作者：Vadim B. Malkov (Hach)，Collin VanderZanden，设施工程师
简介
在过去5年，用于水处理的膜，特别是反渗透(RO) 膜的使用量几乎翻了一番。如今，RO膜技术广泛用于多种行业，从市政用水和废水处理到各种工业应用中的超纯水(UPW)生产。多项研究表明，如果反渗透膜长期暴露于氯浓度38 ppb（基于三年以上的1000 ppm-hr）会危害到膜的结构和完整性，但如果不使用消毒剂，则会导致生物污染且无法恢复。为了保持这种微妙的平衡，膜操作人员必须准确监测氧化剂浓度和脱氯剂的添加量，特别是对于RO给水。此外，还需要监测膜累积接触的氧化消毒剂的量，以了解其对膜效率和寿命的影响。
现有技术对比
表1.现有可用于控制氯化和脱氯过程的技术的优缺点。
ORP对氯的（存在/不存在）非线性响应如图1所示。表1和图1表明，ORP对氯泄露提供了相对较快的反应。但是，它对过量还原剂的添加没有反应，并且如果不通过其他方法进行验证，无法提供氯浓度变化的趋势或幅度。
一些公用事业公司使用电流分析法来控制氯化/脱氯，同时还使用基于这一原理构建的传感器。与ORP不同，电流测定技术与氯浓度的相关性更好，可以提供连续测量。
当ORP或电流式传感器功能正常时，其性能和精度取决于样本的其他参数，例如pH值、流量、压力等。电化学传感器的优点在于无试剂操作，以及基于测量的连续性对氯浓度上升做出快速反应。
测试设置、结果和讨论
一种使用DPD技术的在线分析仪已开发出来，并在多个使用膜过滤的设施中进行测试，可用于准确检测和量化RO给水中低于30 ppb的氯浓度。这款新仪器可以连接到SCADA，在远程计算机上读取和记录分析仪的读数。
这项研究是在生产微电子（半导体）的Maxim Integrated工厂进行的。该工厂有多个RO机架，200多个独立的滤筒，用于进行颗粒活性炭(GAC)预处理和二级软化。典型RO给水流量约为1400 gpm。脱氯剂——偏亚硫酸氢钠(MBS)通常根据实验室结果间歇注入。
前三周测试的主要结果显示，该分析仪的读数稳定、准确，对MBS给水的变化反应迅速。该设备通常根据制造商的建议来计算膜的使用寿命，以保持氯浓度< 100 ppb，并试图将其保持在80 ppb以下，目标则设置为30 ppb。
样本流量不足会影响过程分析仪的性能，因此，RO的间歇操作会带来很大的挑战。新型ULR分析仪的内置流量计可以帮助克服这一挑战，在样本流量不足时将分析仪置于待机模式。
从氯和流量数据分析可以清楚看出，一旦根据随机样本结果将MBS给水调整到较低的速率，随机样本和在线分析仪读数之间的差异会超出预期的容差范围。
简单的数据评估表明，根据分析仪的读数，可以正确减少脱氯剂的用量，并在不影响操作质量和增加膜生物污染风险的情况下完全不用。单是节省的化学成本就使该分析仪的投资回收期缩短至两年以内。
该仪器留在该厂进行长期评估，经过一年多的测试之后，收集到更多的观测数据。例如，分析仪对最近与GAC储罐故障相关的事件作出反应。
一阶RO给水由所有碳床（GAC储罐）排出的混合废水组成。四个碳床中的两个各占总流量的20%，另外两个各占总流量的30%。焦亚硫酸钠注入到碳床下游和RO给水泵入口之间。
所以，新分析仪有助于为排除GAC介质故障指明正确的方向，例如介质耗尽，或者储罐的碳颗粒内部形成氯可以通过的通道。这是新仪器的另一个潜在优势，特别是当其输出连接到工厂DCS时。
结论
本案例研究证明了高度准确的直接氯测量的价值，所需的维护工作量极小，且支持该仪器带来的所有化学品和人力成本节省，预期该仪器能在大约两年时间内实现ROI。
作者简介
Vadim Malkov博士是一名化学家，自2002年以来一直深耕于水处理行业。他参与了多项有关市政和工业应用的水质研究，并参与开发了多种过程分析仪、试剂和应用。
Collin VanderZanden是ADI公司的设施工程师。他毕业于俄勒冈州立大学，获化学工程学士学位。Collin于2018年加入ADI公司。
