反滲透設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

1、反滲透設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)膜分離：物質(zhì)世界是由原子、分子和細(xì)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(huì)傾向于無(wú)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(guò)性的薄膜，某些分子（或微粒）可以透過(guò)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(jiǎn)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(xì)而膜有孔徑。全量過(guò)濾： 全量過(guò)濾也稱為直流過(guò)濾、死端過(guò)濾、與常規(guī)的濾布過(guò)濾相似，被處理物料進(jìn)入模組件，等量透過(guò)液流出模組件，截流物留在模組件內(nèi)。為了保證膜性能的可恢復(fù)性，必須及時(shí)從模組件內(nèi)卸載截留物，因此需要定時(shí)反沖

2、洗（過(guò)濾的反過(guò)程）等措施來(lái)去除膜面沉積物、恢復(fù)膜通量。模組件污染后不能拆開(kāi)清洗，通常使用在線清洗方式（CIP）超濾/微濾水處理過(guò)程一般采用全量過(guò)濾模式。錯(cuò)流過(guò)濾 被處理料液以議定的速度流過(guò)膜面，透過(guò)液以垂直方向透過(guò)膜，同時(shí)大部分截留物被濃縮液夾帶出模組件。錯(cuò)流過(guò)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(cuò)流過(guò)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(dòng)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濃度的懸浮物和溶解性物質(zhì)。懸浮物主要由無(wú)機(jī)顆粒物、膠體和微生物、藻類等生物性顆粒。溶解性物質(zhì)主

3、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(guò)程中，進(jìn)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(huì)沉積在膜上，堵塞進(jìn)水流道、增加摩擦阻力（壓力降）。難溶鹽會(huì)從濃水中沉淀出來(lái)，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(guò)性能的薄膜。當(dāng)液體或氣體透過(guò)半透膜時(shí)，一些組分透過(guò)，而另外一些組分被截留。實(shí)際上半透膜對(duì)任何組分都有透過(guò)性，只是透過(guò)的速率相差很大。在反滲透過(guò)程中，溶劑（水）的透過(guò)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溶解在水中的溶質(zhì)（鹽分）。通過(guò)半透膜實(shí)現(xiàn)了溶劑和溶質(zhì)的分離，得到

4、純水以及濃縮的鹽溶液。滲透： 是當(dāng)流體在跨越半透膜屏障時(shí)的一種自然過(guò)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(méi)有跨越半透膜的水的流動(dòng)產(chǎn)生，因?yàn)樵谀蓚?cè)的化學(xué)勢(shì)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(shì)降低了。純水便會(huì)向鹽溶液一側(cè)滲透，從而產(chǎn)生一個(gè)滲透流，直到化學(xué)勢(shì)的平衡重新建立為止。滲透壓：按照科學(xué)術(shù)語(yǔ)在半透膜的兩側(cè)存在一個(gè)化學(xué)勢(shì)（離子或溶解分子的濃度差）的差值，通過(guò)溶液的滲透過(guò)程對(duì)化學(xué)勢(shì)差進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)平衡重新建立時(shí)，在半透膜的兩側(cè)形成一個(gè)水位差即靜壓差，這個(gè)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

5、度，于半透膜沒(méi)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) * (mi) (1)其中Posm滲透壓（psi），T為溫度（）, (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)。反滲透設(shè)備在圖6a的箱子中，水通過(guò)滲透作用流向鹽溶液一側(cè)，直到達(dá)到新的平衡建立。在鹽溶液一邊施加一個(gè)額外的壓力與滲透壓相等，原有的平衡會(huì)受到影響（圖6b）。外加壓力將會(huì)使鹽溶液一邊的化學(xué)勢(shì)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(guò)程的驅(qū)動(dòng)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

