反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。因為它和自然滲透的方向相反，故稱反滲透。根據(jù)各種物料的不同滲透壓，就可以使用大于滲透壓的反滲透壓力，即反滲透法，達到分離、提取、純化和濃縮的目的。
工作原理
要了解反滲透，首先要了解“滲透”的概念。滲透是一種物理現(xiàn)象。當兩種含有不同鹽類的水，如用一張半滲透性的薄膜分開就會發(fā)現(xiàn)，含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的水中，而所含的鹽分并不滲透，這樣，逐漸把兩邊的含鹽濃度融合到均等為止，這一過程稱為滲透。然而，要完成這一過程需要很長時間。但如果在含鹽量高的水側(cè)，施加一個壓力，其結(jié)果也可以使上述滲透停止，這時的壓力稱為滲透壓力。如果壓力再加大，可以使方向相反方向滲透，而鹽分剩下。因此，反滲透除鹽原理，就是在有鹽分的水中(如原水)，施以比自然滲透壓力更大的壓力，使?jié)B透向相反方向進行，把原水中的水分子壓力到膜的另一邊，變成潔凈的水，從而達到除去水中雜質(zhì)、鹽分的目的。
RO膜原理圖
1. 反滲透系統(tǒng)應(yīng)多久清洗一次?
一般情況下，當標準化通量下降10～15%時，或系統(tǒng)脫鹽率下降10～15%，或操作壓力及段間壓差升高10～15%，應(yīng)清洗RO系統(tǒng)。清洗頻度與系統(tǒng)預(yù)處理程度有直接的關(guān)系，當SDI15<3時，清洗頻度可能為每年4次;當SDI15在5次左右時，清洗頻度可能要加倍但清洗頻度取決于每一個項目現(xiàn)場的實際情況。
2. 什么是SDI?
目前行之有效的評價RO/NF系統(tǒng)進水中膠體污染可能的最好技術(shù)是測量進水的淤積密度指數(shù)(SDI，又稱污堵指數(shù))，這是在RO設(shè)計之前必須確定的重要參數(shù)，在RO/NF運行過程中，必須定期進行測量(對于地表水每日測定2～3次)，ASTM D4189-82規(guī)定了該測試的標準。膜系統(tǒng)的進水規(guī)定是SDI15值必須≤5。
3. 一般進水應(yīng)該選用反滲透工藝還是離子交換工藝?
在許多進水條件下，采用離子交換樹脂或反滲透在技術(shù)上均可行，工藝的選擇則應(yīng)由經(jīng)濟性比較而定，一般情況下，含鹽量越高，反滲透就越經(jīng)濟，含鹽量越低，離子交換就越經(jīng)濟。由于反滲透技術(shù)的大量普及，采用反滲透+離子交換工藝或多級反滲透或反滲透+其它深度除鹽技術(shù)的組合工藝已經(jīng)成為公認的技術(shù)與經(jīng)濟更為合理的水處理方案。
4. 反滲透膜元件一般能用幾年?
膜的使用壽命取決于膜的化學(xué)穩(wěn)定性、元件的物理穩(wěn)定性、可清洗性、進水水源、預(yù)處理、清洗頻率、操作管理水平等。根據(jù)經(jīng)濟分析通常為5年以上。
5. 反滲透和納濾之間有何區(qū)別?
納濾是位于反滲透合同超濾之間的膜法液體分離技術(shù)，反滲透可以脫除最小的溶質(zhì)，分子量小于0.0001微米，納濾可脫除分子量在0.001微米左右的溶質(zhì)。納濾本質(zhì)上是一種低壓反滲透，用于處理后產(chǎn)水純度不特別嚴格的場合，納濾適合于處理井水和地表水。
6. 膜技術(shù)具有怎樣的分離能力?
反滲透是目前最精密的液體過濾技術(shù)，反滲透膜對溶解性的鹽等無機分子和分子量大于100的有機物起截留作用，另一方面，水分子可以自由的透過反滲透膜，典型的可溶性鹽的脫除率為>95～99%。操作壓力從進水為苦咸水時的7bar(100psi)到海水時的69bar(1，000psi)。納濾能脫除顆粒在1nm(10埃)的雜質(zhì)和分子量大于200～400的有機物，溶解性固體的脫除率20～98%，含單價陰離子的鹽(如NaCl或 CaCl2)脫除率為20～80%，而含二價陰離子的鹽(如MgSO4)脫除率較高，為90～98%。超濾對于大于100～1，000埃(0.01～0.1微米)的大分子有分離作用。所有的溶解性鹽和小分子能透過超濾膜，可脫除的物質(zhì)包括膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機物。多數(shù)超濾膜的截留分子量為1，000～100，000。微濾脫除顆粒的范圍約0.1～1微米，通常情況下，懸浮物和大顆粒膠體能被截留而大分子和溶解性鹽。
7. 反滲透膜進水最大允許二氧化硅濃度多少?
