1.反滲透基本原理

當(dāng)純水和鹽水被理想半透膜隔開(kāi)，理想半透膜只允許水通過(guò)而阻止鹽通過(guò)，此時(shí)膜純水側(cè)的水會(huì)自發(fā)地通過(guò)半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動(dòng)將受到抑制而減慢，當(dāng)施加的壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，水通過(guò)膜的凈流量等于零，這個(gè)壓力稱(chēng)為滲透壓力，當(dāng)施加在膜鹽水側(cè)的壓力大于滲透壓力時(shí)，水的流向就會(huì)逆轉(zhuǎn)，此時(shí)，鹽水中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲透(RO)處理的基本原理。

2.反滲透簡(jiǎn)介

RO反滲透膜孔徑小至納米級(jí)(1納米=10-9米)，在一定的壓力下，H2O分子可以通過(guò)RO膜，而源水中的無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病 毒等雜質(zhì)無(wú)法通過(guò)RO膜，從而使可以透過(guò)的純水和無(wú)法透過(guò)的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)。

RO膜過(guò)濾后的純水電導(dǎo)率 5 s/cm, 符合國(guó)家實(shí)驗(yàn)室三級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn)。再經(jīng)過(guò)原子級(jí)離子交換柱循環(huán)過(guò)濾，出水電阻率可以達(dá)到18.2M .cm，超過(guò)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室一級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn)(GB682—92)。

3.反滲透預(yù)處理目的及考慮因素

使用反滲透系統(tǒng)時(shí)，尤其應(yīng)注意原水預(yù)處理。為了避免堵塞反滲透系統(tǒng)，原水應(yīng)經(jīng)預(yù)處理以消除水中的懸浮物，降低水的濁度;此外，還應(yīng)進(jìn)行殺菌以防微生物的孽生長(zhǎng)大。

由于反滲透對(duì)原水中的懸浮物的要求很高，所以常用一種水質(zhì)對(duì)受懸浮物污染情況的污染指數(shù)來(lái)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。此法實(shí)質(zhì)上是測(cè)定反滲透系統(tǒng)受水中懸浮物的污堵的情況。進(jìn)入反滲透系統(tǒng)水的污染指數(shù)以不大于5為宜，建議值一般小于3。預(yù)處理時(shí)還應(yīng)該考慮到進(jìn)水的pH值。各種半透膜都有其最適宜的運(yùn)行pH值，故需按反滲透膜的要求，調(diào)節(jié)進(jìn)水的pH值。預(yù)處理時(shí)還應(yīng)該考慮到進(jìn)水的溫度。膜的透水量是隨水溫的增高而增大的，但溫度過(guò)高會(huì)加快醋酸纖維素膜的水解速度，且使有機(jī)膜變軟，易于壓實(shí)。所以，對(duì)于有機(jī)膜來(lái)說(shuō)，通常將溫度控制在約20—40℃范圍內(nèi)為宜，復(fù)合膜溫度控制在約5—45℃范圍內(nèi)為宜。

4.滅菌的必要性

在水處理工藝中，活性碳過(guò)濾器用于對(duì)有機(jī)物的吸附和對(duì)過(guò)量氯(余氯)的吸附去除，對(duì)前者去除能力較差，通常為50%，對(duì)后者則很強(qiáng)，可以完全脫除余氯，這是由于在對(duì)余氯吸附的同時(shí)，還有自身被氯化的作用。

活性碳吸附水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以成為細(xì)菌微生物的溫床，微生物對(duì)水的阻力影響較大，因此，應(yīng)定期進(jìn)行反洗處理。如果反洗不能奏效時(shí)，應(yīng)進(jìn)行滅菌處理。實(shí)際上，按照進(jìn)水濁度安排合理的反沖洗制度更具有實(shí)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(yù)處理中滅菌應(yīng)怎樣做

