基于下列原因,設計多級膜法處理系統:
常規的產水出水品質不夠理想;
不允許采用離子交換作為后處理(不允許采用再生藥品);
脫除病毒、細菌、熱源和有機物特別重要;
需要極高的系統可靠性。
制藥和醫藥生產工藝用水一般設計成產水多級系統,多級膜處理系統實際上是兩個傳統RO/NF系統的組合,第一級的產水作為第二級的進水,兩級既可以是單段式,也可以是多段式,既可以是一次通過式,也可以有濃水再循環運行模式 。
圖5-9為多級RO系統的示意圖,第二級(R02)的濃水回流到第一級(R01)的進水端,這是因為,其品質仍比進入系統原水水質好,同時R02的進水水質高(R01的產水),因此R02比R01有更高的水回收率,就可以使用較少的膜元件。
圖5-9 二級反滲透系統
只要不超過膜元件最高允許進水壓力(對于BW系列元件,41bar),整個系統可以只設置一臺高壓泵,而不需要每一級單獨設泵,此時,第二級由第一級R01的產水壓力來推動,但是在任何時間和條件下,同一級的產水壓力與同一級的進水或濃水壓力的差值(即背壓)不得大于0.3bar。也可以設置一個中間過渡水箱以收集第一級的產水,然后再利用高壓泵向第二級反滲透裝置供水,但該水箱要采取細致的措施防止受灰塵和微生物的污染。
產水電導率在多數情況下是產水品質最重要的參數,由于二氧化碳無法被膜所脫除,它會存在于成品水中,形成碳酸引起電導率的上升,通過將進水pH加堿調節到8.2左右,就可以阻止CO
2透過
反滲透膜,在此pH條件下,所有二氧化碳會轉化成碳酸,而碳酸能被膜很好地除去,在R01 的進水或產水中均可以加入NaOH,在產水中加NaOH時,加入量非常小,這是因為R01產水幾乎不存在緩沖能力,但在第一級R01的進水中加堿要干萬小心,防止碳酸鈣沉淀,在pH8.2左右最容易發聲碳酸鈣沉淀。采用加堿處理方法,一般情況下,原水含鹽量不高時采用二級反滲透工藝,系統產水電導率可達<1μs/cm(25℃)。