最大允許二氧化硅的濃度取決于溫度、pH值以及阻垢劑，通常在不加阻垢劑時濃水端最高允許濃度為100ppm，某些阻垢劑能允許濃水中的二氧化硅濃度最高為240ppm，請咨詢阻垢劑供應(yīng)商。
8. 鉻對RO膜有何影響?
某些重金屬如鉻會對氯的氧化起到催化作用，進而引起膜片的不可逆性能衰減。這是因為在水中Cr6+比Cr3+的穩(wěn)定性差。似乎氧化價位高的金屬離子，這種破壞作用就更強。
9. RO系統(tǒng)一般需要何種預(yù)處理?
通常的預(yù)處理系統(tǒng)組成如下，粗濾(～80微米)以除去大顆粒，加入次氯酸鈉等氧化劑，然后經(jīng)多介質(zhì)過濾器或澄清池進行精密過濾，再加入亞硫酸氫鈉還原余氯等氧化劑，最后在高壓泵入口之前安裝保安濾器。
10. 反滲透能脫除微生物如病毒和細菌嗎?
反滲透(RO)非常致密，對病毒、噬菌體和細菌具有非常高的脫除率，至少在3log以上(脫除率>99.9%)。但是還須注意的是，在很多情況下，膜產(chǎn)水側(cè)仍可能會出現(xiàn)微生物再次滋生，這主要取決于裝配、監(jiān)測和維護的方式，就是說，某一個系統(tǒng)的脫除微生物的能力關(guān)鍵取決于系統(tǒng)設(shè)計、操作和管理是否恰當而不是膜元件本身的性質(zhì)。
11. 溫度對產(chǎn)水量有何影響?
溫度越高，產(chǎn)水量越高，反之亦然，在較高的溫度條件下運行時，應(yīng)調(diào)低運行壓力，使產(chǎn)水量保持不變，反之亦然。關(guān)于產(chǎn)水量變化的溫度校正系數(shù)TCF請查閱相關(guān)章節(jié)。
12. 什么是顆粒和膠體污染?如何測定?
反滲透或納濾系統(tǒng)一旦出現(xiàn)顆粒和膠體的污堵就會嚴重影響膜的產(chǎn)水量，有時也會降低脫鹽率。膠體污堵的早期癥狀是系統(tǒng)壓差的增加，膜進水水源中顆粒或膠體的來源因地而異，常常包括細菌、淤泥、膠體硅、鐵腐蝕產(chǎn)物等，預(yù)處理部分所用的藥品如聚合鋁和三氯化鐵或陽離子聚電介質(zhì)，如果不能在澄清池或介質(zhì)過濾器中有效的除去，也可能引起污堵。
13. 不作系統(tǒng)沖洗，最長允許停機多久?
如果系統(tǒng)使用阻后劑，當水溫在20～38℃之間，大約4小時;在20℃以下時，大約8小時;如果系統(tǒng)未用阻垢劑，約1天。
14. 怎樣才能使膜系統(tǒng)的能耗降低?
采用低能耗膜元件即可，但應(yīng)注意到它們的脫鹽率比標準膜元件略低。
可自由透過微濾膜，微濾膜用于去除細菌、微絮凝物或總懸浮固體TSS，典型的膜兩側(cè)的壓力為1～3bar。
15. 反滲透純水系統(tǒng)能否頻繁的啟停?
膜系統(tǒng)是按連續(xù)運行作為設(shè)計基準的，但在實際操作時，總會有一定頻度的開機和停機。當膜系統(tǒng)停機時，必須用其產(chǎn)水或經(jīng)過預(yù)處理合格的水進行低壓沖洗，從膜元件中置換掉高濃度但含阻垢劑的濃水。
16. 膜元件上安裝鹽水密封圈其方向怎樣確定?
要求膜元件上的鹽水密封圈裝在元件進水端，同時開口面向進水方向，當給壓力容器進水時，其開口(唇邊)將進一步張開，完全封住進水從膜元件與壓力容器內(nèi)壁間的旁流。
17. 怎樣從水中脫除硅?
