反滲透處理技術

1、 滲透基本原理

　　當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側的水會自發地通過半透膜流入鹽水一側，這種現象稱為滲透，若在膜的鹽水側施加壓力，那么水的自發流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數值時，水通過膜的凈流量等于零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側的壓力大于滲透壓力時，水的流向就會逆轉，此時，鹽水中的水將流入純水側，上述現象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。

2、反滲透簡介

     RO（Reverse Osmosis）反滲透技術是利用壓力表差為動力的膜分離過濾技術，源于美國二十世紀六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉化為民用，目前已廣泛運用于科研、醫藥、食品、飲料、海水淡化等領域。
　　RO反滲透膜孔徑小至納米級（1納米=10-9米），在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病 毒等雜質無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區分開來。
　　RO膜過濾后的純水電導率 5 s/cm, 符合國家實驗室三級用水標準。再經過原子級離子交換柱循環過濾，出水電阻率可以達到18.2M .cm，超過國家實驗室一級用水標準（GB682—92）。

  3.滲透預處理目的及考慮因素

　　使用反滲透系統時，尤其應注意原水預處理。為了避免堵塞反滲透系統，原水應經預處理以消除水中的懸浮物，降低水的濁度；此外，還應進行殺菌以防微生物的孽生長大。
由于反滲透對原水中的懸浮物的要求很高，所以常用一種水質對受懸浮物污染情況的污染指數來對水質進行檢測。此法實質上是測定反滲透系統受水中懸浮物的污堵的情況。進入反滲透系統水的污染指數以不大于5為宜，建議值一般小于3。預處理時還應該考慮到進水的pH值。各種半透膜都有其最適宜的運行pH值，故需按反滲透膜的要求，調節進水的pH值。預處理時還應該考慮到進水的溫度。膜的透水量是隨水溫的增高而增大的，但溫度過高會加快醋酸纖維素膜的水解速度，且使有機膜變軟，易于壓實。所以，對于有機膜來說，通常將溫度控制在約20—40℃范圍內為宜，復合膜溫度控制在約5—45℃范圍內為宜。

4、 滅菌的必要性

　　在水處理工藝中，活性碳過濾器用于對有機物的吸附和對過量氯（余氯）的吸附去除，對前者去除能力較差，通常為50%，對后者則很強，可以完全脫除余氯，這是由于在對余氯吸附的同時，還有自身被氯化的作用。
活性碳吸附水中營養物質，可以成為細菌微生物的溫床，微生物對水的阻力影響較大，因此，應定期進行反洗處理。如果反洗不能奏效時，應進行滅菌處理。實際上，按照進水濁度安排合理的反沖洗制度更具有實際意義，由于微生物膜與微生物黏泥難于清凈，采取空氣擦洗是必要的。

5、 預處理中滅菌應怎樣做

　　水的常規滅菌處理為投藥與紫外線滅活。例如目前廣泛作為飲料水的純凈水就是經反滲透脫鹽后，再經紫外線殺菌處理的。小容量用水（小于10t/h），可以使用二氧化氯或臭氧殺菌。工業上生產中則以氯氣或次氯酸鈉為多見，也可使用二氧化氯或臭氧。外購的氯氣用鋼瓶貯存，用加氯機投加，電解食鹽（或海水）得到的是次氯酸鈉，無需專用投加設備，即可送入被處理水中。
臭氧用凈化過的空氣經高壓放電裝置制取，目前有中小型臭氧發生器用于小區供水或中央空調冷卻水系統的滅菌，同樣適用于反滲透裝置的滅活處理，多余的臭氧同樣可以用活性碳吸收處理。二氧化氯可由氯酸鈉制取，在飲用水處理和工業冷卻水處理中使用的也很多。氯酸鈉有爆炸危險，應謹慎使用。
在反滲透水處理工藝中，除了運轉中的殺菌之外，還有設備停用中的殺菌問題。通常在停機48h以內可用原水沖洗，超過48h可用1.5%亞硫酸氫鈉液保存，達到2周應使用甲醛消毒液殺菌或廠家提供的消毒液滅菌。萬萬不可用市售的84消毒液對膜元件殺菌！

