寧夏南部山區水資源匱乏，具有突出的水質性缺水特征，地表水和地下水水質普遍較差，苦咸水廣泛分布，表現為高濃度鹽堿成分，其中，尤以Cl-和SO42-含量比較高[3]，分別達到了1 367、4 111.5 mg/L，遠超生活飲用水衛生標準(GB 5749-2006)，生活飲用水衛生標準中氯和硫酸鹽含量≤250 mg/L。故以高濃度Cl-和SO42-為目標離子，研究苦咸水的除鹽效果。
去除水中Cl-的方法主要有電滲析法、蒸餾法和化學沉淀法。其中電滲析法和蒸餾法由于需要消耗大量的能量，處理成本較高，不宜大規模使用;化學沉淀法由于在反應過程中會引入雜質離子，故不適合用于飲用水除Cl-。去除鹵水中SO42-的方法主要有鋇法和冷凍法。其中利用鋇法去除SO42-的過程中，會引起Ba2+ 含量超標，且BaCl2有較強的毒性，故不適合飲用水處理過程中使用;而冷凍法脫除SO42-的能耗相當大，而且設備投入大，運行費用高，難以實現工業化。因此Cl-和SO42-的傳統脫除方法均具有一定的局限性，找到一種可行性高的脫除方法是十分必要的。反滲透技術是膜分離技術的一種，可用于脫除水溶液中除H+、OH- 以外的其他無機離子，廣泛用于海水、苦咸水的淡化、除鹽處理。低壓反滲透技術作為反滲透技術的一種，所需的工作壓力僅為正常反滲透裝置的二分之一到三分之一，可以達到節約能源，滿足低碳經濟的要求。目前，國內外利用低壓反滲透技術進行脫鹽效果的研究較多，但對于同時去除水中Cl-和SO42-的研究甚少。本試驗探究低壓反滲透技術對于Cl-和SO42-的脫除效果，從而得到一種簡便可行、經濟節能的苦咸水脫鹽的處理方法。
1 材料與方法
1.1 試驗儀器及試劑
膜分離試驗裝置(HPLM-1812-2)、電子分析天平(AB104-N)、100 mL 燒杯、1 L燒杯、500 mL 容量瓶、酸式及堿式滴定管等。
氯化鈉、無水硫酸鈉、硝酸銀、高錳酸鉀、過氧化氫、硫酸、氫氧化鈉、鉻酸鉀、鹽酸、氯化鋇、氯化鎂、乙二胺四乙酸二鈉、酚酞指示劑、甲基紅、鉻藍K- 萘酚綠B 等，藥品均為分析純。
1.2 試驗溶液的配置
根據寧夏南部地區地下水中Cl-和SO42-的實際含量(Cl-比較高質量濃度為1 367 mg/L，SO42- 比較高質量濃度4 111.5 mg/L)配制水樣，如表1 所示。
1.3 試驗方法
根據試驗原水的進水指標及出水指標要求，采用一級一段循環式反滲透工藝，將配置好的不同離子濃度的水樣在不用的進水壓力下進入反滲透裝置中，在反滲透膜的分離作用下分成兩條水路流出，一部分是濃度較高的濃縮液，另一部分是濃度較低的透過液;高濃度的濃縮液回流到原水中，透過液收集起來進行離子濃度測定。
試驗采用單一變量法，研究料液進水壓力、進水濃度和裝置運行時間對低壓反滲透膜除鹽效果的影響。討論Cl-、SO42-的出水質量濃度和截留率，并進行模擬含Cl-和SO42-廢水處理試驗。
1.4 試驗數據分析
反滲透過程對于Cl-、SO42-的去除效果采用截留率(R)來表征，用百分比表示：
R=(1-ρp/ρb)×100%
式中，ρp為透過液質量濃度;ρb為原水質量濃度。
2 結果和討論
2.1 進水TDS 含量對清水出水量的影響
在進水壓力分別為0.55、0.60、0.65、0.70 MPa，進水TDS 含量分別為1 242.8、3 107.2、4 971.5、6 835.8、8 700.1 mg/L 的條件下，進行進水壓力、進水濃度對清水出水量影響的試驗。不同進水壓力下進水TDS與出水量的關系如圖1 所示。
由圖1 可以看出，在相同的進水壓力條件下，隨著進水TDS 的增大，清水(透過液)出水量呈下降趨勢;在相同的進水TDS 條件下，當進水TDS 較低時(如圖1 中進水TDS為1 242.8 mg/L)，進水壓力越高，清水(透過液)出水量越大;當進水TDS 較高后，進水壓力對清水(透過液)出水量的影響相應變弱。試驗結果表明，當處理低濃度含鹽水時，宜采用較高的進水壓力。
2.2 進水TDS 含量對清水TDS 含量的影響
在進水壓力分別為0.55、0.60、0.65、0.70MPa，進水TDS 含量分別為1 242.8、3 107.2、4 971.5、6 835.8、8 700.1 mg/L 的條件下，進行進水壓力、進水濃度對清水出水濃度影響的試驗。不同進水壓力下進水TDS 與出水TDS 的關系如圖2 所示。
由圖2 可知，在相同的進水壓力條件下，隨著進水TDS 的增大，清水(透過液)TDS 呈上升趨勢，且當進水TDS 超過6 835.8 mg/L 時，出水TDS 快速增加。在相同的進水TDS 條件下，進水壓力對清水(透過液)TDS 的影響較小，可忽略不計。試驗表明，低壓反滲透膜對于高濃度含鹽水的處理效果不佳。故建議低壓反滲透過程進水TDS 不宜超過7 000mg/L。
2.3 膜對進水TDS 截留效果
在進水壓力分別為0.55、0.60、0.65、0.70 MPa，進水TDS 含量分別為1 242.8、3 107.2、4 971.5、6 835.8、8 700.1 mg/L 的條件下，進行進水壓力、進水濃度對離子截留率影響的試驗，試驗結果如圖3 所示。