水的常規(guī)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(jīng)反滲透脫鹽后，再經(jīng)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(yè)上生產(chǎn)中則以氯氣或次氯酸鈉為多見(jiàn)，也可使用二氧化氯或臭氧。外購(gòu)的氯氣用鋼瓶貯存，用加氯機(jī)投加，電解食鹽(或海水)得到的是次氯酸鈉，無(wú)需專(zhuān)用投加設(shè)備，即可送入被處理水中。

臭氧用凈化過(guò)的空氣經(jīng)高壓放電裝置制取，目前有中小型臭氧發(fā)生器用于小區(qū)供水或中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)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(yè)冷卻水處理中使用的也很多。氯酸鈉有爆炸危險(xiǎn)，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

在反滲透水處理工藝中，除了運(yùn)轉(zhuǎn)中的殺菌之外，還有設(shè)備停用中的殺菌問(wèn)題。通常在停機(jī)48h以?xún)?nèi)可用原水沖洗，超過(guò)48h可用1.5%亞硫酸氫鈉液保存，達(dá)到2周應(yīng)使用甲醛消毒液殺菌或廠家提供的消毒液滅菌。

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(yīng)該采取以下措施。

a) 在取得水質(zhì)全分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)反滲透系統(tǒng);

b) 在進(jìn)行設(shè)計(jì)前確定RO進(jìn)水SDI值;

c) 如果進(jìn)水水質(zhì)變化，需要作出相應(yīng)的設(shè)計(jì)調(diào)整;

d) 必須保證足夠的預(yù)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(duì)于處理比較復(fù)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(shè)計(jì)足夠的橫向流速及濃水流速;

i) 對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

7.膜元件長(zhǎng)期停用保護(hù)措施如何

長(zhǎng)期停用保護(hù)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(tǒng)中，保護(hù)措施的具體步驟如下：

a) 清洗系統(tǒng)中的膜元件;

b) 用反滲透產(chǎn)出水配制殺菌液，并用殺菌液沖洗反滲透系統(tǒng)。殺菌劑的選用及殺菌液的配制方法可參見(jiàn)膜公司相應(yīng)技術(shù)文件或與膜公司當(dāng)?shù)卮硖幝?lián)系以獲取有關(guān)技術(shù)建議;

c) 用殺菌液充滿(mǎn)反滲透系統(tǒng)后，關(guān)閉相關(guān)閥門(mén)使殺菌液保留于系統(tǒng)中，此時(shí)應(yīng)確認(rèn)系統(tǒng)完全充滿(mǎn);

d) 如果系統(tǒng)溫度低于27℃，應(yīng)每隔30天用新的殺菌液進(jìn)行前兩個(gè)步驟，如果系統(tǒng)溫度高于27℃，則應(yīng)每隔15天更換一次保護(hù)液(殺菌液);

e) 在反滲透系統(tǒng)重新投入使用前，用低壓給水沖洗系統(tǒng)1h，然后再用高壓給水沖洗系統(tǒng)5—10min，無(wú)論低壓沖洗還是高壓沖洗時(shí)，系統(tǒng)的產(chǎn)水排放閥均應(yīng)全部打開(kāi)。在恢復(fù)系統(tǒng)至正常操作前，應(yīng)檢查并確認(rèn)產(chǎn)品水中不含有任何殺菌劑。

8.膜元件長(zhǎng)期停用保護(hù)措施如何

芳香族聚酰胺反滲透復(fù)合膜元件在任何情況下都不應(yīng)該與含有殘余氯的水接觸，否則將給膜元件造成無(wú)法修復(fù)的損傷。在對(duì)RO設(shè)備及管路進(jìn)行殺菌、化學(xué)清洗或或封入保護(hù)液時(shí)應(yīng)絕對(duì)保證配制藥液的水中不含任何殘余氯。如果無(wú)法確定是否有殘留氯存在，應(yīng)進(jìn)行化學(xué)測(cè)定。在有殘留氯存在時(shí)，應(yīng)使用亞硫酸氫鈉還原殘余氯，并保持足夠的接觸時(shí)間以保證還原完全。

