然水體中由PH決定的CaC03和Ca(HC03)2的化學 動平衡已接近飽和濃度。Ca(HC03)2的溶解度大于CaC03 如果原水在RO系統中被濃縮，CaC03容易沉淀在系統中。所以投加阻垢劑或加酸調低PH值會經常在RO 系統中使用。

硝酸鹽：很容易在水中溶解，所以不會在RO系統中形成沉淀。硝酸鹽與健康關系更密切，當哺乳動物包括人在內攝取了硝酸鹽后會轉變為亞硝鹽，它會干擾血液中血紅素和氧氣的結合，會引起很嚴重后果，尤其對于胎兒和兒童，由于這個原因，飲用水中硝酸鹽含量要求低于40mg/l。反滲透對硝酸鹽的典型脫鹽率是90-96%。

鐵和錳：通常在水中以二價溶解狀態存在或以三價非溶解氫氧化物形成存在。Fe2+可能來源自井水本身或來自泵、管路、水箱的腐蝕，尤其上游系統中投加了酸。如果原水中鐵、錳濃度大于O.O5mg/L;并且被空氣或氧化劑氧化為 Fe(OH)3   和Mn(OH)2，當pH值偏高時會在系統中形成沉淀。分析表明鐵錳的存在會加速氧化劑對膜的氧化降解，因此在預處理中必須去除鐵錳。

鋁 ：一般不存在干自然水體中。三價鋁會象三價鐵一樣在RO系統中形成難溶的 Al(OH)3, 當pH在5.3至8.5范圍內時候，因為鋁高價正電特性，所以 Al2(SO4)3和NaAl02 可以用于地表水的預處理去除水中負電性膠體，千萬小心鋁鹽不要過多投加，殘留的鋁離子對膜有污染 。也可用 FeCl3 和Fe(S04)3代替鋁鹽作為混凝劑。

銅和鋅：在自然水體中很少存在。有時水中微量的銅和鋅來自管道材料。在pH 值5.3至8.5范圍內，Cu(OH)2和Zn(OH)2 不溶于水， 因為它們一般在水中的含呈較低，所以只有當系統長時間不清洗，它們積累到一定程度時，才會對膜系 統造成污染。可是如果銅鋅與氧化劑（比如過氧化氫）同時存在于原水中，那么會造成膜材質的嚴重降解。

硫化物：以H2S氣體形式溶于水中，去除硫化氫可以用脫氣裝置或用氯氧化或空氣接觸變為不溶性硫磺，用多介質過濾去除 。

磷酸鹽：具有較強負電性，容易和多價離子形成難溶鹽。磷酸鈣在PH中性時溶解度很有限，PH值高時溶解度也不高。進水中投加阻垢劑或調低PH（小于7)可以防止磷酸鹽沉淀。

硅：存在大多數自然水體中，濃度從1至100mg/L。而且PH低于9.0時主要以Si(OH)4存在 。當PH低時，硅酸可以聚合形成硅膠體。當PH高于9.0時它會分離成SiO32-離子而且會和鈣、鎂、鐵或鉛形成沉淀。硅和硅酸鹽沉淀很難溶解。氟化氫胺溶液清洗硅垢比較有效，可是氟化氫胺溶液排放會造成環境污染。當進水中硅含量超過 20mg/L 時，要注意硅結垢的潛在危險。

膠體（懸浮物顆粒）分析：淤泥密度指數(SDI)，也被稱為污染指數   (FI)， 是衡呈RO進水中膠體（顆粒物）潛在污染性的重要指標。RO 進水中的膠體是各種各樣的經常包括細菌、黏土、硅膠體和鐵腐蝕產物。預處理中的澄清器中會用一些化學品，例如明磯 、三氯化鐵或陽離子型聚合劑來去除膠體污染或通過后續介質過濾器去除。

細菌總數和有機物含量: 有兩種方法測定水中細菌數,一種是培養法,另一種是熒光染色法，后者更 常用因為很方便快捷。原水中的有機物一般是油類－表 面活性劑 、水溶性聚合物和腐質酸 。檢測指標有總有機炭  (TOC) ，生化需氧量(BOD ) 和化學需氧量(COD )。要想更精確地分析有機物成份，需要使用液相色譜和氣質聯用儀器分析 。如果原水中的TOC含量大于3mg/l，預處理單元要 考慮去除有機物工藝。

一、水中存在難溶無機鹽類成份的反滲透系統設計

（1）離子交換軟化：此工藝在系統未選擇加有機阻垢劑時且原水硬度含量較低及有一定的鋇、鍶離子含量水源時，被經常采用。一般說來，目前此工藝在小 型反滲透裝置的預處理系統和用于飲用水凈化的反滲透純凈水制備系統應用最多。

