高煥珍

【摘 要】近年來來，水處理應(yīng)用技術(shù)得到了跨越式的發(fā)展，其重要標(biāo)準(zhǔn)就是膜技術(shù)的大量應(yīng)用。反滲透技術(shù)是膜法水處理技術(shù)中的一種，它廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、環(huán)保、化工、石油、飲料、鋼鐵、電子等行業(yè)，反滲透水處理技術(shù)具有在常溫下操作、無相變、能耗低、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、自動(dòng)化程度高、連續(xù)性生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益好、運(yùn)行維護(hù)方便、產(chǎn)品水質(zhì)穩(wěn)定和環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。在諸多水處理方法中，反滲透技術(shù)被認(rèn)為是最先進(jìn)的方法之一。

【關(guān)鍵詞】反滲透；水處理技術(shù)

1 反滲透脫鹽的基本原理

如果將淡水（或純水）和鹽水用一種只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜隔開，則淡水（或純水）中的水會(huì)穿過半透膜至鹽水一側(cè)，這種溶劑通過一種半透膜進(jìn)入另一種溶液或者是從一種稀溶液向濃溶液的自然滲透現(xiàn)象叫做滲透。因此，在進(jìn)行滲透過程中，由于鹽水一側(cè)液面的升高會(huì)產(chǎn)生壓力，從而抑制淡水（或純水）中的水進(jìn)一步向鹽水一側(cè)滲透。最后，當(dāng)鹽水側(cè)的液面距淡水（或純水）面有一定的高度，以至它產(chǎn)生的壓力足以抵消其滲透傾向時(shí)，鹽水側(cè)的液面就不再上升。此時(shí)，通過半透膜進(jìn)入濃溶液的水和通過半透膜離開濃溶液的水量相等，所以它們處于平衡狀態(tài)。在平衡時(shí)，鹽水和淡水間的液面差表示這兩種溶液的滲透壓差。如果把淡水換成純水，則此壓差就表示鹽水的滲透壓。

但是，如果在濃水側(cè)外加一個(gè)比滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透方向，則可以將鹽水中的純水?dāng)D出來，即變成鹽水中的水向純水中滲透。由于其滲透方向和自然滲透相反，因此稱其為反滲透。這種現(xiàn)象表明，當(dāng)對(duì)鹽水一側(cè)施加的壓力超過水的滲透壓時(shí)，可以利用半透膜裝置從鹽水中將鹽脫去，這就是反滲透脫鹽。

2 反滲透裝置的主要形式

2.1 概況

反滲透膜材料包括各種有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料，早期以醋酸纖維素和芳香聚酰胺系為主，現(xiàn)在應(yīng)用更多的是復(fù)合膜，膜元件（膜組件）的形式主要有4種：平板式、圓管式、螺旋卷式和中空纖維式。前三者又分別簡(jiǎn)稱為板式、管式和卷式。表1是各種膜組件的比較。這些膜組件均有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而不可能將其中任何一種淘汰。水處理中以卷式應(yīng)用最為普遍，約占用戶的99%；中空纖維式主要用于海水淡化領(lǐng)域；管式和卷式主要用于食品和環(huán)保方面。對(duì)膜元件（膜組件）的基本要求是：①盡可能高的膜裝填密度（裝填密度是指單位體積裝置中膜的面積㎡/）；②不易濃差極化；③抗污染能力；④清洗和換膜方便；⑤價(jià)格便宜。幾種反滲透裝置的技術(shù)特點(diǎn)如下：

①板框式：主要優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊、密封牢固、能承受較高壓力，成膜工藝簡(jiǎn)單，組建性能穩(wěn)定，易換膜，一張膜破損不影響整個(gè)組件使用；主要缺點(diǎn)，裝置成本高，水流狀態(tài)不好，易堵塞或易產(chǎn)生濃差極化，不易清洗，適用于小規(guī)模的水處理，要求進(jìn)水水質(zhì)較好。