短期保存方法適用于那些停止運(yùn)行5—30天的反滲透系統(tǒng)。此時(shí)反滲透膜元件仍安裝在RO系統(tǒng)的壓力容器內(nèi)。保存操作的具體步驟如下：

(1) 用給水沖洗反滲透系統(tǒng)，同時(shí)注意將氣體從系統(tǒng)中完全排除;

(2) 將壓力容器及相關(guān)管路充滿(mǎn)水后，關(guān)閉閥門(mén)，防止氣體進(jìn)入系統(tǒng);

(3) 每隔5天按上述方法沖洗一次。

9.如何查找反滲透系統(tǒng)和膜元件的故障

經(jīng)過(guò)“標(biāo)準(zhǔn)化”后的產(chǎn)品水流量和鹽透過(guò)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(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)壓力容器的鹽透過(guò)率高，則需要測(cè)量每一個(gè)膜元件的產(chǎn)品水電導(dǎo)率來(lái)確定問(wèn)題的起源，使用一根塑料或不銹鋼管在產(chǎn)品水管不同位置取樣測(cè)量電導(dǎo)率，取樣管上可以做上記號(hào)，這些記號(hào)的位置相當(dāng)于需取樣的位置，取樣管先插入到產(chǎn)品水管最遠(yuǎn)端，取樣測(cè)電導(dǎo)率，然后一段段向回抽，得到電導(dǎo)率變化曲線。當(dāng)給水流過(guò)壓力容器時(shí)逐漸變濃，引起產(chǎn)品水濃度增加，取樣的電導(dǎo)率從上一個(gè)游到下一個(gè)膜元件電導(dǎo)率的變化約為10%，如果這個(gè)變化幅度過(guò)大，則表明問(wèn)題所在，如果某點(diǎn)位置電導(dǎo)率介躍變化，表明機(jī)械泄露。從分析產(chǎn)品水中二價(jià)離子與一價(jià)離子的比率的變化也可推測(cè)出是否發(fā)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(yàn)一種方法，(是美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，B3923)，如果真空破壞超過(guò)每分鐘20kPa亦即6in汞柱則表明膜元件嚴(yán)重泄露而不能再使用。如果試驗(yàn)不能揭示問(wèn)題，則可能需要進(jìn)行破壞性(解剖)分析，可以檢查膜元件內(nèi)部情況，對(duì)部件進(jìn)行試驗(yàn)和分析污染物。

10.多介質(zhì)過(guò)濾器的濾料選擇應(yīng)注意什么

多介質(zhì)過(guò)濾器(含雙濾料過(guò)濾器)的過(guò)濾材料應(yīng)有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，各介質(zhì)的相對(duì)密度和粒徑應(yīng)有一定差別，由無(wú)煙煤與石英砂組成的雙層濾料過(guò)濾器所用的無(wú)煙煤相對(duì)密度為1.4—1.6，粒徑為0.8—1.8mm，石英砂相對(duì)密度為2.6—2.65，粒徑為0.5—1.2mm;3層濾料過(guò)濾器除了以上兩種濾料外還可以用錳砂、磁鐵礦之類(lèi)的重質(zhì)礦石，其相對(duì)密度為4.7—5.0，粒徑為0.5—4mm。

應(yīng)該注意的是，多介質(zhì)過(guò)濾器雖然有一定的簡(jiǎn)化預(yù)處理系統(tǒng)作用，但是不能以一種過(guò)濾器代替必須設(shè)置的其他濾器，這主要取決于原水情況。如果使用自來(lái)水作原水，通�？梢悦獬^(guò)濾器，直接配置活性炭過(guò)濾器即可;如果使用深井水作原水，深井水的鐵、錳等變價(jià)離子含量很低，使用多介質(zhì)過(guò)濾器即可;如果使用河床淺井水則還應(yīng)布置細(xì)紗過(guò)濾器作前置過(guò)濾;如果使用地表水做原水，則混凝和多級(jí)過(guò)濾都是必要的。