（2）石灰軟化輔助投加鎂劑：此工藝在原水碳酸鹽硬度和溶解二氧化硅含量較高的大型反滲透系統中往往被采用。一般說來，該方法可將原水碳酸鹽硬度降低到100mg/L左右，與此同時原水中溶解的二氧化硅含量也可以去除 50~ 60％左右。此工藝在處理水質較差的地表水和工業循環水時應用居多。

二、反滲透脫鹽系統的運行和監控由PLC、儀表、計算機系統和工藝流程模擬屏執行，同時設有手動操作按鈕和控制室橾作按鈕，系統具有聯鎖保護功能及報警指示功能。

RO系統設計過程對儀表和程控的工藝要求

（1） 確定系列（單元）

根據用戶用水情況，RO裝置的總容量可分為幾個單元，因為RO單元的清洗和維修需要停運。

（2） 確定膜的型式和型號

對于容量較大的反滲透系統，均選用渦卷型反滲透膜，對于大型電站水處理系統反滲透之后要進行精處理，經詳細技術經濟論證，往往會得出宜選用復合膜元件的結論 ，然后確定采用哪個廠家的膜元件及其型號。

（3） 確定系統回收率，選定壓力容器

根據系統回收率選用壓力容器。如系統回收率為75%，則考慮采用六個1米長膜元件裝一個壓力容器，或者4個1.5 米長的膜元件裝一個壓力容器。一般采用“一級兩段＂的排列方式。

RO系統回收率的定義是RO產水量與給水量之比，回收率越高消耗的水量越少，但回收率過高會存在以下問題：產品水的脫鹽率下降；可能發生微溶鹽的沉淀，濃水的滲透壓過高，膜元件的產水量降低。

一般苦堿水脫鹽系統回收率多采用75%，即濃水濃縮了四倍，當原水含鹽 量較低時有時也可采用80%，如原水中某種微溶鹽含量高，有時也采用較低的 系統回收率以防結垢。

（4）確定膜元件的數量

根據膜元件生產廠家提供的設計導則，根據原水水源和給水的SDI確定采用的水通量數值。

以每單元指定的RO的產水量除以每支膜元件的平均產水量即估出膜元件的數量，如采用六個膜元件的壓力容器，則除以六，同上取整數得出壓力容器總數，再將壓力容器總數分為兩段，使兩段壓力容器總數之比接近2 : 1, 然后利用廠家提供的軟件，將每個壓力容器內膜元件數、膜元件型號、產水量、回收率、水文、水質、使用年限等輸入即可求出給水壓力、濃水壓力、給水滲透壓、濃水滲透壓、濃水的LSI、產品水和水中離子含量等數據。每輸入一個各段壓力容器的數量，即可得出一組計算結果。對比相應膜元件的設計通量、系統溫度、系統壓力、各報警參數等就可以確定膜元件的數量和膜組件的排列方式。

（5）壓力容器的安裝

大型 RO 裝置，壓力容器組件應單獨布置在滑架上，壓力容器布置的最高高度應便于裝卸膜元件。裝有6個8040型(φ8英寸，長40英寸）膜元件的壓力容器，當運行時（受壓時）將約伸長13mm, 直徑將增大0.5mm, 因此不能限制壓力容器的膨脹，否則引起壓力容器的翹曲，發生膜元件O型密封圈的泄漏而產生溝流，以及膜元件連接件“O”型圈的泄漏，并且與壓力容器連接的管也應采取軟管連接。

（6）加藥系統

加藥量應采用比例調節方式，根據給水流量計發出的信號自動調節計量泵 進行比例加藥。計量箱應裝有就地液位計，并有低液位信號進行報警，以保證 不會因藥液箱無藥而使加藥中斷。

計量泵應與高壓泵聯鎖，反滲透系統包括兩套RO裝置和一套加藥系統,每套RO裝置配備一臺高壓泵。當有一臺高壓泵啟動時加藥系統計量泵聯鎖啟動,當兩臺高壓泵都停運時，加藥系統計量泵聯鎖停運,高壓泵一臺運行；一臺停運時，計量泵正常工作。

（7）就地儀表盤

應設有就地給水儀表盤，盤上裝有流量指示和流量積累表、電導率表、pH    值指示表。另外還應設有給水壓力表、流量表、電導率表和pH表所發出的參數信號送至中央控制室進行連續記錄，同時流量計發出的信號控制計量泵進行比例加藥，pH計發出的高、低報警信號送至中央控制室進行報警。

每套RO裝置設就地儀表盤一塊，盤上裝有RO一段、二段產品水、排水的流量表各一塊（流量及累積流量值顯示），產品水電導率表一塊。流量表和電導率表所發出的參數信號送中央控制室進行連續記錄，并具有電導率值高報警就地盤上裝有高壓泵啟動 、停止按鈕和指示燈，系統緊急停止按鈕和指示燈，電動慢開門開、關按鈕和指示燈。

