几年前，国内反渗透技术的应用还集中于工业纯水及瓶装纯净水制备工艺，由于工业用水对纯度的特殊要求以及瓶装纯净水国家标准的严格限制，系统的高脱盐率无疑是最重要的技术指标。然而目前反渗透技术在污水回用深度处理方面也以得到广泛的应用，在市政供水领域的应用方兴未艾。与传统的纯水项目相比，大型市政用水反渗透系统的给水水质更加复杂，装置规模更大，对产水水质的要求也各不相同。在此情况下，我们已经习惯的纯水反渗透系统设计思路需要进行相应的调整和改进。本文主要针对市政供水系统的特点，讨论苦咸水淡化反渗透系统的设计思路。

市政供水系统的特点

市政供水系统采用反渗透工艺的主要目的是降低总含盐量（TDS），即苦咸水淡化。不同的市政水源其水质超标项目各不相同，有的是TDS，也有部分无机盐指标超标（如硬度、F、Fe/Mn、硫酸盐或其他指标）。事实上借助于传统工艺，如石灰软化、氧化铝过滤、锰砂过滤等，也能够解决个别指标超标问题，虽然反渗透技术对于所有的溶解性物质都具有很高的脱除率，对于所有的超标项目都有效。但是该技术是相对比较昂贵的工艺选择，而且还有浓水排放等问题，所以反渗透的应用还是应该着眼于整体降低TDS。

投资成本和运行成本的控制

市政供水建设项目的投资和运行成本最终是要体现在每一个城市居民要承担的自来水收费上，所以成本控制就显得尤为重要。

勾兑工艺

大流量的市政取水会尽可能选择水质超标最少的水源，通常只需要对部分原水进行淡化处理，然后将淡化水与原水勾兑后供给市政水网。勾兑工艺是控制装置设计规模的一种有效方法。通过简单的推算，我们可以得到反渗透处理水与最终达标产水比例及最终达标产水量的计算公式：

Yro = Qro/Qs= (1- Cs/Cf )(1/R)

Qs = Qf/[1+Yro(Y-1 – 1)]

Qro—反渗透处理水量

Qs—勾兑产品水量即最终达标产水量

Qf—为原水总量

Cs—设计标准水质含盐量

Cf—原水含盐量

R—系统脱盐率

Y—反渗透系统淡化水回收率

假设原水含盐率为2000mg/L，设计标准水质为500mg/L，反渗透系统脱盐率为95%，可以推算出反渗透系统的设计规模为设计供水量的78.9%。系统脱盐率与膜性能、系统回收率和系统平均通量有关，但我们应该注意到，这里系统脱盐率的选择范围是比较大的，高出1%的脱盐率对系统设计规模的影响小于1%。所以应该更多的考虑综合的性价比、操作压力、系统的可靠性和水利用率等多方面的因素。

采用勾兑工艺的另外一个重要原因是管网系统对于保持水质稳定要求。

节能型超低压反渗透膜系统

为了降低运行成本，在可能的条件下应该优先选择节能型的超低压反渗透膜系统。就目前的技术进展情况，超低压膜的标准脱盐率比标准苦咸水膜降低不到1%，而运行压力只有标准膜的50%~60%，节能的效果非常明显（如表1所示）。此外，由于系统运行压力降低了（一般会在10bar以内），高压泵、管道、阀门和压力容器的等级都可有所降低，比如全部给水侧及淡化水侧管道系统都可以采用工程塑料材质，加工、安装和维护都简单多了，当然投资成本也会随之降低。

市政管网对淡化水的腐蚀性要求

与工业纯水系统不同，经过勾兑的淡化水要经过市政管网进入千家万户的。一般市政供水管网系统都是铸铁管和镀锌管，由于反渗透淡化水的强腐蚀性，所以水质稳定性问题是市政供水反渗透系统设计必须考虑的。Seacord[1]和N. Delion[2]对海水淡化反渗透水质与腐蚀控制进行了系统的描述。

朗格利尔饱和度指数（LSI），碳酸钙沉淀倾向（CCPP）和Larson比（LR）等被用来表征水质的腐蚀倾向，具体计算方法可以参考文献[1-2]。在考虑勾兑比例时要同时满足TDS和水质稳定的需求，必要时可采取加碱提高pH的措施。

