水污染密度指数测试方法研究.doc

水污染密度指数测试方法研究
王旭亮, 张艳萍, 潘献辉
国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所, 天津300192

摘要: 水污染密度指数（SDI）是评价反渗透进水水质关键参数, 结合美国家标准准ASTM D4189-07, 介绍了SDI标准测试方法, 开展了不一样水体系SDI测试研究, 进行了手动和在线自动两种测试方法比较, 结果表明, 全自动水质分析仪测试数据正确可靠, 精密度高, 完全能够满足日常测试不一样水体SDI要求, 为SDI测试提供了新路径。
关键词: 污染指数（SDI）; 测试方法; 海水淡化; 反渗透

海水淡化是处理全球水资源危机关键路径, 其中反渗透海水淡化技术（SWRO）因为含有设备投资少、 建造周期短、 节能环境保护等很多优点, 已然成为海水淡化主流技术[1]。然而, 高压反渗透膜对进水水质指标要求很高, 必需严格控制进水污染密度指数以维持RO系统长久稳定运行[2]。
污染密度指数（silt density index, SDI）能够有效地表征水中悬浮物、 胶体及有机物等含量, 是评价反渗透进水水质和验证预处理效果关键指标。长久操作经验表明, 只有RO进水SDI小于3, 才能满足RO系统严格进水要求和运行条件[3]。所以, 开展实时监测并正确测定SDI研究含相关键意义。
现在, 中国外普遍采取SDI测试方法是美国材料与试验协会（American Society For Testing and Materials, ASTM）推荐标准, 即ASTM D4189-07。本文基于ASTM标准, 对比研究不一样水体系SDI测试技术, 比较手动和在线自动两种测试方法, 实现对SDI正确、 高效、 快速地测定。

1 SDI测试方法

SDI测试是在恒定给水压力下（0.21Mpa）, 计算一定体积受试水样在一定时间内经过0.45μm孔径滤膜时堵塞速率[4] 。现在关键采取人工手动和在线自动两种手段进行SDI测试, 下面简明介绍这两种测试方法。
1.1人工手动测试方法
1.1.1测试装置及材料
便携式SDI测试仪, 关键由球阀、 压力调整阀、 压力表和膜过滤器组成; 亲水性混合纤维素滤膜（CA-CN）, 平均孔径0.45μm, 直径47mm, 厚度115-180μm; 500ml体积量筒; 精度为0.01s秒表: 温度计。
1.1.2测试步骤
（1）将组装好SDI测试仪连接到RO系统进水端取样点上, 开启球阀, 将压力调整阀调至0.21MPa; 若是无压水样, 则利用增压泵加压。待压力稳定后关闭球阀。
（2）在安装过滤膜之前, 先让受试水样直接冲洗测试装置几分钟, 以除去装置中夹带污染物。
（3）关闭球阀, 打开膜过滤器并取出一片新滤膜, 完全润湿后, 水平放置滤网上面; 将O型密封圈放置到滤膜上面, 压实; 最终轻旋过滤器上固定螺栓。
（4）开启球阀, 排空过滤器内气泡, 直至有水从过滤器边缘溢出来后关闭球阀, 继续拧紧过滤器上固定螺栓至合适程度。
（5）将500ml量筒放到过滤器下方, 开启球阀, 待水样流出时开始计时, 当水样达成500ml时, 统计所用时间ti (s), 同时继续放水。统计水温。
（6）分别在第5、 10、 15分钟时, 统计采集500ml水样所用时间tf(s)。每次采集水样时均要统计水温。
（7）完成测试后, 将过滤器内滤膜保留好, 以备以后参考。
在测试过程中, 需要注意地方以下:
（1） 在整个测试过程中压力必需保持在0.21Mpa。
（2） 测试前后水温不能超出1℃。
（3） 在安装滤膜时, 应使用扁平镊子对其操作以防刺破滤膜, 也避免手指头触碰滤膜。
（4） 确保O型密封圈清洁完好并安装正确。
1.1.3计算方法
SDI可经过以下公式计算:

ADIT = %P30 = [1-ti/tf]100
T T

%P30—0.21MPa给水压力下, 滤膜堵塞百分数。
T—总测试时间（分钟）, 通常为15分钟。若此时%P30>75%, 应使总测试时间T缩短, 能够是10或5分钟, 确保%P30<75%。
ti—初始采集500mL水样所用时间。
tf—测试时间T（min）以后, 通常是15分钟后采集500mL水样所用时间。
1.2全自动在线测试
1.2.1测试仪器
RizonSDITM多通道在线水质量分析仪（英国HORIZON企业）
1.2.2测试步骤
开机开启后, 打开进水控制阀门, 调整压力至0.21MPa; 在线测试过程中, 系统自动进行冲洗、 换膜、 排气、 进样、 测试等5个阶段, 经系统智能计算, 得到最终测试结果。统计SDI值、 Ti、 Tf、 有效测试时间T、 Plug值和测试时温度状态。