每套RO裝置設就地壓力表盤一塊，盤上裝有RO 一段進水、二段進水和排水壓力指示表。

中央控制盤上設有高壓泵、計量泵、沖洗水泵的三位操作開關（自動一關一手動），系統程序啟、停按鈕 ，可實現上述裝置的自動啟動控制室遠操和就地手操功能。當三位開關打至“自動”位置時，上述裝置不能就地橾作。

(8) 中央控制盤

應裝有發光字牌和音響器，可對報警信號進行聲、光顯示；裝有系統模擬 屏，可顯示RO系統的運行，可對需記錄的各種參數進行連續記錄。裝有電流表顯示高壓泵電機電流。

(9) 保安過濾器

保安過濾器進、出口裝有壓力指示表，當保安過濾器進出口壓差達到一定值或運行一定時間后，需更換濾芯 。應考慮在5μm過濾器之前裝有不符合 RO   進水要求的不合格水排放。在RO停運后需要進行沖洗，對復合膜元件最好采用反滲透產水進行沖洗。

(10) 高壓泵

進、出口側分別裝有低、高壓開關，當高壓泵進口壓力低于限定值時，低壓開關閉合并發送信號至PLC,由 PLC進行報警并自動停止高壓泵的運行，當高壓泵出口壓力高于限定值時，高壓開關閉合，發出信號送至PLC,PLC延時一定時間后，如高壓泵高壓側壓力仍高于限定值，則PLC輸出報警并自動停止高壓泵的運行，如在延時范圍內高壓開關恢復至斷開狀態，則PLC自動取消輸入信號。

高壓泵出口裝有電動慢開門，高壓泵啟動后，慢開門自動緩慢打開以確保RO膜元件不受水錘破壞，如慢開門發生故障而未能在規定時間內打開，則高壓泵出口壓力增高，壓力開關輸出報警信號并經PLC自動停止高壓泵的運行。

(11) 沖洗系統

RO裝置停止運行一定時間后，可自動啟動沖洗水泵、開啟沖洗進水及排放閥對RO膜元件進行低壓沖洗。

（12）產水背壓問題

防止膜孔袋粘接線破裂，在設計上就必須考慮靜背壓問題。對醋酸膜元件，任何時候產品水側的壓力都不能高于給水及排水的壓力膜不允許承受反壓，對于復合膜元件靜背壓必須小于5psi。粘接線的破裂是由于膜口袋兩側的壓差而非流量，由于逆止閥不能瞬間關閉，不能保證絕對嚴密，所以在系統中設置逆止閥等均不能徹底解決背壓問題。

為防止膜卷伸出，要求設計時給水的流量不能超過設計導則規定的數值，運行時單個膜元件的壓降不允許超過規定值。

（13）RO 裝置啟動和運行過程

RO裝置程序啟動和運行：先將高壓泵 、計量泵的自動一關一手動，三位開關扳至“自動”位置，然后按下每套RO裝置的程序啟動按鈕,此時PLC按程序自動對所有計量箱液位、高壓泵入口側壓力進行檢測，當有低液位或高壓泵入口側壓力“低”報警時，PLC進行聲光報警并停止程序運行。消除報警后，按程序啟動按鈕，程序恢復運行，并自動啟動加藥計量泵 、高壓泵 、開啟電動慢開門，延時一定時間后 ，如高壓泵高壓側壓力仍高于限定值，則PLC 輸出報警并自動停止高壓泵、計量泵的運行，同時自動關閉電動慢開門，如在延時范圍內高壓開關恢復至斷開狀態，則PLC自動取消高壓開關輸入信號，系統進入正常運行階段。

RO 裝置控制室手動啟動和運行：當高壓泵、計量泵 、沖洗水泵的“自動一關一手動”三位開關扳至“手動”位置時，上述設備可在控制室內操作。

RO 裝置就地手動啟動和運行：當高壓泵、計量泵的“自動一關一手動，三位開關扳至“關”位置時，上述設備可在就地手動啟動和運行。在任何情況下 ，都可以通過設置在就地儀表盤上的系統緊急停止按鈕，停止RO裝置的運行。

RO 裝置自動停止運行或由操作人員按程序停止按鈕停運時，高壓泵停止運行,計量泵聯鎖停止運行,自動關閉高壓泵出口電動慢開門。

三、儀表及 PLC 系統的構成

儀表及 PLC 控制系統的構成根據 RO 系統對儀表和控制的要求確定。

(1) 液位開關:給 出低液位信號。

(2) 流量計:瞬時流量指示及流量累積值顯示。

(3) 電導率儀數字顯示，具有電導率值高報警輸出和4~20 mA信號輸出。

(4) pH計數字顯示，具有用戶可設定的 pH 值高、低報警輸出和4~ 20mA信號輸出。