6、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(duì)于反滲透過(guò)程分離水和鹽的機(jī)理還沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的統(tǒng)一解釋。目前一般推薦兩種傳遞模型：毛細(xì)孔流模型和溶解擴(kuò)散模型。水通過(guò)膜有兩種方式，一種是通過(guò)膜上存在的孔，另外一種是通過(guò)膜中的分子節(jié)點(diǎn)之間的擴(kuò)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(guò)，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(guò)程中水比鹽的優(yōu)先地位。水的傳遞水通過(guò)半透膜的速率由方程（2）確定。Qw = ( P - Posm) Kw S/d (2)其中Qw為蘇水透過(guò)膜的速率，P為膜兩側(cè)壓力差，Posm為膜兩

7、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(jiǎn)化為：Qw = A (NDP) (3)其中A為膜常數(shù)，NDP為跨過(guò)膜的水傳質(zhì)凈驅(qū)動(dòng)壓力或凈驅(qū)動(dòng)力。鹽的傳遞透過(guò)膜的鹽流量定義為：Qs = C Ks S/d (4)其中Qs為膜的透鹽量，Ks為膜的鹽滲透系數(shù)，C為膜兩側(cè)鹽濃度差，S為膜面積，d為膜厚度。該方程可簡(jiǎn)化為：Qs = B(C) (5)其中B代表膜常數(shù)，C為鹽傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力。從方程（4）和（5）可以看出。對(duì)于一個(gè)已知的膜來(lái)說(shuō)： 膜的水通量與總驅(qū)動(dòng)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(wú)關(guān)。透過(guò)液的鹽濃度Cp，取決于透過(guò)反滲透膜的鹽量和水量的比：Cp = Q

8、s/Qw (6)膜對(duì)水和鹽的傳質(zhì)系數(shù)不同，所以才有脫鹽率。沒(méi)有什么理想的膜具有對(duì)鹽完全的脫除性能，實(shí)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(jì)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(huì)提高水通量，但對(duì)鹽的透過(guò)沒(méi)有影響，所以透過(guò)液的鹽度會(huì)更低。透鹽率原水中溶解性雜質(zhì)透過(guò)膜的百分率，計(jì)算公式為：SP = 100% (Cp/Cfm) (7)其中SP為透鹽率（），Cp為透過(guò)液鹽濃度，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。可以看出，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(guò)速率在壓力變化情況下保持不變。脫鹽率

9、通過(guò)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(jì)算公式為：SR = 100% - SP (8)其中SR為脫鹽率（），SP為透鹽率（見(jiàn)7式）。產(chǎn)水-透過(guò)液反滲透、納濾膜的透過(guò)液為凈化水，因此也稱為系統(tǒng)產(chǎn)水。濃水-濃縮液未透過(guò)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。回收率（轉(zhuǎn)化率）料液轉(zhuǎn)化為透過(guò)液的百分率。回收率是反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)，計(jì)算公式為：R = 100%(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(shí)料液側(cè)中的鹽濃度也會(huì)增加，致使透鹽量增加、滲透壓上升以及NDP降

10、低，產(chǎn)水量降低。濃差極化比（b系數(shù)）膜透過(guò)水并截留鹽時(shí)，在膜表面附近會(huì)形成一個(gè)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(huì)使實(shí)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(dòng)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(guò)其溶度積形成沉淀結(jié)垢的可能性。濃差極化因子（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(huì)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

11、此CPF與透過(guò)通量（Qp）成正比，與平均料液流量（Qfavg）成反比：CPF = Kpexp（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(dá)為膜元件透過(guò)液回收率（r)的函數(shù)：CPF = Kpexp2R/(2-R) (12)海德能推薦的濃差極化因子極限值為1.20，對(duì)于40英寸長(zhǎng)的膜元件來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于18的回收率。納濾膜及其主要應(yīng)用理想的反滲透膜只對(duì)水有透過(guò)性能，任何溶質(zhì)都會(huì)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(guò)，根據(jù)膜和溶質(zhì)的種類不同，溶質(zhì)的透過(guò)率也不同。納濾膜的一個(gè)很大特征是膜

