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反渗透技术，作为当前工业污水处理领域广泛应用的膜技术，是一种新型的膜分离技术。该技术依赖于反渗透膜在压力作用下的独特性能，实现溶液中溶剂与溶质的有效分离。通过利用反渗透膜的选择透过性和外界推动力的共同作用，克服渗透压，促使溶剂顺利穿越渗透膜，达到分离目的。
实现这一过程需满足两大条件：一是操作压力必须高于溶液的渗透压；二是反渗透膜需具备优异的选择性和脱水性。由于反渗透膜的膜孔径极小（仅为约1纳米），因此它能够高效去除水中的溶解盐类、胶体、微生物及有机物等杂质，去除率高达97%至98%。然而，值得注意的是，反渗透膜对原水的pH值和温度较为敏感。在将原水引入反渗透系统之前，需进行必要的预处理，以确保水质满足反渗透膜的处理要求。随后，利用加压泵将预处理后的原水送入反渗透装置，使原水在穿越反渗透膜的过程中转化为产水，而原水中的无机盐、有机物等则被截留在进水侧，形成浓液。这些浓液可进行回收或再处理。
反渗透技术作为一种物理处理方法，具有诸多显著优势。首先，其操作仅需依靠压力作为推动力，相较于其他传统物理处理手段，能耗最低。其次，反渗透过程可在室温环境下进行，无需发生相变。再者，该技术无需使用化学处理试剂，因此无化学废液排放，对环境几乎无污染。此外，反渗透操作设备占地面积小，操作简单便捷，且维护频率较低。
工程背景
某水处理站于2022年8月正式投入运行，其原水由酒钢集团提供。原水水质参数如下：
- pH值：8.2
- 悬浮物：16.4毫克/升
- 总溶解物：351毫克/升
- 全硬：225毫克/升
- 总硬度：146.4毫克/升
- 钙离子（CA²⁺）：48.09毫克/升
- 镁离子（Mg²⁺）：25.54毫克/升
- 硫酸根离子（SO₄²⁻）：52.83毫克/升
- 氯离子（Cl⁻）：23.82毫克/升
- 全铁（全Fe）：2.4毫克/升
- 总磷：0毫克/升
- 锌离子（Zn²⁺）：0毫克/升
- 导电率：651微西门子/厘米
工艺流程
处理工艺如图1所示，其中反渗透装置的设计产水量为15吨/小时。
设备配置
- 原水箱：容积37.5立方米
- 原水泵：流量25立方米/小时
- 多介质过滤器：流量22立方米/小时
- 活性炭过滤器：流量22立方米/小时
- 保安过滤器：过滤精度5微米
- 反渗透装置：流量15立方米/小时，高压泵：流量20立方米/小时
- 中间水箱：容积37.5立方米
- 中间水泵：流量25立方米/小时
- 混合离子交换器：流量15立方米/小时
- 除盐水箱：容积45立方米
- 絮凝剂加药泵：流量0~3.8升/小时，扬程1.0兆帕
- 阻垢剂加药泵：流量0~3.8升/小时，扬程1.0兆帕
反渗透装置故障
反渗透装置在投运后3个月内，产水量急剧下降至7至8吨/小时。经过药剂清洗后，产水量虽有所提升，最高达到12吨/小时，但再运行3个月后，产水量再次降至4至5吨/小时。同时，进水压力、膜间压力及浓排压力分别上升至约2.3兆帕、2.15兆帕和2.1兆帕，出水电导率也攀升至35至40微西门子/厘米。
为确保出水水质并提升产水量，运行人员不得不每天对反渗透装置进行清洗。然而，清洗后反渗透装置仅运行4至8小时，产水量便开始下降。此外，由于产水电导率过高，混合离子交换器的负担加重，导致其仅运行2天后便失效。
混合离子交换器失效后，需使用盐酸和火碱进行再生，这导致盐酸和火碱的用量大幅增加，进而使化学水处理站的运行费用居高不下。更为严重的是，由于化学水处理站无法确保余热锅炉的最低安全用水量，余热锅炉不得不减负荷运行，以牺牲发电量来维持余热发电系统的正常运行。
针对上述故障现象，我们首先对水处理站的工艺流程及所配设备进行了全面调查。
故障原因分析
通过深入调查了解水处理站的工艺流程，并结合反渗透膜本身的性质、运行过程中的工艺要求以及同类废水反渗透处理工艺的配置和运行参数，我们得出了造成该水处理站反渗透装置产水量低的主要原因和次要原因。
主要原因
1. 缺乏水温加热装置，导致冬季原水水温低于10℃，进而减弱了水分子活性，增大了黏滞性，降低了反渗透膜的效率。
2. 原水水质优良，在化学水处理工艺流程中不应添加絮凝剂。絮凝剂作为大分子有机物，极易引发膜的污染和堵塞。
3. 保安过滤器的过滤精度较低。
4. 阻垢剂加药量不足且投加比例不当，导致膜易结垢堵塞。
次要原因
1. 反渗透装置停机后未及时用软水进行清洗。
2. 每天对多介质过滤器和活性炭过滤器进行清洗，破坏了其过滤层。
改进对策
针对上述故障原因，我们提出了以下改进对策：
1. 使用饱和蒸汽加热原水，将原水温度控制在15至30℃之间。
2. 停止添加絮凝剂，以减少其对反渗透膜的不良影响。
3. 增加反渗透专用阻垢剂的投加量。
4. 根据现场实际情况调整浓缩反渗透阻垢剂的配比，以找到最佳配比方案。
5. 更换滤孔为3微米的保安过滤器芯。
6. 反渗透装置每运行2小时便进行2分钟的冲洗操作，以防止膜间积垢。
7. 当多介质过滤器和活性炭过滤器的进出水压差达到0.04兆帕时再进行反冲洗。
改进后的效果
按照上述改进对策对化学水处理站的工艺流程、加药量及操作程序等进行改进或整改后，反渗透装置的运行状态显著改善。经过8个月的稳定运行验证，产水量稳定在14至15吨/小时之间；进水压力、膜间压力及浓排压力分别保持在约1.1兆帕、1.0兆帕和0.9兆帕；出水电导率稳定在15至17微西门子/厘米之间。此外，混合离子交换器的再生周期也显著延长，从改进前的1至2天延长至现在的12至15天。
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