6、 如何減少故障和降低反滲透清洗頻率

　　減少故障和降低反滲透清洗頻率，應該采取以下措施。
a) 在取得水質全分析的基礎上設計反滲透系統；
b) 在進行設計前確定RO進水SDI值；
c) 如果進水水質變化，需要作出相應的設計調整；
d) 必須保證足夠的預處理；
e) 選擇正確的膜元件，醋酸纖維素膜或者低污染膜元件對于處理比較復雜的地表水或污水可能更為適用；
f) 選擇比較保守的水通量；
g) 選擇合理的水回收率；
h) 設計足夠的橫向流速及濃水流速；
i) 對運行數據進行標準化。

7、 膜元件長期停用保護措施如何

　　長期停用保護方法適用于停止使用30天以上，膜元件仍安裝在壓力容器中的反滲透系統中，保護措施的具體步驟如下：
a) 清洗系統中的膜元件；
b) 用反滲透產出水配制殺菌液，并用殺菌液沖洗反滲透系統。殺菌劑的選用及殺菌液的配制方法可參見膜公司相應技術文件或與膜公司當地代表處聯系以獲取有關技術建議；
c) 用殺菌液充滿反滲透系統后，關閉相關閥門使殺菌液保留于系統中，此時應確認系統完全充滿；
d) 如果系統溫度低于27℃，應每隔30天用新的殺菌液進行前兩個步驟，如果系統溫度高于27℃，則應每隔15天更換一次保護液（殺菌液）；
e) 在反滲透系統重新投入使用前，用低壓給水沖洗系統1h，然后再用高壓給水沖洗系統5—10min，無論低壓沖洗還是高壓沖洗時，系統的產水排放閥均應全部打開。在恢復系統至正常操作前，應檢查并確認產品水中不含有任何殺菌劑。

8、 膜元件長期停用保護措施如何

芳香族聚酰胺反滲透復合膜元件在任何情況下都不應該與含有殘余氯的水接觸，否則將給膜元件造成無法修復的損傷。在對RO設備及管路進行殺菌、化學清洗或或封入保護液時應絕對保證配制藥液的水中不含任何殘余氯。如果無法確定是否有殘留氯存在，應進行化學測定。在有殘留氯存在時，應使用亞硫酸氫鈉還原殘余氯，并保持足夠的接觸時間以保證還原完全。
短期保存方法適用于那些停止運行5—30天的反滲透系統。此時反滲透膜元件仍安裝在RO系統的壓力容器內。保存操作的具體步驟如下：
（1） 用給水沖洗反滲透系統，同時注意將氣體從系統中完全排除；
（2） 將壓力容器及相關管路充滿水后，關閉閥門，防止氣體進入系統；
（3） 每隔5天按上述方法沖洗一次。

9、 如何查找反滲透系統和膜元件的故障

經過“標準化”后的產品水流量和鹽透過率才可用于查找故障。分為在線研究和離線研究。
（1）在線研究
　　當發現某個壓力容器的鹽透過率高，則需要測量每一個膜元件的產品水電導率來確定問題的起源，使用一根塑料或不銹鋼管在產品水管不同位置取樣測量電導率，取樣管上可以做上記號，這些記號的位置相當于需取樣的位置，取樣管先插入到產品水管最遠端，取樣測電導率，然后一段段向回抽，得到電導率變化曲線。當給水流過壓力容器時逐漸變濃，引起產品水濃度增加，取樣的電導率從上一個游到下一個膜元件電導率的變化約為10%，如果這個變化幅度過大，則表明問題所在，如果某點位置電導率介躍變化，表明機械泄露。從分析產品水中二價離子與一價離子的比率的變化也可推測出是否發生了泄露。
（2）離線研究
　　卷式膜元件的非破壞性離線研究只有真空試驗一種方法，（是美國ASTM標準，B3923），如果真空破壞超過每分鐘20kPa亦即6in汞柱則表明膜元件嚴重泄露而不能再使用。如果試驗不能揭示問題，則可能需要進行破壞性（解剖）分析，可以檢查膜元件內部情況，對部件進行試驗和分析污染物。
10、 多介質過濾器的濾料選擇應注意什么

多介質過濾器（含雙濾料過濾器）的過濾材料應有足夠的化學穩定性，各介質的相對密度和粒徑應有一定差別，由無煙煤與石英砂組成的雙層濾料過濾器所用的無煙煤相對密度為1.4—1.6，粒徑為0.8—1.8mm，石英砂相對密度為2.6—2.65，粒徑為0.5—1.2mm；3層濾料過濾器除了以上兩種濾料外還可以用錳砂、磁鐵礦之類的重質礦石，其相對密度為4.7—5.0，粒徑為0.5—4mm。
應該注意的是，多介質過濾器雖然有一定的簡化預處理系統作用，但是不能以一種過濾器代替必須設置的其他濾器，這主要取決于原水情況。如果使用自來水作原水，通常可以免除過濾器，直接配置活性炭過濾器即可；如果使用深井水作原水，深井水的鐵、錳等變價離子含量很低，使用多介質過濾器即可；如果使用河床淺井水則還應布置細紗過濾器作前置過濾；如果使用地表水做原水，則混凝和多級過濾都是必要的。

