水质参数

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每个反渗透项目都始于原水水质分析。本指南阐述对系统设计至关重要的各项参数、它们的测定方法，以及各类水源的典型范围。在实际项目中，请结合反渗透基础知识和 SWRO 设计指南一同使用。

TDS — 总溶解性固体

水中溶解的（可通过 0.45 µm 滤膜过滤的）无机物和有机物的质量，以 mg/L 表示。可通过将过滤后的水样在 180 °C 下烘干（APHA 2540C）以重量法测定，或由电导率估算。典型范围：

• 蒸馏水 / 反渗透产水：1–50 mg/L
• 自来水：100–500 mg/L
• 苦咸地下水：1,000–10,000 mg/L
• 海水（开阔海域）：32,000–38,000 mg/L
• 阿拉伯湾 / 红海：38,000–45,000 mg/L
• 浓盐水：60,000–90,000+ mg/L

电导率（µS/cm）

通过电导间接测量 TDS。换算系数取决于离子组成；常用经验法则：

TDS [mg/L] ≈ 0.5 至 0.7 × 电导率 [µS/cm]

以氯化钠为主的水采用较高系数（约 0.65），富含碳酸氢盐的水采用较低系数（约 0.50）。海水的系数接近 0.70（35,000 mg/L 约对应 50,000 µS/cm）。低 TDS 产水（< 50 mg/L）的系数接近 0.50。

必须进行 25 °C 温度补偿 — 电导率每 °C 变化约 2%。

pH

氢离子活度的负对数。影响碳酸盐平衡、结垢倾向、膜材料相容性以及杀菌剂效果。典型值：

• 海水：7.8–8.3
• 苦咸地下水：6.5–8.0
• 地表水：6.5–9.0（受藻类周期影响）
• 反渗透产水：5.5–6.5（CO₂ 透过膜）

聚酰胺膜在运行时可耐受 pH 2–11，清洗时可耐受 pH 1–13。有时通过调节 pH 来抑制碳酸盐结垢（进水加酸）或提高硼去除率（第二级进水调碱）。

SDI — 污泥密度指数（ASTM D4189）

反渗透进水的标准化污堵指数。在 30 psi 进水压力下让水通过 0.45 µm 滤膜，先测定 t = 0 时过滤 500 mL 所需的时间，再于连续过滤 5、10 或 15 分钟后重复测定。SDI 计算式为：

SDI₁₅ = 100 × (1 − t₀ / t₁₅) / 15

膜制造商的目标值：

• SWRO 进水：SDI₁₅ < 3（部分厂商建议 < 4）
• BWRO 进水：SDI₁₅ < 5
• 预处理良好的超滤出水：SDI₁₅ < 2

SDI 是经验性指标，一定程度上取决于操作人员。改良污堵指数（MFI）是一种替代方法。

浊度（NTU）

测量悬浮颗粒对光的散射。合格的反渗透进水：预处理后 < 0.2 NTU（井水不经过滤可达到 1 NTU，但对开放式取水而言并不够）。地表水在暴雨期间可超过 100 NTU；需采用混凝 + 多介质过滤或超滤。

硬度（以 CaCO₃ 计）

钙、镁离子之和，以 mg/L CaCO₃ 表示。分级如下：

• 软水：0–60 mg/L
• 中等硬度：61–120 mg/L
• 硬水：121–180 mg/L
• 极硬水：> 180 mg/L

硬度决定 BWRO 和自来水反渗透系统的 CaCO₃ 结垢风险。应计算朗格利尔饱和指数（LSI）以及 Stiff & Davis 稳定指数（高 TDS 时用 S&DSI）来预测结垢。当指数显示有结垢倾向时，需投加阻垢剂或进行软化预处理。

游离氯

聚酰胺膜接触氯会被氧化。耐受量是累积性的：总暴露量约 1,000 ppm-小时后性能即出现可测量的下降。实际运行限值：连续 < 0.1 ppm。脱氯方法：

• 投加 SMBS（亚硫酸氢钠） — 3 ppm SMBS 可中和 1 ppm 游离 Cl₂；反应瞬时完成，化学过程简单。
• 活性炭 — 有效，但易滋生生物膜；需定期更换。

氯胺（NH₂Cl）对膜的损害大于游离氯，且不易被 SMBS 去除 — 当进水经过市政氯胺消毒时，务必谨慎设计。

硼

SWRO 中一种难以处理的污染物。海水含 4–5 ppm 以硼酸形式存在的硼（pKa = 9.2）。在天然海水 pH（约 8.0）下，硼以不带电荷的 H₃BO₃ 形式存在，聚酰胺膜对其去除率仅为 50–90% — 单级产水中硼含量可达 0.5–2 mg/L。目标限值：

