预处理是什么?
预处理是一个宽泛的术语，用来描述在将工业用水用于其他目的之前对其进行处理的任何设备、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。如果你有锅炉时，需要清除硬度和悬浮物等污染物。需要从工厂排放的水在被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。反过来，这可能需要你添加更多的化学品，进行更多的清洁，更频繁地更换你的设备。
根据您的系统需求，预处理系统可能变得非常复杂。
水源
说到反渗透装置，有两类不同的水需要考虑:
- 半咸水:总溶解固体少于15,000个
- 海水:总溶解固体超过15000个
然而，总溶解固体(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:细菌、悬浮固体、污垢和沙砾浓度更高，温度和化学成分的波动也会根据当地的天气模式而变化
- 地面/水:更高的碱度，硬度，可能还有铁因为这些水在地下的石灰石中流动
- 三级/重用的水:TDS、总悬浮物(TSS)、溶解的金属以及磷酸盐和氮化合物等细菌营养物质含量较高，因为这些水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。
治疗反渗透给水
当水准备为反渗透装置饲料时，两个最大的问题是去除悬浮固体至可接受的淤泥密度指数(SDI)限制和处理水中的细菌。反渗透装置可以容忍广泛的无机物，但当重金属水平超过0.05 ppm时，这些将需要在反渗透之前去除。
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来源，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，尽可能使用最近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，这可能对反渗透装置产生负面影响。
预处理不良的负面影响
这幅图说明了不良预处理的负面影响。糟糕的前处理会对设备上下游造成不利影响。
优化预处理的六个技巧
1.最大化软化剂盐的效率
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，并去除一些TSS，即使它们在预处理过程中通常不设计这样做。其他的东西都要经过软化剂。
当软化剂用完钠后，小球需要用氯化钠盐水重新充电。
在确定树脂容量时要注意以下三件事:
- 每立方英尺加盐的磅数
- 容器中的树脂立方英尺
- 进入软化剂的水的总硬度
当再生过程中添加更多的盐时，容量将会增加。
磅。÷ Kgr/ft3.对于容量=盐效率
容量的增加不是线性的，你会看到一个断点关于使用多少盐和你能从中得到多少容量。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。
注意钠渗漏:你在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多余的氯化物，这使得减少再生变得更加关键。重要的是要依靠数据，除非钠用尽，否则不要再生软化剂。
2.提高RO复苏
你可能认为关闭浓缩阀就足以在较高的RO回收率下运行。然而，增加RO回收率往往更复杂一些。
注意您的SDI，确保化学饲料是正确的。经常反冲洗你的上游超滤器或多媒体过滤器是另一个需要记住的重要因素。如果你正在设计一个新的反渗透工厂，这是至关重要的考虑这些问题时，寻求增加反渗透生产。
如图所示，如果我们有100加仑/分钟的水进入反渗透装置，并以75%的回收率运行，我们就产生了75加仑/分钟的过滤水(渗透水)，每分钟有25加仑的水流入下水道。这是标准的回收率，几乎所有传统的反渗透系统在过去都是围绕这个回收率设计的。
然而，这种水的使用速度不是很有效，特别是如果你专注于你的设施的可持续性。作为环境、社会和治理(ESG)节约用水的做法在大多数行业中越来越普遍，75%的RO单元采收率已不再是许多设施可以接受的采收率。
我们的许多客户要求我们帮助改进设计，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、离子负载和水力。
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%，仅用水成本就可节省13k美元。虽然每个设备的容量不同，但这表明通过提高RO回收率可以实现潜在的成本节约。
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相关的浓度因子。无论进入RO的是什么，都应该集中起来，并根据浓度因子离开废品流中的单元。随着速率的增加，被循环使用的TDS的数量也会增加。如果你在3个循环的浓度下运行，大约66%的回收率，你想增加到4个循环，回收率将增加到75%，一个额外的循环增加9%。但是如果你想要从4个循环增加到5个循环，那么当给系统增加更多的压力时，恢复率只会增加5%。90%的回收率意味着高达10个循环。所以，如果有10ppm的硬度进来，100ppm的硬度将以90%的回复率离开系统。
回收率越高，你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 Configurator，它可以在特定条件下测量水垢饱和水平，以提供防垢剂产品和剂量建议
