反滲透技術在俄羅斯凈化飲用水中的應用
隨著經濟的發展，人們生活水平的提高，對飲用水的要求愈來愈高，需要設計和采用新的、先進的凈水工藝。到目前為止，解決這一問題的方法是在傳統的凈水構筑物設備上增加臭氧和活性炭吸附設備，使得凈水工藝大為復雜，大大地增加了投資，而且水質提高也不多。一種觀點認為，地下水受到人類活動的影響較小，可以用地下水源代替地表水源(甚至用于大城市)，但是大部分的地下水硬度和含鐵量較高，與傳統的凈水方法(凝聚－沉淀－過濾)相比，凈化上述水源的水更為復雜和昂貴。
隨著技術的發展人們發現，對于供水量不大的給水站，原水為地表水、地下水，甚至是海水時，應用膜凈化方法可以解決這個問題。到目前為止，已經應用和試驗過的膜方法是電滲析和反滲透，但是反滲透具有更大的適應性和發展前途，因為它不僅可以除去鹽類和存在于離了狀態的其它物質，還可以除去懸浮物和有機物質、膠體、細菌和病毒。在凈化工藝工況遭到破壞時，在保持需要凈化效果的同時，僅僅是降低了裝置的出水量。
過去，反滲透被認為是在經濟指標方面不能與其他傳統凈化方法——凝聚加沉淀、曝氣、吸附等方法相競爭的，大部分專家認為是一種特殊的、昂貴的方法，僅限用于醫藥、電了和食品等工業，這是因為這種方法單位能耗較高(7.5～10kw/m3出水)，膜元件和泵設備投資高，預處理系統復雜龐大。
近年來，膜和膜工藝不斷在完善，現在許多國家已設計出和正在制造各種型式的高壓和低壓復合膜，可用于凈化各種領域的原水。
在選擇凈化有毒物質污染較嚴重的地表水和含鐵較高的地下硬水方案時，對于小型和中型處理量的水站，應用反滲透認為是較好的，因為它們緊湊和簡單，同時可以保證有較高的出水水質。
傳統的水消毒方法是利用氯的氧化物，但近年來受到很多的批評和限制，因為它會形成有毒的三氯甲烷，同時對某些病毒消毒效果不好。反滲透凈化除了可以從水中除去有毒有機和無機污染外，還能保證完全消毒，在設資和運轉費方面越來越可以與傳統的方式競爭，更不用說那些需要高質量水的專門領域。這是因為在降低工作壓力(0.7～1.6Mpa)的同時增加了膜單位出水量，因而降低了電耗，降低了壓力外殼、水泵設備、水力集水系統和配水系統的成本。近年來，反滲透方法凈化飲用水在俄羅斯也取得了廣泛的應用，俄羅斯除了從美國和德國進口反滲透設備外，自已也有生產這種設備的工廠。
俄羅斯給水、排水、水工結構和工程水文地質科學研究院經過多年的研究設計制造的小型和中型出不量的反滲透裝置能夠實現工作自動化，而且不需要消耗大量的藥劑，維護人員少，可以應用于日常生活條件下。俄羅斯在應用反滲透方法凈化飲用水方面具有兩個重要的特點。
1 反滲透裝置前不設置預處理
一般認為，水中的混合物會使膜污染，如懸浮物和膠體物、鐵(氧化鐵和亞鐵)、細菌污染、不易溶解物的沉淀(硫酸鈣和碳酸鈣)、有機污染(腐殖酸和富里酸)，清除它們需要使裝置的流程更為復雜，由于預凈化的部件較多，不可能建造方便的和可靠的適用于日常條件下的自動化系統。
俄羅斯科學院通過研究從理論上和試驗研究中找出了在膜上各種沉淀物結垢的規律性，找出了在工作過程中對膜的特性影響最壞的物質。
從形成和去除沉淀物強長的觀點看，結晶的碳酸鈣對膜是最危險的，要去除這些沉淀最實際和容易實現的方法是在原水中加入1～3mg/l的阻垢劑，可以降低沉淀物的形成強度90%～95%。
為了消除形成的數量不多的沉積碳酸鈣，可以周期的對膜進行清洗，清洗是用有機酸和表面活性劑進行的，對清洗溶液有效性進行評價，在合適的運轉工況下，能保證完全去除沉淀物和保持膜的指標在滿意水平，得出了可以建立不需要專門維護和預處理的自動化凈水裝置的結論。曾做過地下水源不經預處理的中間試驗，試驗中運用了周期清洗。試驗表明，經過再生后膜的工作指標，由于去除了大量的沉淀物(碳酸鈣、懸浮物和膠體物)，實際上已恢復到原來水平。