• WHO 饮用水准则：2.4 mg/L
• 欧盟饮用水标准：1.0 mg/L
• 硼敏感作物灌溉：< 0.5 mg/L

应对措施：高硼去除率膜（FilmTec SW30HRLE、Toray TM820）、在较高 pH（10–10.5）下运行的第二级反渗透（此时硼去质子化而易被去除），或采用硼选择性离子交换树脂（Purolite S108、Lewatit MK51）进行精处理。

有机物含量（TOC、COD、BOD）

总有机碳（TOC）是最有用的单一指标。TOC > 2 mg/L 意味着需要强化预处理（混凝、气浮、超滤或活性炭）。高分子量腐殖质会造成膜污堵，并因给生物膜提供养分而加剧生物污堵。

特定离子

离子	海水（mg/L）	对反渗透的意义
钠（Na⁺）	10,800	主要阳离子；与 Cl⁻ 保持电荷平衡
氯离子（Cl⁻）	19,400	决定腐蚀工况；SWRO 需采用超级双相钢 2507
硫酸根（SO₄²⁻）	2,700	存在 BaSO₄ / SrSO₄ / CaSO₄ 结垢风险；需投加阻垢剂
镁（Mg²⁺）	1,290	硬度；极高 pH 下生成 Mg(OH)₂
钙（Ca²⁺）	410	CaCO₃ / CaSO₄ 结垢；需核算 LSI / S&DSI
钾（K⁺）	390	次要离子；去除率与 Na 相近
碳酸氢根（HCO₃⁻）	140	决定碱度和 CaCO₃ 结垢倾向
溴离子（Br⁻）	67	若用臭氧预氧化会生成溴酸盐
锶（Sr²⁺）	8	BWRO 高回收率时 SrSO₄ 结垢
钡（Ba²⁺）	0.02	虽为痕量，但 BaSO₄ 溶解度极低
二氧化硅（SiO₂）	0.1–10	难以清洗；限制 BWRO 回收率
氟离子（F⁻）	1.3	苦咸水井可能超标；CaF₂ 结垢
硝酸根（NO₃⁻）	0.5	农业区水井的饮用水安全问题（> 10 mg/L NO₃-N）

微生物指标

HPC（异养菌平板计数）、总大肠菌群和 ATP（活性生物量）可指示生物污堵风险。开放式取水（尤其在高水温条件下）需要杀菌策略 — 间歇加氯 + 脱氯，或 DBNPA 冲击投加。滤芯过滤器壳体和滞流管段是生物膜滋生的高发部位。

水质分析报告解读指南

拿到实验室报告后，请按以下顺序核查：

1. 离子平衡。将阳离子和阴离子分别以 meq/L 求和；两者应在 5% 以内吻合。偏差过大 = 漏测组分或测量误差。
2. TDS 合理性。主要离子的 mg/L 之和应与重量法 TDS 在 10–15% 以内相符。
3. 电导率合理性。应用 0.55–0.70 的系数；结果应与 TDS 匹配。
4. 结垢指数。计算 LSI（低 TDS）或 S&DSI（高 TDS），以及设计回收率下 CaSO₄、BaSO₄、SrSO₄、SiO₂、CaF₂ 的离子积 / Ksp 比值。
5. 污堵指标。SDI、浊度、TOC、油脂、铁、锰、藻类计数。
6. 氧化剂负荷。游离 Cl₂、氯胺、ORP — 决定脱氯装置的选型规模。
7. 特殊分析项。视水源而定：硼、二氧化硅、氟化物、硝酸盐、砷。

将这些数据输入模拟设计软件（DuPont WAVE、Hydranautics IMSDesign、Toray DS2、LG Q+），用于膜选型和排列布置。

换算速查

mg/L ÷ 当量 = meq/L
例：Ca²⁺：40.08 / 2 = 20.04 g/eq，故 100 mg/L Ca²⁺ = 5.0 meq/L

mg/L ÷ 分子量 = mmol/L
例：100 mg/L Ca²⁺ = 100 / 40.08 = 2.49 mmol/L

1 NTU ≈ 0.5–2.4 mg/L 悬浮固体（与水源密切相关）
1 格令/加仑硬度 = 17.1 mg/L（以 CaCO₃ 计）