如图所示，如果精矿饱和度低于100%，就不会形成水垢。当您希望提高采收率时，应进行新的垢度投影，以确保防垢剂能够在指定的pH值和温度下处理新的负载。这也可以帮助您计算需要添加多少酸来维持新的pH值目标，如果有必要，并确定酸的成本是否将低于预计节约的水成本。
液压的局限性
不仅仅是在改造活性氧或提高采收率时，水力限制常常被忽视。我们的工作人员见过许多RO系统的实例，浓缩流量约为每分钟4加仑，而8英寸膜的最小流量为每分钟12加仑。这样操作会产生离子投影无法捕捉或预测的缩放情况。
无论这些设施如何控制他们的抗垢剂和回收率，他们仍然使他们的系统处于扩大的风险。如果设计投影显示水力极限超出了设计准则，就可能形成水垢。
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、最大通量率等考虑因素。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，因此从通量的角度来看，受到的限制更大。预处理效果越好，通量率越高，这意味着流入下水道的水越少。
如果您希望提高设备的采收率并节约用水，我们建议运行设计投影(或要求水处理供应商这样做)，以更好地了解您的水力限制，通常在做这些决定时运行正常缩放投影。
重复利用RO废料以提高可持续性
有多种方法可以在系统的其他部分重用RO拒绝。一些设施把它添加到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。
只要符合标准，反渗透废液也可以用作工厂中某些设备的冲洗水。
可能还会有其他领域的RO废液可以使用。你可以做一个水平衡来评估潜在的机会。
3.各阶段趋势压降(dP)
反渗透系统各个阶段的趋势压降需要在各阶段之间添加压力表，如下图中红色部分所示。
单个级指的是共用同一个给水的压力容器。
未经处理的给水总是在第一阶段进入容器。这些容器会过滤掉一些水，没有通过膜的水可以被送到第二级，以增加采收率等等。
第一阶段
第一阶段通常会被微生物、胶体、有机物和悬浮物污染(物理污染)。如果你的预处理有压力，你的SDI高，第一阶段将受到最严重的打击。这意味着污垢、沙砾、细菌等会被困在这些最初的元素中。
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
最后一个阶段是规模可能出现的阶段。如果提高了采收率或失去了防垢剂，垢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。分级压降趋势可以帮助您更有效地清洗系统，减少化学品和水的使用以及人力需求。
不同阶段的趋势压降例子
蓝色:1圣dP阶段
绿色:2nddP阶段
4.规范化数据
温度
许多因素影响你的反渗透装置的功能，包括温度。冷水的密度更大，这意味着它需要更高的泵送压力才能产生与温度更高的水相同的水量。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年，第140页)。
盐度
随着水变得更冷，渗透质量可能会改善，因为孔隙变得更紧，减少了盐的通过。当水变暖时，情况正好相反。
为高效清洗收集数据
与压降趋势一样，收集温度、压力、流量和盐度数据对确保高效清洗非常重要。如果将数据归一化，就可以根据温度波动将污垢问题与操作变化区分开来。这将帮助您在执行现场清洁(CIP)程序时节省化学品、水和人力。
有许多趋势工具可用于数据规范化。万搏manbext手机版ChemTreat提供这种功能作为CTVista®+，我们的智能水管理软件。使用自动化软件意味着更少的时间来整理原始数据和改进的数据分析，以有效和知情的决策。
如果你发现常规渗透流量有10-15%的变化，可能是时候进行清洗了。在清洗之前等待太长时间可能会影响反渗透膜的健康，甚至造成机械损伤，因此使用规范化数据作为参考点是很重要的。您的清洗计划将根据您使用的水的种类和进入您的系统的污染物而变化，所以使用标准或预防性维护方法会导致您落后于清洁，并导致膜过早更换。
5.提高清洗实践
由于不同阶段的污染物不同，不同阶段需要不同类型的清洁剂。
减清洗过程
当针对悬浮物、细菌和有机物时，高ph值清洁剂提供了良好的效果，这些往往在第一阶段出现。
下面的步骤提供了清洗过程的总体概述。然而，严格遵循膜制造商的指导方针是至关重要的。
1.制备X%*高pH值清洗剂溶液，pH值为11.8-12.0，温度为100°F
2.先将20%的溶液通过膜冲洗到排水管
3.循环和浸泡剩余溶液每隔15分钟2-3小时，保持pH值和温度(8英寸膜的流量约为40 gpm每个压力容器)
4.每15分钟监测一次pH值，如果记录到pH值下降大于0.5，就添加苛性物(如果你的有机负荷很高，你可能想在清洗之前将苛性物从你的系统中冲洗掉，以清除一些较重的污垢;腐蚀性清洁剂往往比专业清洁剂更便宜，添加这一步可能会节省一些钱，而不是使用两批高ph值专业清洁剂)
5.丢弃并用优质无氯水彻底冲洗(冲洗至渗透pH值为7.5)
*解决方案取决于您使用的产品和您的水处理供应商的建议。
低ph值清洗过程
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。如果你在高pH值清洗后马上进行低pH值清洗，重要的是首先冲洗系统，以保持中性pH值和渗透导电性小于100。
低ph值清洗的过程与高ph值清洗类似。然而，通常不添加热量，因为目的是去除水垢。
如果清洗液变成深色、不透明的颜色(高ph值清洗)或橙色和浑浊的颜色(低ph值清洗)，就需要将其倾倒，并开始新的溶液。
为什么我不能只用苛性精?