水中硅以兩種形態(tài)存在，活性硅(單體硅)和膠體硅(多元硅)：膠體硅沒有離子的特征，但尺度相對較大，膠體硅能被精細的物理過濾過程所截留，如反滲透，也可以通過凝聚技術(shù)降低水中的含量，如混凝澄清池，但是那些需要依靠離子電荷特征的分離技術(shù)，如離子交換樹脂和連續(xù)電去離子過程(CDI)，對脫除膠體硅效果十分有限。
18. pH對脫除率、產(chǎn)水量和膜壽命有何影響?
反滲透膜產(chǎn)品對應(yīng)pH范圍，一般為2～11，pH對膜性能本身的影響很小，這是與其它膜產(chǎn)品不同的顯著特點之一，但是水中許多離子本身的特性受pH的影響巨大，例如當檸檬酸等類的弱酸在低pH條件下，主要呈非離子態(tài)，而在高pH值下出現(xiàn)解離而呈離子態(tài)。
19. 進水TDS和電導(dǎo)率之間關(guān)系怎樣?
當獲得進水電導(dǎo)率數(shù)值時，必須將其轉(zhuǎn)化成TDS數(shù)值，以便能在軟件設(shè)計時輸入。對于多數(shù)水源，電導(dǎo)率/TDS的比率為1.2～1.7之間，為了進行ROSA設(shè)計，海水選用1.4比率而苦咸水選用1.3比率進行換算，通常能夠得到較好的近似換算率。
20. 怎樣知道膜是否已受到污染?
以下是污染的常見癥狀：
在標準壓力下，產(chǎn)水量下降;
為了達到標準產(chǎn)水量，必須提高運行壓力;
進水與濃水間的壓降增加;
膜元件的重量增加;
膜脫除率明顯變化(增加或降低);
21. 怎樣防止膜元件原包裝內(nèi)的微生物滋生?
當保護液出現(xiàn)混濁時，很可能是因為微生物滋生之故。用亞硫酸氫鈉保護的膜元件應(yīng)每三個月查看一次。當保護液出現(xiàn)混濁時，應(yīng)從保存密封袋中取出元件，重新浸泡在新鮮保護液中，保護液濃度為1%(重量)食品級亞硫酸氫鈉(未經(jīng)鈷活化過)，浸泡約1小時，并重新密封封存，重新包裝前應(yīng)將元件瀝干。
22. RO膜元件和IX離子交換樹脂的進水要求有哪些?
理論上講，進入RO和IX系統(tǒng)應(yīng)不含有如下雜質(zhì)：
懸浮物、膠體、硫酸鈣、藻類、細菌、氧化劑，如余氯等;
油或脂類物質(zhì)(必須低于儀器的檢測下限);
有機物和鐵-有機物的絡(luò)合物;
鐵、銅、鋁腐蝕產(chǎn)物等金屬氧化物;
23. RO膜能脫除哪些雜質(zhì)?
RO膜能夠很好地脫除離子和有機物，反滲透膜比納濾膜有更高的脫除率，反滲透通常能脫除給水中99%的鹽份，進水中的有機物的脫除率≥99%。
24. 怎樣知道你的膜系統(tǒng)該用何種清洗方法進行清洗?
為了獲得最好的清洗效果，選擇能對癥的清洗藥劑和清洗步驟非常重要，錯誤的清洗實際上還會惡化系統(tǒng)性能，一般來說，無機結(jié)垢污染物，推薦使用酸性清洗液，微生物或有機污染物，推薦使用堿性清洗液。
25. 為什么RO產(chǎn)水的pH值低于進水的pH值?
當了解到CO2 、HCO3-和CO32-之間的平衡，就能夠找到這一問題的最好答案，在密閉的體系內(nèi)，CO2 、HCO3-和CO32-的相對含量隨pH值的變化而變化，低pH值條件下，CO2 占主要部份，在中等pH值范圍內(nèi)，主要為HCO3-，高pH值范圍內(nèi)，主要為CO32-。由于RO膜可以脫除溶解性的離子而不能脫除溶解性的氣體，RO產(chǎn)水中的CO2 含量與RO進水中CO2 的含量基本相同，但是HCO3-和CO32-常常能夠減少1～2個數(shù)量級，這樣就會打破進水中CO2 、HCO3-和CO32-之間的平衡，在系列反應(yīng)中，CO2 將與H2O結(jié)合發(fā)生如下反應(yīng)平衡的轉(zhuǎn)移，直到建立新的平衡。
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