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RO膜

反渗透膜

RO是英文Reverse Osmosis 的缩写，中文意思是反渗透。一般水的流动方式是由低浓度流向高浓度，水一旦加压之后，将由高浓度流向低浓度，亦即所谓逆渗透原理：由于RO膜的孔径是头发丝的一百万分之一（0.0001微米），一般肉眼无法看到，细菌、病毒是它的5000倍，因此，只有水分子及部分矿物离子能够通过(通过的离子无益损取向)，其它杂质及重金属均由废水管排出。所有海水淡化的过程，以及太空人废水回收处理均采用此方法，因此RO膜又称体外的高科技“人工肾脏”。国内外，医学军用民用领域，都采取顶级RO膜进行高分子过滤。

发展背景
1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水，隔了几秒后，吐出一小口的海水，而产生疑问，因为陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水的。经过解剖发现海鸥体内有一层薄膜，该薄膜非常精密，海水经由海鸥吸入体内后加压，再经由压力作用将水分子贯穿渗透过薄膜转化为淡水，而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外，此即往后反渗透法的基本理论架构，并在1953年由University of Florida应用于海水淡化去除盐份设备，在1960年经美国联邦政府专案资助美国U.C.L.A大学医学院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士着手研究反渗透膜，一年约投入四亿美元经费研究，以运用于太空人使用，使太空船不用运载大量的饮用水升空，直到1960年投入研究工作的学者、专家越来越多，使之质与量更加精进，从而解决了人类饮用水中的难题。
工作原理
要了解反渗透，首先要了解“渗透”的概念。
渗透是一种物理现象。当两种含有不同盐类的水，如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现，含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，这样，逐渐把两边的含盐浓度融合到均等为止，这一过程称为渗透。然而，要完成这一过程需要很长时间。但如果在含盐量高的水侧，施加一个压力，其结果也可以使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大，可以使方向向反方向渗透，而盐分剩下。因此，反渗透除盐原理，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压力到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中杂质、盐分的目的。
反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。
反渗透时，溶剂的渗透速率即液流能量N为：N=Kh(Δp－Δπ) （式中Kh为水力渗透系数，随温度升高稍有增大；Δp为膜两侧的静压差；Δπ为膜两侧溶液的渗透压差）。稀溶液的渗透压π为：π=iCRT（式中i为溶质分子电离生成的离子数；C为溶质的摩尔浓度；R为摩尔气体常数；T为绝对温度。）
反渗透通常使用非对称膜和复合膜，所用的设备主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，其应用范围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。
经典模型
反渗透机理模型有几个经典模型
（1）先吸附毛细孔模型：弱点干态电镜下，没发现孔。湿态膜标本不是电镜的样品。由Sourirajan提出。
（2）溶解扩散模型：不认为有孔。
（3）干闭湿开模型：上个世纪80，90年代，邓宇等提出的，能够解释1和2模型的统一的现代最贴切的逆渗透机理模型。既“干闭湿开”反渗透模型，统一了两个最经典的反渗透机制模型，细孔模型，溶解扩散模型。即
膜干时，膜收缩致密，孔隙闭合，电镜下看不到；
膜湿时，膜材料溶胀，膜的孔隙被溶剂溶胀，孔打开。合并就是“干闭湿开”脱盐模型。
污染分析