由于反渗透淡化水pH低（5~6），而且CaCO3含量基本为零，不仅对金属有强烈的腐蚀倾向，而且会腐蚀混凝土。所以在淡化水的储存和勾兑混合槽池设计中也要给予充分考虑，混凝土构筑物表面需要进行衬胶保护。

尽量提高水利用率

需要进行反渗透处理的苦咸水地区往往也是缺水地区，水资源总量非常有限，淡化水产水率或反渗透装置的回收率是非常重要的考察指标。淡化水产水率的提高意味着在水资源汲取总量一定的情况下增加市政供水系统的产水总量，有效节约了稀缺的水资源，减少了浓盐水的排放流量。从系统设计的角度提高反渗透装置回收率的措施有：长流程多段设计，比如采用7m膜壳三段工艺，可以将回收率提高到85%~90%；优化结垢控制，比如在投加阻垢剂的基础上，在第三段加酸调低pH值等。

浓水排放问题

由于市政供水系统的处理量较大，浓水排放问题就会显得尤为突出。比如反渗透装置产水量为2万t/d，回收率为75%时会产生将近7000t/d的浓水，如果将回收率提高到87%，浓水流量仅为3000t/d。提高回收率虽然能够有效降低浓水流量，但浓水的含盐量却同比增加了。反渗透系统浓水的处置是一个由来已久的难题，目前国内外采用的方法有完全蒸发浓缩（ZLD）、污水处理系统排放、深井注射和径流排放等。需要结合具体项目的环境和工程实际进行合理设计。

设计方案比较

下面采用反渗透系统模拟设计软件Winflow2004，针对某地的实际水质，对系统设计方案进行分析比较。设计水质为水库水，经过混凝沉淀、二次过滤和消毒处理，过滤水供给流量40000 m3/d，具体水质指标见表3。要求对部分二次过滤水进行淡化处理，淡化水与其余过滤水混合后供给市政水网，混合水质全部达标，控制TDS不超过900mg/l。

采用方案：

推荐方案：勾兑，超低压膜，87%回收率；

传统设计：勾兑，标准反渗透膜，75%回收率；

纳滤：全部处理，90%回收率。

（纳滤可以基本全部去除多价离子和天然有机污染物，如SO42-、Ca2+、Mg2+等，部分脱除一价离子，如K+、Na+和HCO3-及Cl-等。

从表4的计算结果数据中可以看出，在采用相同膜通量的情况下，与传统设计方式（2/1排列，75%回收率，标准反渗透膜）相比，推荐的长流程设计（三段，介于3/2/1和4/2/1之间的排列方式，第三段设段间增压泵，加酸调整pH）超低压反渗透系统的能耗降低明显，每天多产出合格饮用水2600m3，意味着少排出同样多的浓水。

加长流程的结果是增加了单支压力容器的给水/浓水流量，降低了浓差极化系数*和单支膜元件的回收率。能够有效减少发生胶体污染和微生物污染的倾向，对保证大型系统的长期稳定运行、减少化学清洗频率、提高膜元件寿命和降低运行费用都会大有裨益。

*β = Cm/Cb = Kp exp（Qp/ Qfavg）= Kp exp(2Yi/(2-Yi))

Yi—回收率、Qfavg—平均给水流量、Qp—产水流量

纳滤系统的规模是反渗透的2倍，而且这里的纳滤系统是按照比反渗透高10%的通量计算的。从天然有机物的去除率、整体水质改善和健康饮水的角度，纳滤工艺是较好的选择。但鉴于我国目前的经济基础，特别是多数苦咸水地区的经济发展相对落后，纳滤工艺的投资往往会成为难以逾越的障碍。

结论

与传统的工业纯水反渗透项目相比，大型市政供水苦咸水淡化反渗透系统的设计方案要强调以下几点：

采用勾兑工艺，勾兑比例取决于设计产水总含盐量和勾兑水质的腐蚀倾向；

采用超低压膜、长流程三段工艺，尽量提高产水率、降低运行成本、保证系统的运行稳定性和低化学清洗频率；

保证勾兑后水质的稳定性，防止淡化水对构筑物和管网系统产生腐蚀。

参考文献

[1] Seacord, Developing Post-Treatment Criteria for Seawater Reverse Osmosis, 《中国脱盐》2006，No.2

[2] N. Delion, Importance and impact of post treatments on design and operation of SWRO plants, Desalination 165 (2004) 323–334