预处理是什么?
预处理是一个广泛的术语，用于描述在将工业水用于其他目的之前用于处理工业水的任何设备、化学品或过程。如果你有反渗透(RO)装置，你可能需要过滤器上游去除悬浮固体。如果你有锅炉，如硬度和悬浮固体等污染物将需要去除。需要从工厂排出的水在处理之前也需要某种形式的预处理。
为什么预处理很重要?
不幸的是，你不能直接把城市水送到锅炉或排放废水直接进入城市的供水系统。这可能会导致结垢和/或悬浮固体沉积，从而堵塞管道。这反过来可能会要求你投入更多的化学物质，进行更多的清洁，更频繁地更换设备。
根据您的系统需要，预处理系统可以变得非常复杂。
水源
当谈到RO装置时，有两种不同类别的水需要考虑:
- 半咸水:总溶解固体少于15,000个
- 海水:总溶解固体超过15,000个
然而，总溶解固形物(TDS)并不是唯一的决定性因素。区分地表水、地下水/井水和三级水/回用水也很重要。
- 地表水:高浓度的细菌、悬浮物、灰尘和沙砾，以及根据当地天气模式的温度和化学波动
- 地面/水:更高的碱度，硬度，可能还有铁，因为这些水在地下穿过石灰岩
- 三级/重用的水:TDS、总悬浮固体(TSS)、溶解金属以及磷酸盐和氮化合物等细菌营养物质的含量更高，因为这些水很可能已经被城市或工厂本身使用了。
每一种水源都需要不同类型的预处理。
RO给水处理
在为RO装置准备水时，最大的两个问题是将悬浮固体去除到可接受的淤泥密度指数(SDI)限制和处理水中的细菌。反渗透装置可以耐受广泛的无机物，但当重金属含量超过0.05 ppm时，需要在反渗透之前将其清除。
水的组成可能会改变，所以设计一个治疗方案可能会带来挑战。即使你有一个电导率一致的井水，硬度和碱度水平也会随着时间的推移而变化。在设计处理方案时，尽可能使用最新的水样以及一段时间内的多个水样，以确保您有正确的数据来做出决定，这是非常重要的。许多工厂在设计预处理装置时忽略了任何形式的SDI或细菌测试，这可能会对反渗透装置产生负面影响。
预处理不良的负面影响
这张图说明了不良预处理的负面影响。糟糕的预处理会对上下游设备造成不利影响。
优化预处理的六个技巧
1.最大限度地提高软化剂盐的效率
软化剂去除硬度和其他任何正电荷高于钠的溶解离子，包括一些钾，铁和重金属。它还可以作为物理过滤器，去除一些TSS，尽管它们通常不是在预处理过程中设计这样做的。其他的都要经过软化剂。
当软化剂耗尽钠时，需要用氯化钠盐水重新充注。
在确定树脂容量时要注意以下三点:
- 每立方英尺加盐的磅数
- 容器中的树脂立方英尺
- 水的总硬度进入软化剂
随着再生过程中添加更多的盐，容量将会增加。
磅。÷ Kgr/ft3.容量=盐效率
容量的增加不是线性的，你会看到使用多少盐的断点和你能得到多少容量。Chem万搏manbext手机版Treat团队精通这些计算，可以积极与您合作，帮助您优化系统。
注意钠泄露:再生过程中使用的盐越少，硬度就越有可能漏出。
许多设施会定时设置软化剂再生，但这可能不是节约水和盐的最佳方式。确保您正在控制您的系统以防止浪费资源是很重要的。万搏manbext网页登录此外，请记住，如果你的工厂有排放限制，你可能无法轻易地从盐中排放过量的氯化物，这使得最大限度地减少再生变得更加重要。重要的是要依靠数据，除非钠耗尽，否则不要再生柔软剂。
2.提高RO采收率
您可能认为关闭浓缩阀就足以在较高的反渗透回收率下运行。然而，提高RO采收率往往更复杂一些。
注意你的SDI，确保化学饲料是正确的。定期反冲洗上游超滤器或多媒体滤波器是另一个需要记住的重要因素。如果您正在设计一个新的反渗透装置，在寻求增加反渗透产量时，考虑这些问题是至关重要的。
