一種膜法水處理技術的應用

高煥珍

【摘 要】近年來來，水處理應用技術得到了跨越式的發展，其重要標準就是膜技術的大量應用。反滲透技術是膜法水處理技術中的一種，它廣泛應用于電力系統、環保、化工、石油、飲料、鋼鐵、電子等行業，反滲透水處理技術具有在常溫下操作、無相變、能耗低、設備結構緊湊、占地少、自動化程度高、連續性生產、經濟效益好、運行維護方便、產品水質穩定和環境污染小等優點。在諸多水處理方法中，反滲透技術被認為是最先進的方法之一。

【關鍵詞】反滲透；水處理技術

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的半透膜隔開，則淡水（或純水）中的水會穿過半透膜至鹽水一側，這種溶劑通過一種半透膜進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象叫做滲透。因此，在進行滲透過程中，由于鹽水一側液面的升高會產生壓力，從而抑制淡水（或純水）中的水進一步向鹽水一側滲透。最后，當鹽水側的液面距淡水（或純水）面有一定的高度，以至它產生的壓力足以抵消其滲透傾向時，鹽水側的液面就不再上升。此時，通過半透膜進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。在平衡時，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，如果在濃水側外加一個比滲透壓更高的壓力，扭轉自然滲透方向，則可以將鹽水中的純水擠出來，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。這種現象表明，當對鹽水一側施加的壓力超過水的滲透壓時，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高分子材料和無機材料，早期以醋酸纖維素和芳香聚酰胺系為主，現在應用更多的是復合膜，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特的優點，因而不可能將其中任何一種淘汰。水處理中以卷式應用最為普遍，約占用戶的99%；中空纖維式主要用于海水淡化領域；管式和卷式主要用于食品和環保方面。對膜元件（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價格便宜。幾種反滲透裝置的技術特點如下：

①板框式：主要優點，結構緊湊、密封牢固、能承受較高壓力，成膜工藝簡單，組建性能穩定，易換膜，一張膜破損不影響整個組件使用；主要缺點，裝置成本高，水流狀態不好，易堵塞或易產生濃差極化，不易清洗，適用于小規模的水處理，要求進水水質較好。

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

③螺旋卷式：主要優點，膜裝填密度大，單位體積產水量高，結構緊湊，運行穩定，價格低廉；主要缺點，制造膜組件的工藝復雜，組件堵塞后不易清洗，預處理要求較高，適用于大規模的水處理。

④中空纖維式：主要優點，膜裝填密度最大，單位體積產水量高，膜不需要支撐體，濃差極化可以忽略，價格低廉；主要缺點，成膜工藝復雜，預處理要求最高，膜組件一旦堵塞后很難清洗，適用于大規模的水處理。

3 反滲透的運行與維護

3.1 反滲透系統的運行

在正常運行條件下，反滲透膜也可被無機鹽垢、膠體、微生物、金屬氧化物等污染。這些物質沉積在膜表面上，引起反滲透裝置出力下降、壓差升高或除鹽率下降，因此應高度重視反滲透的運行與維護，防止或減緩反滲透膜污染，延長膜的使用壽命。操作壓力、回收率（或濃水排放量）、進水的SDI（污染指數）、pH、溫度是反滲透裝置的主要運行控制參數；脫鹽率、產水量和壓差是3個主要監視參數。在運行管理中必須嚴格遵守，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水量，導致反滲透膜面產生結垢；要防止在SDI值超標的情況下繼續運行溫度，水溫升高膜通量增加，但溫度越高，膜結構越不穩定，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：反滲透設備運行時，必須給其施加一個大于進水原液的滲透壓，這一壓力稱為操作壓力。操作壓力是一個重要參數，一般只有在較高的壓力下操作時，才有較高的產水率和脫鹽率。但是壓力過高會使膜很快壓實，導致產水率下降。一般反滲透膜在正常使用前都應先進行預壓力處理，它是用蒸餾水在比預期壓力高15%的壓力條件下運行1h。這種處理會使整個膜的性能趨于穩定。在實際使用中應根據原液濃度、膜的性能等綜合考慮選擇操作壓力，并對反滲透膜采取預壓力處理。

PH：各種膜都有一定的pH值適用范圍，使用中應根據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。當料液的的pH值超過這種范圍時，會對膜產生各種有害作用，并使膜發生分解。

剪切速度：剪切速率大，質量傳遞快，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，水力停留時間增加，膜通量降低越快。

3.2 反滲透系統的維護

大流量沖洗反滲透裝置：反滲透在運行過程中，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。應使用高質量純水作為沖洗水對其進行沖洗。沖洗水不能含有化學藥劑，特別不能含有阻垢劑類。應使用低壓沖洗水泵，沖洗10～15min。在反滲透停運后，即短期停運期間每天都要沖洗一次。

藥物保護：若反滲透裝置停運時間超過7d應用藥物保護膜組件，將溶液用循環的方式加入反滲透裝置中，并確保循環結束時，系統中存在的殘余空氣量少，關閉系統中的所有閥門，以使保護液和外部空氣隔絕。每周檢測保護液的pH值，或者每月更換一次保護液。反滲透裝置停運期間，裝置不允許結凍，溫度也不能超過45℃。

4 反滲透膜的污染物與清洗

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

4.2 清洗

對于多段RO裝置，原則上清洗應分段進行，清洗水流方向與運行方向相同。當污染物比較輕時，可以多段一起進行清洗。

膜元件污染嚴重時，清洗液在最初幾分鐘可以排入地溝，然后再循環。一般情況下，清洗液可以不排入地溝，直接循環。再清洗膜元件時，有關的清洗系統用水沖洗干凈，以免污染膜元件，應認真檢查有關閥門是否嚴密。

清洗過程中應檢測清洗溫度、pH值、運行壓力以及清洗液顏色的變化。系統溫度一般不應超過40°C，運行壓力以能完成清洗過程即可，壓力容器兩端壓降不應超過0.35MPa。在清洗循環過程中，清洗液升高較多時，需加酸恢復到設的值。清洗液升高，說明酸在溶解無機垢類。

一般情況下，清洗每一段循環時間為1.5h，污染嚴重時應延長時間，清洗完畢后，應用反滲透出水沖洗RO裝置，時間不少于20min，當膜污染嚴重時，清洗第一段的溶液不要清洗第二段，應重新配置清洗溶液。為了提高清洗效果，可以讓清洗液浸泡膜元件，但時間不能超過24h。

5 總結

隨著反滲透技術的發展成熟與技術優勢，相信在水處理領域反滲透技術會更好的發展。

【參考文獻】

[1]周柏青主編.全膜水處理技術，中國電力出版社.

[2]馮逸仙編著.反滲透水處理系統工程，中國電力出版社.