12、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(wú)機(jī)鹽的重要原因。納濾主要應(yīng)用于以下幾個(gè)介面：(1) 軟化水處理對(duì)苦咸水進(jìn)行軟化、脫鹽是納濾膜應(yīng)用的最大市場(chǎng)。(2) 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(guò)絮凝、沉降、砂濾和加氯消毒來(lái)去除水中的懸濁物和細(xì)菌，而對(duì)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（加氯消毒時(shí)的副產(chǎn)物為致癌物質(zhì)）、低分子有機(jī)物、農(nóng)藥、異味物質(zhì)、硝酸鹽、硫酸鹽、氟、硼、砷等有害物質(zhì)。(3) 中水、廢水處理。(4) 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

13、品等的濃縮、精制。(5) 化工工藝過(guò)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(guò)程的主要指標(biāo)是產(chǎn)水通量和脫鹽率。對(duì)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(yùn)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(yùn)行參數(shù)有壓力、給水流量和回收率等。下面就關(guān)于對(duì)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(duì)產(chǎn)水量和截留率的影響如圖-7所示。一定壓力下當(dāng)供給的原水濃度增高時(shí)，產(chǎn)水量就會(huì)減少。這是因?yàn)楣┙o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(huì)降低的同時(shí)，脫鹽率也會(huì)降低。但是當(dāng)非常低的濃度下，起初濃度增加

14、，脫鹽率率也會(huì)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(duì)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25溫度的影響溫度對(duì)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(kuò)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(duì)于不同類型的膜，溫度對(duì)于脫鹽率率的影響的差別較大。一般來(lái)講溫度增高脫鹽率降低。這是因?yàn)闇囟壬仙?，鹽的擴(kuò)散速度就會(huì)增大的原因。pH依存性進(jìn)水pH值對(duì)膜分離性能有較大影響，但對(duì)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(cè)試溶液，

15、 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（NH2）和羧基（COOH）的兩性電荷膜。在低pH值時(shí)，膜面電位比等電點(diǎn)（膜電位圖-8 給水溫度對(duì)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(duì)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25圖-10 操作壓力對(duì)透水量及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(duì)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25

16、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(shí)，膜面電位比等電點(diǎn)要低,羧基失去質(zhì)子（COOH = COO- + H+）表現(xiàn)為陰性。因?yàn)橥ǔ＞埘０废盗蟹礉B透膜的等電點(diǎn)在酸性范圍，因此在中性（pH=7）附近，聚酰胺膜表現(xiàn)負(fù)電荷性。原水的濃度稀薄的時(shí)候，表現(xiàn)負(fù)電荷性的膜相對(duì)于（Cl-）陰離子比較，陽(yáng)離子(Na)的脫除率就相對(duì)降低。在高濃度，兩種離子的脫除率基本相近。對(duì)于天然水RO/NF系統(tǒng)，pH降低會(huì)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(shí)二氧化碳含量增加，

17、膜對(duì)二氧化碳沒(méi)有分離效果（進(jìn)、產(chǎn)水中二氧化碳濃度相等），透過(guò)膜的二氧化碳會(huì)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(guò)速率受壓力影響較小，隨著產(chǎn)水量增加脫鹽率會(huì)隨著操作壓力的增加而上升，大致為一定值。操作壓力對(duì)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(duì)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(jìn)水流量降低時(shí)脫鹽率和產(chǎn)水量都會(huì)下降。這里有兩方面的原因。一方面壓力不變而進(jìn)水流量降低會(huì)增加系統(tǒng)的濃縮倍率，提高了下游的給水濃度，滲透壓會(huì)相應(yīng)提高，從而降低了凈推動(dòng)壓力。同時(shí)由于降低了產(chǎn)水量，鹽濃度增加導(dǎo)致鹽透過(guò)增加，降低了脫鹽率。另一方面，降低