11、 怎樣初步確定系統所需膜元件使用數目

　　膜元件設計產水量為設計人員在設計反滲透系統時所賦予每支膜元件的實際產水量。大家知道，配置標準測試溶液的水源為反滲透產水，因而幾乎不帶雜質，不存在膜元件被污染的問題，在實際使用時，除了二級反滲透系統的進水是以一級反滲透系統的產水作為原水外，其他反滲透系統的進水幾乎都是經普通預處理后的原水，盡管預處理工藝去除了其中一部分雜質但與標準測試條件下所用水源相比，其進水水質仍然較差，此時如仍按標準產水量作為設計水量，則反滲透膜元件很快就會受到污染，造成膜元件損壞。
　　為了避免上述情況的發生，膜元件生產廠家提供了設計導則，以使設計人員有據可依。設計導則建議應根據不同的進水水源來選取不同的設計產水量，認為地表水水源含較多的污染物，污染指數SDI值介于3—5，因而其單位面積上的設計產水量應選取較低值，地下水水源含的污染物要比地表水水源含的污染物少，污染指數SDI值較低，一般小于3，因而其單位面積上的設計產水量應選取較高的數值，如果采用一級反滲透系統的產水作為二級反滲透進水，則幾乎不帶雜質，污染指數SDI值更低，一般小于1，其單位面積上的設計產水量可選取比地下水更高的數值。
據此，可知每根反滲透膜元件的設計產水量與其標準產水量無關，只與其有效膜面積、進水水源、SDI值等有關，CPA2的設計產水量不應該是10000gpd，而只能是該公司設計導則建議的，即：
設計產水量=平均水流量×膜元件的有效面積
　　查找該公司設計導則，其建議的平均水通量分別為8—14gfd（以地表水作為進水水源），14—18gfd（以地下水作為進水水源），20—30gfd（一級反滲透系統的產水作為二級反滲透系統的進水），故在地表水作為進水水源時
CPA2膜元件的設計產水量=（8—14gfd）×365ft2 =2920—5110gfd，折合成0.5—0.8t/h。
依此類推以地下水作為進水水源時，CPA2膜元件的設計產水量為0.8—1t/h。
以一級反滲透系統的產水作為二級反滲透的進水時，CPA2膜元件的設計產水量為1.2—1.7t/h。
　　如果設計人員要設計一個產水量為100t/h的反滲透系統時，設計選用CPA2膜元件，以地表水作為進水水源，所需CPA2膜元件的數量可估算為
膜元件數量=系統產水量/CPA2膜元件的設計產水量
即膜元件數量=（100t/h）/（0.5—0.8t/h）=200—125支。
　　假設每支壓力容器中裝膜元件6支，則可取6的倍數，本系統設計膜元件數量應為198—126支；當地下水作為進水水源時，本系統設計膜元件數量應為126
—102支；以一級反滲透系統的產水作為二級反滲透的進水時，本系統設計膜元件數量應為84—60支。12、 如何決定系統采用4＂膜元件還是8＂膜元件
　根據膜公司設計導則，其建議的平均水量分別為8—14gfd（以地表水作為進水水源），14—18gfd（以地下水作為進水水源），20—30gfd（一級反滲透系統的產水作為二級反滲透系統的進水）。
根據該設計導則可知，單支8040膜元件的最低產水量為0.46t/h（以地表水作為進水水源），0.80t/h（以地下水作為進水水源），1.15t/h（一級反滲透系統的產水作為二級反滲透系統的進水）。當系統產水量大于上述值時從理論上來說就可以采用8040膜元件。但是是否采用8040膜元件還要考慮到系統的回收率要求，是否允許濃水回流，系統占地面積，壓力容器造價以及系統整體的經濟性等諸多因素。
　　根據各種因素的綜合平衡，一般認為5t/h以上的反滲透系統采用8040膜元件比較合適，3t/h以下的系統都用4040膜元件比較合適，3—5t/h的反滲透系統采用8040或者4040膜元件都可以。