身为美国增长速度最快的郡县之一，佛罗里达州的Collier县最近进行了有史以来最大规模的一次反渗透（RO）工厂扩建。像许多佛罗里达州的水处理厂一样，Collier县高度依赖反渗透工艺来把含盐井水生产成饮用水。
这个县拥有和经营两家反渗透膜处理厂。县北区域水处理厂（The North County Regional Water Treatment Plant）拥有总膜容量2000万加仑/每天（20 mgd）的能力，包括一个从表层的Tamiami含水层取水，产能为1200万加仑/每天的纳滤系统，和一个从更深的、含盐更高的Hawthorn含水层取水，产能为800万加仑/每天的反渗透系统。同样是从Hawthorn含水层取水，并且最近在原址进行了反渗透扩建的县南区域水处理厂（The South County Regional Water Treatment Plant），最初的反渗透生产能力为800万加仑/每天。第一阶段的膜处理厂已经在2004年投入运行。
2007年2月，这个县成功地进行了一项1200万加仑/每天处理能力的反渗透扩建工程，使得县南区域水处理厂的总生产能力达到了2000万加仑/每天。
规模为原来系统1.5倍的反渗透扩建工程在设计、建设和启动阶段遇到了很多挑战。它的成功依赖于很多因素，包括县工作人员；项目工程师Hazen &Sawyer；总承包商Poole& Kent；反渗透系统供应商AEWT Biwater和膜制造商Toray Membrane的通力合作。
新增的井水生产能力可以同时支持现有和扩建的反渗透系统，但在启动的开始阶段中並没有充分运用到。这是因为有其他因素需考量。在启动阶段中的任何一個时間点上，6个新安装的反渗透系统模块中只能有一个可以运转，因为渗透水在 得到新的佛罗里达州环境保护部（FDEP）的许可 之前不能输出分配 。是否得到准许不仅取决于是否符合美国环境保护局（EPA）的一级和二级水质标准，而且必须生产无菌水——这在系统启动后马上就从没有氯化的渗透水中抽取样本并能达到无菌水标准，并不是一件容易的事。
膜的性能目标
一个反渗透系统典型的操作目标是在使用低于限定压力的情况下，能生产一定数量和质量的渗透水。
由于供水的含盐度预计会随着时间的推移而增加，这个目标变得更加难以达到，县南区域水处理厂的情况也是这样。现有反渗透系统的设计是基於最高供水溶解固体总量（TDS）为6300毫克/升，典型的范围应该在5200到5700毫克/升之间。但是，因为要从Hawthorn含水层中含盐量更高的部分取水，扩建的反渗透系统设计必須能处理8000毫克/升的溶解固体总量。总的溶解固体总量的增加主要是由于钠和氯含量的增加。
除了溶解固体总量，钠和氯的限量也已经确定。最初的进水压力设定在270磅以下，而5年后则要小于350磅，此外第一级与第二级膜組系统间的增压量也予以限制。精心设计的多级反渗透系统中通常使用能够增加到第二级的供给水压力的装置。 增加第二级渗透水产量需要的驱动压可帮助平衡了每一级渗透水的生产量。这一应用也同时降低了第一级所需的压力。但是，两级间的增压量要受到限制以防止第二级出现过高的通流量(每平方英尺加仑/每天, gfd），因为浓缩的给水潜藏着更高的膜污染可能。
膜的选择过程
反渗透元件对膜的性能有一定的要求，其最低的单位压力流量为0.113 gfd /磅-每平方寸，并且5年后氯离子的截除率在调整到原始的试验条件后必须大于99％。单位压力流量的计算是将通流量除以用于测试的净驱动压（磅每平方寸）。工厂试验条件下的反渗透元件的截除率通常列在元件的规范表中。但是，由于设计合理的系统使用安全因素，反渗透元件的截除率应该以5年后的预计数值作为项目的设计性能标准。
根据书面资料，只有有限的反渗透元件符合要求。2006年3月，在县南区域水处理厂对这些可行的反渗透元件进行了单一元件测试，以进一步检验可供项目使用的反渗透元件。县上和项目工程师用直径4英寸的元件进行了测试，包括对浓缩液的再处理以模拟全系统中的操作条件。
操作数据被用来计算候选膜的单位压力流量和规范化的盐通过量。经过一个月的测试，三种反渗透元件被确定拥有投标全规模生产的资格。
经过投标后，被选中的最低投标商在收到正式的合约通知以前必须通过由县上和项目工程师所进行的验证试验。这项验证试验使用直径4英寸的元件和缩小版的全尺寸反渗透压力容器排列。验证试验是依据所设计的全规模工厂的出水回收率和渗透流量的条件下进行的。如果最低投标人的膜性能在验证试验中不符合规格中所要求的渗透水质量和操作压力，那么就对第二低价的投标商的元件进行验证试验。