18、進(jìn)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?duì)產(chǎn)水量和脫鹽率的影響見(jiàn)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(shí)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(lái)自于兩個(gè)方面，一個(gè)是存在滲透壓的影響，另外一個(gè)同原水水質(zhì)也密切相關(guān)?；厥章试龈邥r(shí)，溶解于溶液中的鹽呈過(guò)飽和狀態(tài)，會(huì)有鹽及其它溶質(zhì)析出在膜面沉淀、結(jié)垢的可能，會(huì)對(duì)膜性能帶來(lái)很大的危害。圖-12 回收率對(duì)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2

19、5溫度溫度是一個(gè)十分關(guān)鍵的設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)，各段產(chǎn)水量較為均衡。水溫較高時(shí)，離子透過(guò)膜體的動(dòng)能增加，因而系統(tǒng)透鹽率增加。水溫增高時(shí)，碳酸鈣的溶解度下降。水溫降低時(shí)，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(shí)是中性；為07時(shí)呈酸性；為714時(shí)呈堿性。在分析化學(xué)中，pH值是氫離子濃度負(fù)對(duì)數(shù)

20、。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?！綬odesign】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(jī)物與油脂的溶解度與污染程度。給水pH值的變化還影響了離子的脫除率，pH值下降時(shí)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(biāo)。沒(méi)有離子的理想純水，不會(huì)產(chǎn)生電流。電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀測(cè)量，其單位為微西門子/厘米(s/cm)。電導(dǎo)率也是

21、測(cè)量水中離子濃度的簡(jiǎn)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。TDS（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(duì)應(yīng)的不同轉(zhuǎn)換系數(shù)或溶解固體總量（TDS）對(duì)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(duì)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(cè)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(wú)機(jī)物。TDS以ppm或mg/l為單位，在【IMSd

22、esign】軟件中TDS是全部正負(fù)離子與二氧化硅的合計(jì)?！綢MSdesign】軟件中給水與淡水的TDS可以通過(guò)各自電導(dǎo)率折算出來(lái)。也可以在現(xiàn)場(chǎng)用TDS儀測(cè)量TDS，TDS儀測(cè)量水的電導(dǎo)率并乘以轉(zhuǎn)換因子即得出已知參考溶液（如氯化鈉、氯化鉀）的TDS值。值得注意的是：通過(guò)電導(dǎo)率數(shù)值間接測(cè)出的各類離子混合而成水溶液的TDS值，與通過(guò)總加各類離子濃度得出的TDS值并不相同。一個(gè)粗略算法是：對(duì)于氯化鈉參考溶液，每1 ppm的TDS值對(duì)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(guò)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.

23、4至8.2；pH值為4.4或更低時(shí)，堿度以二氧化碳形式存在；pH值8.2時(shí)，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(shí)碳酸氫鹽與碳酸鹽溶液相互平衡。pH值為9.6時(shí)，不存在二氧化碳與碳酸氫鹽，全部堿度為碳酸鹽。當(dāng)pH值在9.6以上時(shí)，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6.0至8.4，所以氫氧化物的出現(xiàn)是人為的。堿度（特別對(duì)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(jì)的ppm值表示的水的總堿度（用甲基橙作指示劑，酸滴定終點(diǎn)為pH=4.2）。P堿度測(cè)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(diǎn)為pH=8.2）。濁

24、度濁度是對(duì)水中不易沉淀的微小膠體懸浮物的檢測(cè)指標(biāo)。用濁度儀測(cè)量濁度就是測(cè)量溶液的相對(duì)透光度，并以NTU為單位。RO膜元件運(yùn)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(cè)試參數(shù)，依據(jù)不同有機(jī)物引起色度的大小，可以用色度表示水中有機(jī)化合物含量的大小，并使用以白金為標(biāo)準(zhǔn)的APHA單位。SDI（污染指數(shù)）SDI是針對(duì)膜系統(tǒng)而檢測(cè)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(yàn)數(shù)據(jù)。該試驗(yàn)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(guò)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?yàn)橛偃筍DI試驗(yàn)只進(jìn)行了5或10分