如图所示，如果我们有100gpm进入反渗透装置，并以75%的回收率运行，我们就会产生75gpm的过滤水(渗透水)，每分钟有25加仑的水流入下水道。这是过去几乎所有传统RO系统设计的标准回收率。
然而，这种用水率并不是很有效，特别是如果您关注设施的可持续性。作为环境、社会和治理(ESG)围绕节水的实践在大多数行业中越来越普遍，75%的RO单元回收率对于许多设施来说不再是可接受的回收率。
我们的许多客户要求帮助改进设计以提高回收率，安装回收RO装置，并处理新技术，如闭路反渗透(CCRO)，可以将回收率提高到90%以上。
当考虑提高采收率时，重要的是要考虑结垢电位、离子载荷和水力。
100 gpm饲料不同回收率的水成本差异
在本例中，将采收率从75%提高到80%，仅水成本就节省了13k美元。虽然每个设备的容量不同，但这表明通过提高RO回收率可以节省潜在的成本。
然而，在实现这些节约之前，通过查看水分析来评估离子负载是很重要的。
集中系数
反渗透系统回收率与TDS浓度因子的关系
每个回收率都有一个浓度因子。无论进入反渗透器的是什么，都应集中起来，并根据浓缩系数将装置留在废液流中。随着速率的增加，循环使用的TDS数量也会增加。如果您以3个浓度循环运行，回收率约为66%，并且您希望增加到4个循环，那么回收率将增加到75%，只需额外的1个循环，回收率将提高9%。但是如果你想从4个循环增加到5个循环，在增加系统压力的同时，回收率只增加5%。90%的回收率意味着要进行10次循环。因此，如果有10ppm的硬度进入，100ppm的硬度将使系统恢复到90%。
回收率越高，就越需要注意给水质量的微小波动，因为它们可能会导致结垢问题。
离子加载
例如ChemTreat的R万搏manbext手机版O配置器，它在特定条件下测量水垢饱和水平，以提供抗垢产品和剂量建议
如图所示，如果精矿饱和度低于100%，则不应形成水垢。当您希望提高回收率时，应执行新的结垢预测，以确保抗结垢剂能够在指定的pH值和温度下处理新负载。这也可以帮助你计算需要多少酸来维持一个新的pH值目标，如果有必要，并确定酸的成本是否会低于预计节省的水成本。
液压的局限性
水力限制经常被忽视，不仅仅是在改造ROs或提高采收率时。我们的工作人员已经看到许多反渗透系统的实例，浓缩流量约为每分钟4加仑，而8英寸膜的最低流量为每分钟12加仑。这样的操作将产生离子投影无法捕捉或预测的缩放情况。
无论这些设施在多大程度上控制了他们的抗垢剂和恢复速率，他们仍然将他们的系统置于规模化的风险之中。如果设计投影显示水力极限超出其设计准则，则可能形成水垢。
每个膜制造商都提供免费的水力评估软件下载，其中指出了各种元素的最大进料流量、最大流量率等考虑因素。从通量的角度来看，使用超滤作为预处理步骤的反渗透装置可能会被推得更高一些，而仅使用多媒体过滤器的装置可能更容易受到悬浮固体污染的影响，因此从通量的角度来看受到更多的限制。你的预处理越好，通量率越高，这意味着更少的水流入下水道。
如果您希望提高设备的采收率并节约用水，我们建议运行设计预测(或要求您的水处理供应商这样做)，以便在做出这些决定时，在通常运行的正常缩放预测之上更好地了解您的水力限制。
再利用RO废渣以提高可持续性
有多种方法可以在系统的其他部分重用RO拒绝。一些设施将其添加到他们的冷却塔特别是在较大的冷却系统中，它可以与正常的塔补水一起稀释。
反渗透废液也可以用作工厂某些设备的冲洗水，只要它符合标准。
可能还有其他地方可以使用反渗透废液。你可以做一个水平衡来评估潜在的机会。
3.各个阶段的趋势压降(dP)
反渗透系统各个级的趋势压降包括在级之间添加压力表，如下图中红色部分所示。
各个级指的是共用同一给水的压力容器。
原水在第一阶段总是会到达容器。这些容器会过滤掉一些水，没有被推过膜的水可以被送到第二级，以增加回收率等等。