为了提高清洗效果，清洗前需要对膜污染的状况进行分析，确定污染物的种类，根据反渗透膜污染、结垢的具体情况，选择有针对性的清洗剂进行清洗。
1.分析途径
(1)分析系统运行数据。
(2)分析给水中潜在的污染、结垢成分。
(3)分析SDI仪的膜过滤器收集的污染物。
(4)分析滤芯过滤器的污染物。
(5)检查管道内表面和膜元件两端的状况。
(6)必要时剖开膜元件进行分析,查找污染、结垢成分。
2.分析方法
RO膜污染严重时，可通过染色试验、显微镜分析、傅立叶变换红外线光谱(FTIR)分析、扫描电子显微镜(SEM)分析、能源频射X光线(EDX)分析等查找原因判断故障位置。实际应用中常采用以下简便易行的分析方法。
在确定系统已经发生污染，需要实施化学清洗时，最好先打开压力容器端板，直接观察污染物在压力容器端板与膜元件之间的间隙内累积的情况。一般根据直接观察即可基本确定污染物的类型，从而确定相应的清洗方案。
①前段污染观察
预处理滤料(石英砂、活性炭)泄漏、胶体污染、有机物污染和生物污染时，前端最严重，可以从前端膜元件入口观察到颗粒物及粘液状污染；发生生物污染时会发现腥臭味粘液物质，灼烧刮取的生物粘泥(粘膜)，会有蛋白质的焦臭气味。
②末端污染观察
无机盐结垢在系统末端最为严重，在末端膜元件端头处可以摸到粗糙的粉状物。用盐酸(pH3~4)溶解时有气体冒出，说明沉淀物极可能是CaCO3。硫酸盐垢、硅垢在pH很低时也很难溶解。如果垢在0.1mol/LHF溶液中是可溶的，则可能是硅垢。
用途
RO膜民用方面最多是用于纯水机方面，作为纯水机净化的过滤装置之一，在自来水到净水的过滤中起了最核心的作用。RO膜能够有效的去除水中钙、镁、细菌、有机物、无机物、金属离子和放射性物质等，经过该装置净化出的水晶莹清澈、甜美甘醇。该装置适用于家庭和宾馆、酒店、医院等企事业单位饮用净水使用。
清洗方案
清洗RO膜元件的一般步骤：
一、用泵将干净、无游离氯的反渗透产品水从清洗箱(或相应水源)打入压力容器中并排放几分钟。
二、用干净的产品水在清洗箱中配制清洗液（不同的膜需不同的清洗液）。
三、将清洗液在压力容器中循环1小时或预先设定的时间。
四、清洗完成以后，排净清洗箱并进行冲洗，然后向清洗箱中充满干净的产品水以备下一步冲洗。
五、用泵将干净、无游离氯的产品水从清洗箱(或相应水源)打入压力容器中并排放几分钟。
六、在冲洗反渗透系统后，在产品水排放阀打开状态下运行反渗透系统，直到产品水清洁、无泡沫或无清洗剂(通常15~30分钟)。
膜元件的储存
1.反渗透纯净水设备膜元件在装入压力容器前，不要打开密封包装，在阴凉干燥处存放，避免阳光直射。
2.不可受冻结冰。
膜元件的安装
1.ge纯水机在安装膜元件前，应保证系统已经完成清洁工作。
2.膜元件在装入系统时，要适当润滑O型圈和浓水密封圈，可使用硅基胶或50%甘油水溶液，禁止使用油、油脂、凡士林或石油类化合物。
3.在将膜元件逐一装入压力容器时，在压力容器端板处通过加入垫圈的方法消除间隙，以防止在系统启动和停机时膜元件在压力容器中蹿动，同时可降低膜元件外连接处渗漏的可能性。
新膜清洗
1.新系统在安装膜元件后要进行彻底冲洗，将系统中残留的杂质、溶剂和保护液完全清洗干净。
2.产水用于饮用时，需至少冲洗24小时。
3.系统的启动与运行。
4.在系统启动之前，浓水阀门应保持完全开启。系统启动后可逐渐缓慢关闭浓水阀门，使系统达到设定的回收率。浓水阀关闭时严禁启动设备。
5.在系统运行期间，任何时候(包括系统的预启动、常规操作、冲洗及化学清洗)都不可关闭产水管路上的阀门。
6.在高压运行之前，通过软启动机构或变频调速进行低压冲洗以排出空气。
特别注意
1.保证给水浊度<1.0 NTU或SDI15<5，给水温度<45℃，进水中不含可能对膜造成物理及化学损伤的有害物质。
2.任何时候膜元件进水中的余氯含量不得超过0.05mg/L，否则将会导致膜元件不可恢复的氧化损坏。
维护保养
1.在正常运行一段时间后，膜元件会受到给水中可能存在的悬浮物或难溶物的污染。在标准条件下系统性能下降10%，或显然发生结垢或污堵时，应及时进行清洗。定期地进行水冲洗和化学加药清洗可恢复膜元件的性能，延长膜元件的使用寿命。
2.系统在短期停止运行期间，应每隔5天冲洗系统，冲洗后关闭阀门防止结垢堵塞。
3.系统长期停运(30天以上)，添加1%亚硫酸氢钠溶液，以防止细菌繁殖。
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