25、鐘，說(shuō)明給水對(duì)RO系統(tǒng)的污染將是十分嚴(yán)重的。略加處理或全無(wú)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(duì)地表水而言，欲達(dá)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(cè)試參數(shù)，用以測(cè)定生物可降解與生物不可降解有機(jī)物的含量，即計(jì)量重鉻酸鉀溶液氧化有機(jī)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(cè)試參數(shù)，用以測(cè)定生物可降解有機(jī)物的含量。BOD測(cè)量的是20下5天培養(yǎng)期內(nèi)分解全部有機(jī)物質(zhì)時(shí)所消耗的氧量。TOC（總有機(jī)碳）TOC是總有機(jī)碳（Total Organic Carbon）或總可氧化碳（

26、Total Oxidizable Carbon）的英文縮寫(xiě)，是一個(gè)非精確測(cè)試參數(shù)。它以碳的ppm值為單位檢測(cè)與有機(jī)物結(jié)合的碳的總量。由于TOC僅反映有機(jī)物中碳的數(shù)量，地表水中有機(jī)物的實(shí)際重量是該值的3倍。有機(jī)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(jī)物可分為人造的與自然存在的兩類。自然存在的典型有機(jī)物包括帶負(fù)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(jī)物可以污染RO膜，特別是對(duì)帶負(fù)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(qiáng)的抗有機(jī)物污染能力。RO系統(tǒng)可以有效的去除有機(jī)物

27、，分子量大于200的有機(jī)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(jī)物污染的警戒水平：TOC為3 ppm、BOD為5 ppm、COD為8 ppm。陽(yáng)離子與陰離子陽(yáng)離子是正價(jià)離子，可吸收電子；陰離子是負(fù)價(jià)離子，有剩余電子；正負(fù)離子可以相互作用。他們對(duì)電子的共享形成電中性。例如，鈣是二價(jià)陽(yáng)離子可以結(jié)合兩個(gè)單價(jià)氯離子形成電中性的氯化鈣。不論計(jì)量單位是ppm、碳酸鈣或meg/l，水中的正負(fù)離子濃度均相等。極性弱的陰離子硅雖計(jì)入TDS，但不參與陰陽(yáng)離子平衡。離子強(qiáng)度給水中TDS增加時(shí)難溶鹽的溶解度隨之增加。為在計(jì)算硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶或SDS

28、I的溶解度時(shí)計(jì)及上述現(xiàn)象的影響，需要計(jì)算水中的離子強(qiáng)度：?jiǎn)蝺r(jià)離子的強(qiáng)度是其以碳酸鈣計(jì)ppm濃度乘以110-5，二價(jià)離子的強(qiáng)度是其以碳酸鈣計(jì)ppm濃度乘以210-5，依此計(jì)算各價(jià)離子的強(qiáng)度?？偧痈黝愲x子的強(qiáng)度即為水的總離子強(qiáng)度。鈉離子（Na）鈉是單價(jià)陽(yáng)離子，鈉鹽的溶解度很高，不會(huì)在RO系統(tǒng)中造成結(jié)垢。海水中鈉是主要的陽(yáng)離子。作為陽(yáng)離子的鈉，在RO給水分析中自動(dòng)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(guó)EPA已設(shè)立了飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（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

29、侖10打蘭（171.2 mg/l）硬度的相對(duì)硬水經(jīng)軟化后只含鈉79 mg/L。鉀離子(K)鉀是單價(jià)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(huì)造成RO結(jié)垢。鎂離子(Mg)鎂是二價(jià)陽(yáng)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。鎂鹽的溶解度較高，在RO系統(tǒng)中通常不會(huì)造成結(jié)垢問(wèn)題。鈣離子(Ca)鈣是二價(jià)陽(yáng)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(shí)，硫酸鈣（CaSO4）（石膏）的溶解度可達(dá)230%。碳酸鈣的溶解度LSI（朗格里爾指數(shù)）值可達(dá)+1.8+2.5。鍶離子(Sr)鍶是二價(jià)陽(yáng)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(dāng)硫酸根濃度增加或