②管式：主要優(yōu)點(diǎn)，膜更換方便、容易清洗，水力條件好，預(yù)處理要求低，特別適用于懸浮物較高，粘度較大的液體及廢水處理，尤其以內(nèi)壓管式膜更為突出；主要缺點(diǎn)，膜的裝填密度較小，占地面積較大，裝置成本較高，適用于中、小規(guī)模的水處理。

③螺旋卷式：主要優(yōu)點(diǎn)，膜裝填密度大，單位體積產(chǎn)水量高，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行穩(wěn)定，價(jià)格低廉；主要缺點(diǎn)，制造膜組件的工藝復(fù)雜，組件堵塞后不易清洗，預(yù)處理要求較高，適用于大規(guī)模的水處理。

④中空纖維式：主要優(yōu)點(diǎn)，膜裝填密度最大，單位體積產(chǎn)水量高，膜不需要支撐體，濃差極化可以忽略，價(jià)格低廉；主要缺點(diǎn)，成膜工藝復(fù)雜，預(yù)處理要求最高，膜組件一旦堵塞后很難清洗，適用于大規(guī)模的水處理。

3 反滲透的運(yùn)行與維護(hù)

3.1 反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行

在正常運(yùn)行條件下，反滲透膜也可被無機(jī)鹽垢、膠體、微生物、金屬氧化物等污染。這些物質(zhì)沉積在膜表面上，引起反滲透裝置出力下降、壓差升高或除鹽率下降，因此應(yīng)高度重視反滲透的運(yùn)行與維護(hù)，防止或減緩反滲透膜污染，延長(zhǎng)膜的使用壽命。操作壓力、回收率（或濃水排放量）、進(jìn)水的SDI（污染指數(shù)）、pH、溫度是反滲透裝置的主要運(yùn)行控制參數(shù)；脫鹽率、產(chǎn)水量和壓差是3個(gè)主要監(jiān)視參數(shù)。在運(yùn)行管理中必須嚴(yán)格遵守，絕不能隨意改變操作條件。特別要防止提高回收率來增加產(chǎn)水量，導(dǎo)致反滲透膜面產(chǎn)生結(jié)垢；要防止在SDI值超標(biāo)的情況下繼續(xù)運(yùn)行溫度，水溫升高膜通量增加，但溫度越高，膜結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，壽命越短，因此一般膜的最高耐受溫度45℃，要求溫度在25～30℃。

操作壓力：反滲透設(shè)備運(yùn)行時(shí)，必須給其施加一個(gè)大于進(jìn)水原液的滲透壓，這一壓力稱為操作壓力。操作壓力是一個(gè)重要參數(shù)，一般只有在較高的壓力下操作時(shí)，才有較高的產(chǎn)水率和脫鹽率。但是壓力過高會(huì)使膜很快壓實(shí)，導(dǎo)致產(chǎn)水率下降。一般反滲透膜在正常使用前都應(yīng)先進(jìn)行預(yù)壓力處理，它是用蒸餾水在比預(yù)期壓力高15%的壓力條件下運(yùn)行1h。這種處理會(huì)使整個(gè)膜的性能趨于穩(wěn)定。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)原液濃度、膜的性能等綜合考慮選擇操作壓力，并對(duì)反滲透膜采取預(yù)壓力處理。

PH：各種膜都有一定的pH值適用范圍，使用中應(yīng)根據(jù)膜的材料選擇合適的水的pH值。如醋酸纖維素膜的pH值適用范圍為3～8；杜邦型尼龍中空纖維pH值的適用范圍是1.5～12；芳香聚酰胺膜的pH值適用范圍為4～10。當(dāng)料液的的pH值超過這種范圍時(shí)，會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生各種有害作用，并使膜發(fā)生分解。

剪切速度：剪切速率大，質(zhì)量傳遞快，濃差極化弱，膜通量高，且膜通量降低慢；但初始通量越大，膜面的污垢層更緊密，水力停留時(shí)間增加，膜通量降低越快。