完成了膜的选择过程后，Toray TM720-400元件，因为价格最低，并且通过了所有的测试，被选择用于扩建工程。这种元件在工厂的试验条件下，单位压力流量为0.126 gfd /磅，截除盐类达99.7 ％。这种直径8英寸、长40英寸的元件有400英尺的膜表面，并且使用了一个31毫升的供给水通道间隔器，从而降低在运转中进水流过给水通道的压力落差。
系统说明
Collier县南区域水处理厂使用的反渗透系统和预处理系统在佛罗里达州的很多系统中是非常典型的。非曝气的井水在进入建筑物时先用酸和防垢剂进行处理。未净化的水含有大量的硫化氢，而硫化氢若暴露在空气中会形成元素硫，成为一种顽强的膜滤垢物。因此保持水井和供水管线密封是极其重要的。酸和防垢剂的合成物可以防止当反渗透元件的给水/浓缩液通道内碳酸盐和硫酸盐化合物的浓度在超过饱和度时可能产生的沉淀。井水在通过5微米的滤芯过滤后，紧跟着添加化学剂，并立即进入高压反渗透泵。反渗透给水泵额定为400马力，由变频驱动器控制。
1千2百万加仑／天的反渗透扩建工程包括六个2百万加仑／天的处理单元，而每一单元有40个压力容器排位于第一级，20个压力容器排于第二级。每个压力容器包含6个反渗透元件。每个处理单元的设计供给水回收率为75％、平均流量为14每平方英尺加仑/每天。
第一级与第二级之间的压力由一种能源回收设备进行增压，以帮助平衡级与级间的流量。从每个制动器出来的渗透水被收集到一个主集流管中，与从四个现有2-mgd 处理单元中生产出的渗透水一并被送到位于膜建筑外面的脱气器。
这些脱气器使用气体洗涤系统处理来自反渗透系统渗透水中因硫化氢气体所产生的臭气。反渗透处理后的浓缩液通过深井注射的方式进行排放。
反渗透系统建筑物是在2001年建造的，具有空间和管道变更的灵活性来增加12-mgd扩建工程所需要的滤芯过滤器和反渗透单元，而不需要中断现有反渗透单元的操作。
启动
系统规格中要求每个反渗透单元在启动阶段中单独通过为期3至4星期的一系列测试。启动测试包括检测没有氯化的渗透水中大肠菌群的存在情况和是否遵守了佛罗里达州行政法规62-550，它主要是要求渗透水要符合所有美国环保署的一级和二级标准。
第二项测试，即性能测试，包括每个反渗透单元连续3天的运行时间，以频繁地收集数据来确保性能符合规定。
由于启动测试需要广泛的检测，通常要三到四个星期才能得到佛罗里达州环境保护部的准许。从性能测试期间渗透水被送到分配器开始就需要得到准许，但是，启动测试中的渗透水不得不直接排入排水管。所有反渗透单元都能及时通过启动测试。
项目团队对于这个项目投入了极大的用心以确保一个无菌的安装环境。反渗透元件在安装前被存放在原封包装里。安装人员穿戴着卫生手套和发网，为了安装而取下来的容器部件则用一种卫生的方式保存。反渗透单元中的四个用了最少的两天时间通过细菌试验，而最后的两个只需要一天左右。州环境保护部如此快速的批准是不平常的，因为其他工程同样的程序通常需要4个星期时间。
性能测试中，从每个反渗透单元取出的供给水、渗透水和浓缩液的样品要被抽取四次用于实验室分析。供给水的质量和温度在测试期间相当稳定。以下几点非常值得注意：
- 六个反渗透单元的渗透水质非常相似，但是来自试验室的供给水、渗透水和浓缩液中氯的读数不稳定，极有可能包含错误。
- 启动时平均渗透水质数值远低于规定的界限，即使规范化到用于具体分析的设计水平和设计的28°C的温度（性能测试时实际温度为26°C至28°C）。
- 根据每年实际具体的离子截除率和盐通量7％的增加因素，预计渗透钠、氯和溶解固体总量值到5年后将远低于容许的最大限量。
- 报告的渗透钠和硬度结果非常一致，误差相当小。使用这些稳定的阳离子数据，实际的渗透水中氯的含量可以使用离子电荷平衡进行调整。由此产生的氯含量是33毫克/升，这略低于预测值。
- 实际的渗透水碳酸氢盐含量高于预计水平。这对水厂而言是件好事因为增加碱度原本就是后处理过程的一部分。
- 实际的渗透水质和预期的非常一致。
启动过程中的供给水压差和预期值非常一致，而通过每一级的压差也是如此。能够实现低压差的主要关键是由于使用了31毫升的供给水通道间隔器。启动时的供给水压力，当规范化到设计条件时，远远低于270磅的要求。根据启动压力和每年7％的膜渗透性递减率，五年后预期供给水压力将远低于350磅的限制。
团队合作
Collier县南区域水处理厂12-mgd扩建工程的成功启动是县、工程师、承包商、分包商和供应商共同努力的成果。
有了新的12-mgd反渗透生产能力，Collier县已准备好面对满足未来饮用水需求的下一个挑战。