30、溫度降低時(shí)，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(shí)，飽和濃度可達(dá)800%。鋇離子(Ba)鋇是二價(jià)陽(yáng)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)造成沉淀。溫度降低與硫酸鹽濃度增高均使硫酸鋇的溶解度進(jìn)一步下降。鋇一般出現(xiàn)在井水中，濃度一般小于0.050.2 ppm。鋇的檢測(cè)必須在精度為0.01 ppm（10 ppb）水平的儀器上進(jìn)行。飽和度為100%，使用阻垢劑時(shí)可達(dá)6000%。錳離子(Mn)錳是井水與地表水中的污染物，其含量可達(dá)3 ppm。如鐵一樣，地表水的有機(jī)物中存在錳。在無(wú)氧氣的水中錳呈溶解狀

31、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(huì)產(chǎn)生黑銹，在飲用水標(biāo)準(zhǔn)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的污染物。溶于水的形式為二價(jià)鐵。不暴露于空氣的井水中，二價(jià)鐵類似于鈣、鎂，可通過(guò)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(jià)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(jià)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(shí)建議使用分散劑）?？諝馀c可溶二價(jià)鐵的接觸可將其氧化為

32、不溶的三價(jià)鐵。井水之中一般存在可溶的鐵，當(dāng)井水被置于容器或水泵密封不嚴(yán)時(shí)，即可使二價(jià)鐵變?yōu)榈牟蝗艿娜齼r(jià)鐵?？扇荑F可以用分散劑處理，或用鐵過(guò)濾器、軟水器、軟化法加以去除。而不溶的三價(jià)鐵氧化物或以膠體形式存在的氫氧化鐵，將污染RO系統(tǒng)的前端。不溶鐵的來(lái)源是暴露于空氣中的井水、地表水、無(wú)襯里管路與容器的鐵銹。不溶鐵的去除可采用鐵過(guò)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(guò)濾器（部分去除）。在錳砂過(guò)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(yáng)離子聚電解質(zhì)同樣需要注意，它能夠永久污染帶負(fù)電荷的聚酰胺膜。建議RO系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)及RO的供

33、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(huì)造成給水壓力及淡水TDS增加。有時(shí)鐵還會(huì)造成生物污染問(wèn)題，因?yàn)樗鼤?huì)成為食鐵還原菌的食品。食鐵還原菌能夠生成粘性的生物膜，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(huì)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(chǎng)處理時(shí)澄清池、石灰軟化器產(chǎn)生的明礬殘留物造成的。明礬（硫酸鋁）是常用的絮凝劑，對(duì)地表水中帶負(fù)電荷的膠體（淤泥與黏土）起吸附與沉淀作用。明礬溶入水中變成三價(jià)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，

34、進(jìn)行聚合并開(kāi)始吸引水中的負(fù)電荷膠體，并會(huì)發(fā)生鋁質(zhì)膠體在系統(tǒng)中的污堵。因此，在RO給水中0.11.0 ppm的鋁已達(dá)到報(bào)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(jià)陽(yáng)離子或氫氧化鋁形式存在；在高pH值條件下，鋁以帶負(fù)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5.57.5。銨離子(NH4)銨為單價(jià)陽(yáng)離子，銨鹽極易溶解不會(huì)造成RO系統(tǒng)的結(jié)垢問(wèn)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(huì)被RO系統(tǒng)脫除。井水中一般不存在銨離子，泥土中細(xì)菌的作用已使銨轉(zhuǎn)化為暫態(tài)的