第一阶段
第一阶段通常会被微生物、胶体、有机物和悬浮物(物理污染)污染。如果你的预处理有压力，而你的SDI很高，第一阶段将受到最严重的打击。这意味着污垢、沙砾、细菌等会被困在最初的元素中。
通常建议安装级间压力表，以便识别问题发生的位置。否则，在进行故障排除时，您将需要使用多个产品来清理整个系统，而不仅仅是其中的一部分。
最后一个阶段
最后一个阶段是可能出现规模扩张的阶段。如果采收率提高或防垢剂进料丢失，结垢的可能性就会增加。由于最后一级的给水具有最高的导电性，这是水垢最初出现的地方。
这张图表分解了影响不同阶段的许多关键问题。分段压降趋势可以帮助您对系统进行更有效的清洗，减少化学品和水的使用以及人力需求。
不同阶段趋势压力下降的例子
蓝色:1圣dP阶段
绿色:2nddP阶段
4.规范你的数据
温度
许多因素影响你的反渗透装置的功能，包括温度。越冷的水密度越大，这意味着它需要更高的泵送压力才能产生与较高温度相同数量的水。的FilmTec™反渗透膜技术手册特别指出给水温度下降7°F(4°C)将导致渗透流量下降约10%(杜邦)™， 2022，第140页)。
盐度
随着水变冷，渗透质量可能会提高，因为毛孔变得更紧，减少了盐的通过。当水变暖时，情况正好相反。
为高效清洁收集数据
与压降趋势一样，收集温度、压力、流量和盐度数据对于确保高效清洗非常重要。如果数据是标准化的，污垢问题可以从基于温度波动的操作变化中区分出来。这将帮助您节省化学品、水和人力，当涉及到执行就地清洗(CIP)程序时。
有许多趋势工具可用于数据规范化。万搏manbext手机版ChemTreat提供该功能作为CTVista®+，我们的智能水务管理软件。使用自动化软件意味着在整理原始数据和改进数据分析上花费的时间更少，从而实现有效和明智的决策。
如果你发现正常渗透流量有10-15%的变化，可能是时候清洗了。清洗前等待太长时间可能会影响反渗透膜的健康状况，甚至造成机械损伤，因此使用标准化数据作为参考点非常重要。您的清洁计划将根据您使用的水种类和进入系统的污染物而有所不同，因此使用标准或预防性维护方法可能会导致您在清洁方面落后，并导致过早更换膜。
5.改善清洁习惯
由于不同阶段的污物不同，不同阶段需要不同类型的清洁剂。
高ph值清洗工艺
高ph值清洁剂在针对悬浮物质、细菌和有机物时效果良好，这些物质往往会在第一阶段出现。
下面的步骤提供了清洁过程的总体概述。然而，严格遵守膜制造商的指导方针是至关重要的。
1.在pH值为11.8-12.0，温度为100°F的条件下制备X%*高pH值清洁剂溶液
2.先将20%的溶液通过滤膜冲洗至排水管
3.每隔15分钟循环浸泡剩余溶液2-3小时，保持pH值和温度(8英寸膜的流量约为每个压力容器40 gpm)
4.每15分钟监测pH值，如果pH值下降超过0.5，就添加腐蚀性物质(如果你的有机负荷高，你可能想在清洗之前将腐蚀性物质冲过你的系统，以清除一些较重的污垢;腐蚀性往往比专业清洁剂便宜，添加这一步可能会节省你一些钱，而不是使用两批高ph值专业清洁剂)
5.弃用优质无氯水彻底冲洗(冲洗至渗透pH值为7.5)
*解决方案将取决于您正在使用的产品和水处理供应商的建议。
低ph值清洗工艺
低ph值清洁剂可以很好地解决第二阶段可能出现的结垢问题。如果在高pH值清洗后立即进行低pH值清洗，则首先冲洗系统以保持中性pH值和渗透导电性小于100是很重要的。
低ph值清洗的过程与高ph值清洗相似。然而，通常不加热量，因为目的是去除水垢。
如果你的清洗液变成了深色、不透明的颜色(高ph值清洗液)或橙色、浑浊的颜色(低ph值清洗液)，则需要将其倾倒，并开始使用新的溶液。
为什么我不能只使用刻薄?