11.怎樣初步確定系統(tǒng)所需膜元件使用數(shù)目

膜元件設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)反滲透系統(tǒng)時(shí)所賦予每支膜元件的實(shí)際產(chǎn)水量，以使設(shè)計(jì)人員有據(jù)可依。設(shè)計(jì)導(dǎo)則建議應(yīng)根據(jù)不同的進(jìn)水水源來(lái)選取不同的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量，認(rèn)為地表水水源含較多的污染物，污染指數(shù)SDI值介于3—5，因而其單位面積上的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量應(yīng)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(shù)SDI值較低，一般小于3，因而其單位面積上的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量應(yīng)選取較高的數(shù)值，如果采用一級(jí)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水作為二級(jí)反滲透進(jìn)水，則幾乎不帶雜質(zhì)，污染指數(shù)SDI值更低，一般小于1，其單位面積上的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量可選取比地下水更高的數(shù)值。

據(jù)此，可知每根反滲透膜元件的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量與其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)水量無(wú)關(guān)，只與其有效膜面積、進(jìn)水水源、SDI值等有關(guān)，CPA2的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量不應(yīng)該是10000gpd，而只能是該公司設(shè)計(jì)導(dǎo)則建議的，即：設(shè)計(jì)產(chǎn)水量=平均水流量×膜元件的有效面積，查找該公司設(shè)計(jì)導(dǎo)則，其建議的平均水通量分別為8—14gfd(以地表水作為進(jìn)水水源)，14—18gfd(以地下水作為進(jìn)水水源)，20—30gfd(一級(jí)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水作為二級(jí)反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水)，故在地表水作為進(jìn)水水源時(shí)，CPA2膜元件的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量=(8—14gfd)×365ft2 =2920—5110gfd，折合成0.5—0.8t/h。

依此類(lèi)推以地下水作為進(jìn)水水源時(shí)，CPA2膜元件的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為0.8—1t/h。以一級(jí)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水作為二級(jí)反滲透的進(jìn)水時(shí)，CPA2膜元件的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為1.2—1.7t/h。

如果設(shè)計(jì)人員要設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)水量為100t/h的反滲透系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)選用CPA2膜元件，以地表水作為進(jìn)水水源，所需CPA2膜元件的數(shù)量可估算為：膜元件數(shù)量=系統(tǒng)產(chǎn)水量/CPA2膜元件的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量，即膜元件數(shù)量=(100t/h)/(0.5—0.8t/h)=200—125支。

假設(shè)每支壓力容器中裝膜元件6支，則可取6的倍數(shù)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)膜元件數(shù)量應(yīng)為198—126支;當(dāng)?shù)叵滤鳛檫M(jìn)水水源時(shí)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)膜元件數(shù)量應(yīng)為126—102支;以一級(jí)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水作為二級(jí)反滲透的進(jìn)水時(shí)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)膜元件數(shù)量應(yīng)為84—60支。

12.如何決定系統(tǒng)采用4"膜元件還是8"膜元件

根據(jù)膜公司設(shè)計(jì)導(dǎo)則，其建議的平均水量分別為8—14gfd(以地表水作為進(jìn)水水源)，14—18gfd(以地下水作為進(jìn)水水源)，20—30gfd(一級(jí)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水作為二級(jí)反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水)。

根據(jù)該設(shè)計(jì)導(dǎo)則可知，單支8040膜元件的最低產(chǎn)水量為0.46t/h(以地表水作為進(jìn)水水源)，0.80t/h(以地下水作為進(jìn)水水源)，1.15t/h(一級(jí)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水作為二級(jí)反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水)。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)水量大于上述值時(shí)從理論上來(lái)說(shuō)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(tǒng)的回收率要求，是否允許濃水回流，系統(tǒng)占地面積，壓力容器造價(jià)以及系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性等諸多因素。

根據(jù)各種因素的綜合平衡，一般認(rèn)為5t/h以上的反滲透系統(tǒng)采用8040膜元件比較合適，3t/h以下的系統(tǒng)都用4040膜元件比較合適，3—5t/h的反滲透系統(tǒng)采用8040或者4040膜元件都可以。

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