使用专业清洁剂提高CIP溶液的导电性比仅使用表面活性剂、润湿剂、缓冲剂等有更多的好处。例如，如果我们有一个pH值为12的碱溶液，电导率约为3000 μ s，这转换为约1,950 ppm的溶解固体。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的压力来抵消用于CIP的泵压力。
典型的CIP泵的工作压力约为60psi。通过使用腐蚀剂而不是专门的清洁剂，泵的压力可以克服渗透压，产生渗透，这可能会抑制大量的污垢，沙砾和细菌，你想要摆脱，而不是促进横流，这是CIP的目标。添加一个特殊的清洁剂将提高导电性约10,000+ μ s，这将提高渗透负荷超过60psi，并提供大量湍流横流刮除污垢。
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时产生相同的渗透流量，标准膜在大约225psi时测试。这意味着低能量的膜产生等量的水，而使用更少的能量。
这种能力意味着您可以使用更小的进料泵，以节省运行成本和资本支出。然而，如果你确实围绕低能量膜设计你的系统，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，这将帮助您节省操作成本。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。
例如，ChemTreat万搏manbext手机版公司通过更换低能量反渗透膜，为一家工厂节省了42%的能源成本，而该膜的成本仅比标准的同等材料高出10美元。
闭路反渗透(CCRO)和其他高回收率RO装置
如果您正在考虑在您的设施中安装CCRO，有三个重要的因素需要考虑:
1.容量复苏
传统的反渗透装置以恒定的标准回收率运行，而cro则采用容积回收。标准回收意味着装置运行的每一分钟，都有相同流量的水被过滤并送到排水系统。
例如，一个100gpm的装置以75%的标准采收率运行，每分钟向过滤水箱输送75加仑的水，并排出25加仑的水。
容量恢复需要考虑时间。因此，对于同样的100gpm装置，在75%的采收率下运行，该装置将100加仑的水送到过滤的储罐中大约15分钟，然后在时间结束后将500加仑的水送到排水管中。这种回收需要总采出流量/(总采出流量+排水流量)× 100才能获得回收量。
在这个例子中，1500加仑的水被生产出来，而500加仑的水被排走。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，因为循环时间在采收率方面起着很大的作用。如果RO装置不能在不关闭的情况下运行15分钟以上，则无法实现75%以上的采收率。
当考虑回收率超过90%时，循环时间可能为30分钟或更长，确保有足够的渗透存储，以允许机组运行这么长时间而不中断。
2.水化学
传统的反渗透系统考虑到结垢和高水力限制。对于CCRO，您实际上只需要考虑伸缩问题。您需要与您的化学品和设备供应商密切合作，以确保您添加了正确的酸量来控制垢。确认设备公司和水处理供应商提供的信息，以便他们可以选择正确的防垢剂，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
cro和其他新型高回收率RO设备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情况，因为他们无法走到系统前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。
最后的想法:定期保养对前处理的重要性
维护你的RO系统和它的设计一样重要。
我们建议以下维护程序，以改善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
- 每年检查一次系统，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，必须作出适当的努力。总是咨询您的设备手册和指南，并向我们经验丰富的团队提供帮助!
参考文献
杜邦公司™．(2022)。FilmTec™反渗透膜技术手册。来自:https://www.dupont.com/content/dam/dupont/amer/us/en/water-solutions/pubmanx手机版lic/documents/en/RO-NF-FilmTec-Manual-45-D01504-en.pdf。