2 SDI测试结果与分析

不一样水体, 其水质参数不一样, 会对SDI测试结果产生一定影响。首先选择试验室自来水进行SDI测试, 结果发觉其流速衰减很快, 不到5分钟流速衰减到0.15Ml/min以下, 说明大部分滤膜已被堵塞, 试验终止。
接下来选择桶装饮用水进行SDI测试, 分别用手动和自动方法对水样平行测试5次, 结果见表1。从图1能够看出, SDI测试结果比较高, 数据反复性不是很好, 展现一个递减趋势。因为影响SDI测试原因很多, 比如: 测试前后水温改变; 不一样膜过滤器所用滤膜不一样会造成手动测试结果与自动测试结果之前可比性较差; 冲洗管路不根本, 以致管路中污染影响了最终测试结果。在接下来试验中, 对于测试过程中需要注意地方均做了改善。
表1 饮用水SDI测试结果（25±0.2℃）

1
2
3
4
5
6
手动测试
SDI15
2.91
1.86
1.83
1.67
1.46
1.94

Plug
43.6%
27.9%
27.5%
25.0%
22.0%
29.2%
自动测试
SDI15
2.72
2.17
1.75
1.44
1.30
1.88
Plug
40.8%
32.6%
26.3%
21.6%
19.4%
28.1%

图1饮用水SDI测定值 图2超滤膜组件产水SDI测定值

试验选择PVDF中空纤维超滤膜组件, 以自来水为进水, 测定超滤组件产水SDI值。在此次测试过程中, 确保了受试水样充足冲洗管路, 除去管路污染物质对测试结果影响, 所得到结果见表2。从图2能够看出, 手动测试与自动测试结果靠近, 不过相比于手动测试, 全自动水质分析仪测试结果精密度更高, 重现性愈加好。采取人工手动测试, 需要频繁地测量、 统计数据, 不可避免地会产生人为误差。所以, 在接下来试验中选择自动测试SDI方法进行测定。
表2超滤膜组件产水SDI测定值（18±0.2℃）

1
2
3
4
5
6
手动测试
SDI15
1.11
1.14
1.57
1.52
1.30
1.33

Plug
16.7%
17.1%
23.6%
22.8
19.5%
19.9%
自动测试
SDI15
1.44
1.44
1.44
1.40
1.44
1.42
Plug
21.6%
21.6%
21.6%
21.1%
21.6%
21.3%
最终选择管式复合膜组件, 以天津塘沽近海岸海水为原水, 加入聚合AICI3进行简单预处理, 利用全自动水质分析仪测定膜组件产水SDI值。从表3能够看出, 海水经管式复合膜预处理后, 产水SDI值均小于3, 完全满足反渗透进水水质要求。研究发觉, 利用全自动水质分析仪得到测试结果正确度高, 反复性好, 完全能够满足日常测试不一样水体SDI要求。

表3管式复合膜组件产水SDI测定值（25±0.2℃）

1
2
3
4
5
平均值
SDI15
2.50
2.32
2.32
2.22
2.12
2.30
Plug
37.5%
34.8%
34.8%
33.3%
31.8%
34.4%

3 结论
SDI是评价RO系统进水水质关键参数, 是检验预处理系统出水是否达成反渗透进水要求关键手段。SDI值得大小对RO系统运行寿命至关关键, SDI越小, RO膜透水率越高, , 水体对膜污染阻塞趋势越小。采取全自动水质分析仪能够正确测定水体SDI, 精密度高、 反复性好, 而且节省人力和时间, 为SDI测试提供了新路径。

SDI测试影响原因有很多[5], 造成传统手动测试SDI结果重线性不好, 需要深入分析测试过程中出现问题, 深入研究SDI测试影响原因, 优化试验条件, 建立愈加完善SDI测试技术。

参考文件
[1] 潘献辉, 王生辉, 样守智, 反渗透差动式能量回收装置试验研究[J], 中国给水排水, ,27（9）: 41-44。
[2] 时钧, 袁权, 高从堦, 膜技术手册[M]。北京: 化学工业出版社, .
[3] Vrouwenvelder J, Kappelhof J, Heijman S, et al.Tools for fouling diagnosis of NF and RO membrancs and assessment of the fouling potential of feed water [J]. Desalination, , 157(1-3); 361-365.
[4] ASTM. ASTM D4189-07, Standard Test Method for silt Density Index (SDI) of water [S]. .
[5] Alhadidi A, Blankert B, Kemperman A J B, et al. Effect of testing conditions and filtration mechanisms on SDI [J]. Journal of Membrane Science, ,381(1-2):142-151.

Research on Testing Methods of Silt Density Index

Wang Xuliang, Zhang Yanping, Pan Xianhui

Institute of Seawater Desalination and Multipose Utilization, SOA, TianJin 300192, China

Abstract; Silt density index (SDI) is a critical parameter for evaluating the quality of reverse osmosis feed water. Combined with ASTM D4189-07 standard, the article introduces SDI standard testing method, develops research on SDI testing methods of different water bodies and compares the manual method with the automatic method The experimental results show that test data are accurate and reliable with high precision from automatic water quality analysis instrument which fully meets the daily requirements of SDI test of different water bodies and provides a new pathway for the SDI test.
Key words: silt density index (SDI); testing methods; seawater desalination; reberse osmosis.