俄羅斯科學院對卷式膜的反滲透裝置進行了許多研究和工業性試驗。證明了處理含有懸浮物10～15mg/l和色度30～40度的地下水、地表水，以及海水和自來水的深度凈化可以對原水不進行預處理，在加入1～3mg/l阻垢劑的情況下，能連續工作1000～3000h。
對含有懸浮物5～10mg/l的的地表水進行研究的結果，連續運轉的清洗周期為500～1000h，若不加清洗繼續工作，壓力損失將增加0.4～0.5MPa，從而使產水量降低。
曾經進行過應用標準的卷式膜元件直徑100mm、長度1000mm處理含懸浮物5～10mg/l河水的試驗，試驗表明，壓力損失隨著通過裝置的流量而增長，因此對于工作于惡劣條件下含懸浮物濃度較高的原水，必需選擇最小的產水量。
俄羅斯科學院根據試驗研究的經驗，設計了產水量1～10m3/d不用預處理的反滲透裝置，也設計過100～200L/h的家用裝置。
2 凈化后的水質符合衛生要求
應用反滲透裝置改善井水和自來水，雖然有許多的優點，但凈化后的水質與衛生機構所制定的準則存在著嚴重的矛盾，這個準則就是Guidelines on Health Aspects of Water Desalination WHO, ETS/80.4。
因為用反滲透裝置從水中除鹽也去除了人體必需的微量元素鈣、鎂和氟，將使人體造成骨瘍和齲齒。
應用反滲透凈化的水可以去除大量的污染物質，同時使水中的含鹽量，亦即水中離了的含量降低了96%～99%。
作為飲用水，對凈化水中的離了成份有一定的要求，應當具有一定數量的含鹽量，以及鈣、鎂、鈉、鉀、銨、氯化物、碳酸氫鹽、硫酸鹽、硝酸鹽和氟化物。例如在俄羅斯和歐共體飲用水標準中氟離子的容許濃度為0.5～1.5mg/L,世界衛生組織推薦的鈣為1～2mg-eq/L。
現在美國和歐洲國家反滲透裝置廣泛應用于凈化井水和最難除去的氟化物、硝酸鹽和亞硝酸鹽離子，在俄羅斯也如此。現以凈化高含氟量的莫斯科附近的地下水為例，看看俄羅斯如何在應用反滲透裝置凈化水質，同時又保證符合飲用標準的。
在除氟的同時，必需保證水的硬度符合衛生標準，但是因難在于反滲透膜阻留單價離子的能力比雙價離子差得多。常常出現這種情況，在力求降低氟化物在含量達到要求時，硬度卻降低到了衛生標準不能容許的水平；在降低總的含鹽量和硬度達到需要水平時；單價離子的含量，例如氟化物又達不到要求。因此需要選擇一種適當的膜，以便使凈化水達到需要的凈化深度。
凈化水的含鹽成份還決定于裝置的下列參數：工作壓力、溫度、出水率(凈化水的流量與進入裝置水的總流量之比)。
按照美國某公司設計的計算機程序對高含氟量莫斯科地下水的分析結果列于表1。
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
上述的計算是在各種數值的出水時進行的，從中可以看出，出水量愈多，出水中的鈣和氟離子的濃度越高，最隹壓力值就愈大。根據計算結果，從幾種出水量中決定最隹壓力值，從中選出的數值要能滿足鈣和氟離子的濃度盡可能接近于推薦的數值，可通過作圖求出裝置工作的最隹參數。
當硬度和氟離子濃度最接近于推薦值水平時(關系曲線的交點)的工作壓力是最隹壓力。
俄羅斯的研究還發現，應用反滲透裝置改善自來水水質經常會過度除鹽，而且使水中的生命必需元素鈣和氟離子的濃度低于衛生標準。為了改善莫斯科自來水的質量，可以應用納濾膜的裝置，在這種情況下，硬度降低4/5到7/8；總的含鹽量減少1/3到1/2。
*原水80m3/h ，出水流量60m3/h ，出水率75%
**原水120m3/h ，出水流量60m3/h ，出水率50%
近年來，我國有些城市掀起了飲用純水的熱潮，這些純水大部分都是用反滲透裝置制取的，一般都采用制取工業純水的設備和工藝，預處理裝置很復雜；在制取這種水的過程中，也忽視了保留人體必需的微量元素這一重要的衛生準則。他山之石，可以攻玉，俄羅斯應用反滲透制取飲用水的經驗值得我們借鑒。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