用专业清洁剂提高CIP溶液的导电性比仅仅使用表面活性剂、润湿剂、缓冲液等有更多的好处。例如，如果我们有一个pH值为12的腐蚀性溶液，电导率约为3,000µs，这转换为约1,950 ppm的总溶解固体。对于每100ppm的TDS，你有一个渗透压，所以，在这种情况下，我们有19.5 psi的压力反用于CIP的泵压力。
典型CIP泵的工作压力约为60 psi。通过使用腐蚀性而不是专业清洁剂，泵的压力可以克服渗透压，使渗透，这可能会抑制大量的污垢，砂砾和细菌，你试图摆脱而不是增加横流，这是CIP的目标。添加专用清洁剂将提高电导率至约10,000+µs，这将提高渗透负荷至超过60 psi，并提供大量湍流横流来刮除污垢。
6.考虑新的反渗透膜技术
低能耗膜
与标准膜相比，低能膜在大约150psi时产生相同数量的渗透流量，标准膜在大约225psi时进行测试。这意味着低能膜产生等量的水，同时消耗更少的能量。
这种能力意味着您可以使用更小的给水泵来节省运营成本和资本支出。然而，如果你确实围绕低能膜设计你的系统，重要的是不要替换标准膜，因为这会导致系统问题。
低能膜显著降低泵送能量，这将帮助您节省运行成本。它们在给水温度较低的地区也表现更好，尽管你可能会看到渗透质量略低。
ChemTreat参与的万搏manbext手机版一个例子是，通过改用低能耗的反渗透膜，为一家工厂节省了42%的能源成本，而这种膜只比标准的同等产品多花费10美元。
闭路反渗透(CCRO)和其他高回收率反渗透装置
如果您正在考虑在您的设施中安装CCRO，有三个重要因素需要考虑:
1.容量复苏
传统RO装置以恒定的标准回收率运行，而ccro采用容积回收。标准回收意味着机组每运行一分钟，就有相同流量的水被过滤并排出。
例如，一台100gpm的机组在75%的标准回收率下运行时，每分钟向过滤水箱输送75加仑的水，并向机组运行时的每分钟输送25加仑的水。
容量恢复需要考虑时间。因此，对于同样的100gpm的装置，在75%的回收率下运行，该装置将100加仑的水送入过滤储存罐，大约15分钟，然后在时间结束后将500加仑的水送入排水管。该采收率为总采出流量/(总采出流量+排水流量)x 100。
在这个例子中，1500加仑的水被生产出来，500加仑的水被排出去。这意味着体积回收率为1500 / 2000 x 100 = 75%。在设计这些系统时，这一点很重要，因为循环时间在可以实现的恢复中起着很大的作用。如果RO机组不能在不停机的情况下运行超过15分钟，则无法实现高于75%的回收率。
当考虑回收率超过90%时，循环时间可能为30分钟或更长，请确保有足够的渗透存储空间，以允许单元不间断地运行这么长时间。
2.水化学
传统的反渗透系统会考虑水垢和高水力限制。对于CCRO，您实际上只需要考虑扩展。你需要与你的化学品和设备供应商密切合作，以确保你添加了适量的酸来控制水垢。请与您的水处理供应商核实设备公司提供的信息，以便他们能够选择正确的防垢剂，并在必要时调整pH值，以帮助满足指定的回收率。
3.自动化的趋势
ccro和其他新型高回收率RO装置可以非常数字化和自动化。与标准的ROs不同，操作人员可能很难监控这些数据，因为他们无法进入系统并填写日志表来收集数据。趋势CCRO数据可能有点棘手，但您的水处理供应商可以帮助您从系统中收集有意义的指标。
最后的思考:定期保养对预处理的重要性
维护你的反渗透系统就像它的设计一样重要。
我们推荐以下维护程序，以提高您的系统的寿命和水的质量。经常查阅设备手册和指南以获得适当的指导。
- 根据压降反冲洗或更换上游过滤器，而不是计时器
- 对预处理过滤器进行化学清洗和/或根据需要更换介质
- 记住:管道可能会像过滤器和反渗透装置一样脏，所以要注意问题真正发生的地方
- 每年检查系统，不要等到有问题的时候!
永远记住:许多因素有助于你的预处理和反渗透系统的效率。与所有其他技术一样，在确定使用新方法的可行性时，必须进行尽职调查。请始终查阅您的设备手册和指南，并向我们经验丰富的团队寻求帮助!
参考文献
杜邦公司™。(2022)。FilmTec™反渗透膜技术手册。检索自:https://www.dupont.com/content/dam/dupont/amer/us/en/water-solutions/pumanx手机版blic/documents/en/RO-NF-FilmTec-Manual-45-D01504-en.pdf。