35、亞硝酸鹽（NO2）進(jìn)而氧化成常見(jiàn)的硝酸鹽離子。銨離子以不超過(guò)1 ppm的低濃度存在于地表水中，是破壞有機(jī)氮化合物與生物活動(dòng)的結(jié)果。施氨肥農(nóng)田、畜牧場(chǎng)與發(fā)酵場(chǎng)所的排水可以造成地表水的銨污染。由于生物活動(dòng)與大量有機(jī)氮的作用，銨離子在市政污水中可達(dá)20 ppm，另外一個(gè)銨污染源是氨氣與氯氣生成的氯氨殺蟲(chóng)劑。碳酸氫根離子（HCO3）碳酸氫根是單價(jià)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(cè)量單位，對(duì)苦咸水應(yīng)該用LSI（朗格里爾飽和指數(shù)），對(duì)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(jìn)一步下降。碳酸氫根是堿性物，pH值在4.48.2之間時(shí)

36、它與二氧化碳相平衡，pH值在8.29.6之間時(shí)它于碳酸鹽相平衡。碳酸根離子（CO3）碳酸根是二價(jià)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(duì)苦咸水用LSI（朗格里爾飽和指數(shù)），對(duì)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8.29.6之間時(shí)，其濃度與碳酸氫根平衡。pH值大于9.6時(shí)，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(jià)負(fù)離子，硝酸鹽具有高溶解度，不會(huì)造成RO系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)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(gè)環(huán)節(jié)。RO原水中的氮源自動(dòng)植物分解、發(fā)酵、畜牧及施

37、氮肥農(nóng)田等排出的水。井水中不存在氨與銨，他們已經(jīng)被土壤中的細(xì)菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，進(jìn)而氧化為更加常見(jiàn)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(guó)EPA已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(dāng)硝酸根占據(jù)了氧在血紅蛋白中的位置時(shí)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(xiǎn)的。氯離子（Cl）氯根為單價(jià)陰離子。氯鹽的溶解度很高，在RO系統(tǒng)中不會(huì)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

38、來(lái)自動(dòng)平衡水中正離子濃度。從味覺(jué)方面考慮，美國(guó)EPA與WHO標(biāo)準(zhǔn)中指出，飲水中氯根高限為250 ppm。氟離子（F）氟為單價(jià)負(fù)離子，一般它在井水中的含量較低。為了防止牙病，在市政自來(lái)水中需加入氟離子并保持其殘留量達(dá)2.5ppm，因此氟離子在RO給水中是常見(jiàn)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(shí)，由于氟以鹽的形式存在，用聚酰胺膜脫除氟可達(dá)99%以上；pH值顯酸性時(shí)，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(dá)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(huì)造成

39、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(jià)硼酸根陰離子形式存在，pH值低于10狀態(tài)下，它以非離子化的硼酸B(OH)3形式存在，硼酸鹽的去除率與pH值有關(guān)，pH值高時(shí)，取除率也高。二氧化硅（SiO2）硅在某種情況下是一個(gè)陰離子。它的化學(xué)性質(zhì)很復(fù)雜，甚至是不可預(yù)測(cè)的。TOC（以碳計(jì)）表示有機(jī)物總量而未指明有機(jī)物的構(gòu)成，同樣，硅濃度僅表示了硅的總濃度（以碳計(jì)），但沒(méi)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(zhǎng)鏈?；钚怨枋荝O與離子交換工藝中希望的形式，也是Rodesign軟件所使用的二氧化硅的形式。雖

40、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(jì)入陰陽(yáng)離子平衡，卻以鹽的形式計(jì)入TDS。惰性硅是聚合硅，或膠體硅，就其性質(zhì)而言與其說(shuō)是個(gè)離解離子毋寧說(shuō)是個(gè)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(lái)測(cè)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(cè)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200300%。溫度的升高、pH值在7.0以下或7.8以上均會(huì)使硅的溶解度上升，對(duì)硅聚合起催化作用的鐵離子存在時(shí)，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pH值的增加，該脫除率也增加，這是因?yàn)榛钚怨韪嗟氖且喳}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(dāng)溶于水時(shí)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