3.2 反滲透系統(tǒng)的維護(hù)

大流量沖洗反滲透裝置：反滲透在運(yùn)行過程中，膜表面附著著許多污染物，由于水分離方向與水流方向垂直，所以膜表面污染物可以通過沖洗來去除。應(yīng)使用高質(zhì)量純水作為沖洗水對(duì)其進(jìn)行沖洗。沖洗水不能含有化學(xué)藥劑，特別不能含有阻垢劑類。應(yīng)使用低壓沖洗水泵，沖洗10～15min。在反滲透停運(yùn)后，即短期停運(yùn)期間每天都要沖洗一次。

藥物保護(hù)：若反滲透裝置停運(yùn)時(shí)間超過7d應(yīng)用藥物保護(hù)膜組件，將溶液用循環(huán)的方式加入反滲透裝置中，并確保循環(huán)結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)中存在的殘余空氣量少，關(guān)閉系統(tǒng)中的所有閥門，以使保護(hù)液和外部空氣隔絕。每周檢測(cè)保護(hù)液的pH值，或者每月更換一次保護(hù)液。反滲透裝置停運(yùn)期間，裝置不允許結(jié)凍，溫度也不能超過45℃。

4 反滲透膜的污染物與清洗

4.1 同膜的生產(chǎn)廠商對(duì)污染物采用的藥劑有不完全一致的要求，污染物與清洗濟(jì)的選擇：金屬氧化物CaCO3，給水酸化，控制運(yùn)行回收率，檸檬酸pH=2.5～3.5；CaSO3，運(yùn)行中加阻垢濟(jì)，檸檬酸pH2.5～3.5；有機(jī)物，預(yù)處理中除去，EDTA鈉鹽+Na3PO4=10～12；微生物細(xì)菌，預(yù)處理中除去，給水加氯殺菌，0.5%～1%甲醛。

4.2 清洗

對(duì)于多段RO裝置，原則上清洗應(yīng)分段進(jìn)行，清洗水流方向與運(yùn)行方向相同。當(dāng)污染物比較輕時(shí)，可以多段一起進(jìn)行清洗。

膜元件污染嚴(yán)重時(shí)，清洗液在最初幾分鐘可以排入地溝，然后再循環(huán)。一般情況下，清洗液可以不排入地溝，直接循環(huán)。再清洗膜元件時(shí)，有關(guān)的清洗系統(tǒng)用水沖洗干凈，以免污染膜元件，應(yīng)認(rèn)真檢查有關(guān)閥門是否嚴(yán)密。

清洗過程中應(yīng)檢測(cè)清洗溫度、pH值、運(yùn)行壓力以及清洗液顏色的變化。系統(tǒng)溫度一般不應(yīng)超過40°C，運(yùn)行壓力以能完成清洗過程即可，壓力容器兩端壓降不應(yīng)超過0.35MPa。在清洗循環(huán)過程中，清洗液升高較多時(shí)，需加酸恢復(fù)到設(shè)的值。清洗液升高，說明酸在溶解無機(jī)垢類。

一般情況下，清洗每一段循環(huán)時(shí)間為1.5h，污染嚴(yán)重時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)時(shí)間，清洗完畢后，應(yīng)用反滲透出水沖洗RO裝置，時(shí)間不少于20min，當(dāng)膜污染嚴(yán)重時(shí)，清洗第一段的溶液不要清洗第二段，應(yīng)重新配置清洗溶液。為了提高清洗效果，可以讓清洗液浸泡膜元件，但時(shí)間不能超過24h。

5 總結(jié)

隨著反滲透技術(shù)的發(fā)展成熟與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，相信在水處理領(lǐng)域反滲透技術(shù)會(huì)更好的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周柏青主編.全膜水處理技術(shù)，中國電力出版社.

[2]馮逸仙編著.反滲透水處理系統(tǒng)工程，中國電力出版社.