由圖3 可以看出，在相同的進水壓力條件下，隨著進水TDS 含量的增大，反滲透膜對TDS 的截留率呈先上升后下降的趨勢。分析原因，在進水TDS 從1 242.8～6 835.8 mg/L 的范圍內，反滲透膜對TDS的截留效果良好;當進水TDS 超過6 835.8 mg/L后，可能是隨著進水濃度升高，水的通量開始變小，并開始產生濃差極化現象，導致對膜產生污染。這樣，溶質透過膜的機會增大，導致截留率降低，出水水質變差。實際應用中要綜合考慮進水TDS 條件，以確保出水水質合格。
2.4 進水濃度對反滲透過程的影響
在進水壓力為0.60 MPa 的條件下，分別進行Cl-和SO42-進水質量濃度對反滲透過程影響的試驗，試驗結果分別如圖4、圖5 所示。
由圖4 可知，隨著Cl-進水質量濃度的升高，反滲透膜對于Cl-的截留率總體呈下降的趨勢，但均大于92%，且出水質量濃度均小于國家飲用水標準中對Cl-質量濃度的要求(<50mg/L)。同時可以看出，當Cl-進水質量濃度在200～1 100 mg/L 的范圍內，截留率變化不大，基本保持在96%以上，當進水濃度超過1 100 mg/L 時，Cl-的截留率開始有明顯的下降。
由圖5 可知，隨著SO42-進水質量濃度的升高，反滲透膜對于SO42-的截留率總體呈上升的趨勢，且均大于97.5%，出水質量濃度不超過20 mg/L，遠低于國家飲用水標準對SO42-的要求(<250 mg/L)。說明反滲透對于SO42-的截留具有良好的效果，而且即使進水質量濃度大幅度升高，出水質量也穩定可靠。
綜合圖4、圖5 結果可知，低壓反滲透由于膜孔徑較大，對Cl-的截留率不夠高，加之高濃度時產生的濃差極化現象，使得隨著進水Cl-質量濃度升高，出水的通量開始變小，出水水質變差;但這樣的膜孔徑對SO42-具有很好的截留效果，因此即使SO42-的濃度很高也不會透過膜，實現高效的截留作用。
2.5 進水壓力對于反滲透過程的影響
在Cl-、SO42-進水質量濃度分別為1 100、3 300mg/L 的條件下，進行不同進水壓力對于反滲透過程影響的試驗，試驗結果如圖6、圖7 所示。
由圖6 可以看出，隨著進水壓力的增高，Cl-的截留率基本保持穩定，均在96.1%～96.8%;同時出水質量濃度呈先下降再上升的趨勢，在0.60MPa 進水壓力下，出水質量濃度比較低，為34.5 mg/L。試驗表明，反滲透膜對于Cl-的截留效果在進水壓力0.6MPa 時為比較好。分析原因，進水壓力增大后，膜兩側壓力差變大，使得一價的Cl-更易透過膜而進入清水(透過液)中，當壓力變為0.70MPa 時，清水(透過液)中Cl-質量濃度開始呈現上升趨勢。因此在采用低壓反滲透處理高氯離子濃度水質時，要選擇適當的進水壓力。
由圖7 可以看出，隨著進水壓力的增大，SO42-的截留率無明顯變化趨勢，截留率均大于99%，出水質量濃度均遠小于國家飲用水標準中對于SO42-質量濃度的要求(250 mg/L)，出水效果穩定可靠。試驗表明，反滲透膜對于SO42-的截留效果不隨進水壓力而產生明顯變化。而進水壓力大時，清水的產率相應也高;但如果考慮到和Cl-同時去除，則要考慮進水壓力。
2.6 一級一段循環模式出水運行情況
在已經確定的比較佳運行條件下(進水壓力0.6MPa)，按照寧夏南部地區當地水體中Cl-和SO42-的實際濃度(Cl-質量濃度為1 400 mg/L，SO42-質量濃度為4 200 mg/L)，采用一級一段循環模式運行反滲透裝置。每15 min 取一次樣進行測定，運行結果如圖8、圖9 所示。
由圖8 可知，隨著運行時間的增長，Cl-出水質量濃度不斷增加;當運行至45 min 時(45 min 時，出水質量濃度為227.929 mg/L)，Cl-出水質量濃度即將超過國家飲用水衛生標準中的比較高要求(≤250 mg/L)。故建議反滲透裝置連續運行時間不宜超過45 min，應及時進行反沖洗[17-19]。由圖9 可知，隨著運行時間的增長，SO42-的出水質量濃度一直保持在27 mg/L 以下，遠低于國家飲用水衛生標準中對于SO42-質量濃度的要求(≤250 mg/L)，反滲透膜對SO42-的截留率保持在99.3%以上。由此可知，反滲透膜對SO42-具有長期、穩定的截留效果[20]。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。
4 結論
反滲透膜除鹽的比較佳運行條件為：進水壓力0.6MPa，清水流量5.04 L/h，清水產率60%。
反滲透膜對Cl-和SO42-均有良好的截留效果，可以應用反滲透來處理水體中的Cl-和SO42-。反滲透膜對Cl-和SO42-的比較佳截留條件為：Cl-進水質量濃度1 100 mg/L，進水壓力0.65MPa，截留率96.1%，出水質量濃度42.5 mg/L;SO42-進水質量濃度3 300mg/L，截留率99.7%，出水質量濃度11.5 mg/L。
利用反滲透膜可以實現快速處理寧夏南部地區苦咸水，建議每45 min 進行一次膜的反沖洗。
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