反滲透膜技術制水效能研究
——以河南應用技術職業學院反滲透制水系統為例

岳瑞豐，韓欠欠

（河南應用技術職業學院，河南鄭州 450042）

目前，在各種膜分離技術中，以外界壓力為動力的反滲透膜分離技術因具有成本低、節能環保、效率高、無相變、注資少、能耗少、組件化、工藝流程簡單等優點[1-3]，成為近年來國內應用最成功、發展最快、普及最廣的一種，已經廣泛應用到大型鍋爐補給水、各種工業用純水，生活飲用水，電子、半導體、制藥、醫療、食品、飲料、酒類、化工、環保等行業中。然而，在反滲透膜制水系統長期運行過程中，受水中含鹽量、微生物等影響，會出現膜堵塞、膜污染的情況，進而會影響到反滲透的制水效能。

1 反滲透膜效能影響因素

反映反滲透制水系統效能的指標是產水通量和脫鹽率，而產水通量和脫鹽率受進水水質條件和運行參數的影響（壓力、溫度、pH 等），因此，在適宜的操作條件下，保持制水系統在最優的指標參數下運行，有利于提高反滲透制水效率、降低運行成本。

①進水壓力。反滲透必須在一定的壓力范圍內進行，當操作壓力增大時，反滲透的凈驅動力提高，膜產水通量變大，但過高的壓力會沖擊膜孔，造成脫鹽率下降。所以進水壓力應控制在合理的范圍之內。②進水溫度。在較高的溫度下，水的黏度會降低、水中鹽分溶解度增大，更容易擴散，從而提高了膜的水通透性。升高溫度，鹽離子也更容易通過反滲透膜，導致產品水的脫鹽率下降。③進水pH。pH 值不僅會影響到水中離子的遷移，而且還會影響到水中雜質的形態，當進水pH 值降低時，反滲透膜對水中部分可溶性有機物的截留率也會降低。較高的pH 會降低水中碳酸鹽的溶解度，導致結垢，堵塞膜孔，降低產水量。④進水鹽濃度。原水中含鹽分越多，濃度差越大，會導致溶液的滲透壓變大，在外界提供的外壓不變的情況下會引起水通量變小，導致鹽滲透性增加和脫鹽速率降低。⑤進水水質。進水水質不達標容易導致膜污染和結垢，高的SDI 值（淤泥污染指數）會導致反滲透系統中的污染物顆粒增加，使膜運行周期縮短。

2 河南應用技術職業學院反滲透制水系統介紹

2.1 反滲透制水系統介紹

河南應用技術職業學院反滲透制水裝置于2014年4月投產使用。裝置原水采用200m 地下深井水，共由兩級反滲透制水系統組成，其中：一級反滲透系統共安裝有14支（8支+6支）反滲透膜，原水進入一級分滲透前8支膜分離后，產生的濃水進入后6支膜進行二次分離，將前8支膜和后6支膜分離出的純水作為一級純水，儲存在一級純水箱中；二級反滲透系統以一級純水為進水，共安裝有10支（6支+4支）反滲透膜，一級水進入二級分滲透前6支膜分離后，產生的濃水進入后4支膜進行二次分離，將前6支膜和后4支膜分離出的純水作為二級純水，儲存在二級純水箱中。二級反滲透分離出的濃水，因電導率較低，為28～32μS/cm，遠低于原水的電導率（一般為620～640μS/cm），因此二級系統分離出的濃水進入原水系統重復利用。

2.2 制水工藝流程

原水（地下水）經離心泵加壓（0.5MPa）后經石英砂、活性炭、保安過濾器初濾，再經一級增壓泵加壓后（0.6～1.2MPa）進入一級反滲透系統，一級水儲存在一級純水箱中。一級產水收集后通過產水管進入二級反滲透膜，過濾后進入二級純水箱。反滲透系統設有PLC 控制系統、流量計，在線電導率儀等。流量計可以實時控制運行出水量以及系統水回收率。產水電導儀實時監測出水電導率。制水工藝流程如圖1所示：

圖1 制水工藝流程

3 研究主要目標

分別多次調節一級、二級純水系統不同的進水壓力，通過壓力變化進而影響濃水和純水產水流量和產水電導率（一級水和二級水），找到系統最佳操作壓力或者壓力區間，在該壓力時系統產水量、回收率、濁度和脫鹽率達到最佳。

4 研究效果

通過多次實驗及對運行參數的調整，當一級反滲透壓力在0.7～0.8MPa、二級反滲透壓力在0.7～0.8MPa 時，對反滲透膜回收率、脫鹽率、濁度、有機物去除等運行參數的變化進行有效的數據記錄分析。

4.1 回收率變化

按照回收率=產水流量/進水流量×100%計算每次實驗的回收率，多次實驗求平均值，并記錄實驗數據，見表1。

表1 反滲透系統回收率的變化

從表1可以看出，當一級反滲透壓力在0.8MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa 時，產水量最高，為5.4m3/h，回收率最高，為72.97%，系統運行穩定。

4.2 脫鹽率變化

在反滲透的正常運行中，通過脫鹽率的測定來評價系統分離效果的好壞、產品水的水質是否達標。根據公式R=（1-C0/C1）×100%得出每次實驗的脫鹽率。（式中：R為脫鹽率，%；C0為二級反滲透的電導率，μS/cm；C1為原水電導率，μS/cm），多次實驗求平均值，數據如表2所示。

表2 反滲透系統脫鹽率的變化

從表2可知，當一級反滲透壓力在0.8MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa 時，脫鹽率達到了99.36%。以上數據表明該反滲透系統的脫鹽效果很好。

4.3 濁度變化

在反滲透運行中，濁度的變化反映了所含雜質（主要是泥沙）的多少、反滲透制水水質的好壞，表3所示。

表3 反滲透系統濁度的變化

經測試統計可以看出，反滲透進水濁度在9.7～10.9NTU，當一級反滲透壓力在0.80MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa 時，反滲透產水的濁度在0.23NTU 左右，去除率達到97.88%，由數據顯示可見，反滲透對經過預處理的水，還會有明顯的再去除效果。

4.4 有機物去除變化

反滲透制水過程中，水中有機物的含量多，會嚴重影響反滲透的制水效能，所以對系統運行過程中的有機物含量變化做實時監測，進行實驗數據記錄。反滲透系統有機物的變化如表4所示，從表4可以看出：反滲透進水CODcr 在9.5～11.5mg/L，當一級反滲透壓力在0.80MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa左右時，水中有機物的平均去除率達到96.56%。由此可見：當反滲透系統的操作壓力在0.75～0.8MPa 時，反滲透系統對有機物的去除效果很好，從而較好地保證了產品水的水質，也達到了很好的出水效果。

表4 反滲透系統有機物的變化

5 結論

實驗結果表明，當一級反滲透壓力在0.80MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa 時，系統的脫鹽率達99%以上，回收率72.92%，產水濁度控制在0.23NTU 左右，有機物的去除率在96%以上，產水量達到最大；另外，從純水系統長期運行看，隨著制水系統的運行，少量鹽分會在反滲透膜上集聚，將影響到反滲透制水通量和脫鹽率，制水效能將降低，制水成本逐漸增大。