反渗透系统

用于反渗透的系统

‌‌反渗透系统是一种利用压力差为推动力，通过高分子膜分离溶液中溶剂的膜分离操作。

简介

反渗透的基本工作原理是：运用特制的高压水泵，将原水加至6—20公斤压力，使原水在压力的作用下渗透过孔径只有0.0001微米的反渗透膜。化学离子和细菌、真菌、病毒体不能通过，随废水排出，只允许体积小于0.0001微米的水分子和溶剂通过。

保安过滤器内装有过滤孔径为5μm的滤芯。这些滤芯会过滤掉任何尺寸大于5μm的颗粒。对下游RO膜起到保护作用，否则RO膜表面极易结垢。较常用的渗透膜类别为聚酰胺膜，膜型式为卷式复合膜，该种型式的膜的除盐率可达99.5%。

由于RO膜易受水中PH值、余氯及水温的影响，故RO膜运行前对进水水质有严格要求：

PH 值：3~10

余氯值：< 0.1mg/L

SDI15值：< 5.0

水温：< 45 ℃

以上任一指标超出范围，均有可能使渗透膜产生变形，从而影响出水水质和缩短膜的使用寿命。并且膜的种类不同对进水水质要求也有所不同。在调试前可以根据RO膜厂家提供的说明进行确认。

参数定义

回收率：指膜系统中给水转化为产水或透过液的百分率。膜系统的设计是基于预设的进水水质而定的，设置在浓水管道上有浓水阀可以调节并设定回收率。回收率常常希望最大化以便获得最大的产水量，但是应该以膜秕内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的限度值。

脱盐率：通过反渗透膜从系统进水中除去总可有溶性杂质浓度的百分率，或通过纳滤膜脱除特定组份如二价离子或有机物的百分数。

透盐率：脱盐率的相反值，它是进水中溶解性杂质成分透过膜的百分率。

渗透液：经过膜系统产生的净化产水。

流量：流量是指进入膜元件的进水流率，常以每小时立方米（m3/h）或每分钟加仑表示（gpm）。浓水流量是指离开膜元件系统的未透过膜的那部分的“进水”流量。这部分浓水含有原水水源带入的可溶性的组份，常以每小时立方米（m3/h）或每分钟加仑表示（gpm）。

通量：以单位膜面积透过液的流率，通常以每小时每平方米升（l/㎡h）或每天每平方英尺加仑表示（gpm）。

稀溶液：净化后的水溶液，为反渗透或纳滤系统的产水

浓溶液：未透过膜的那部分溶液，如反渗透或纳滤系统的浓缩水。

预处理系统

预处理系统的设置，目的在于改善供水条件，使之达到反渗透系统的进水要求，从而保护反渗透主机，并延长膜的使用寿命。在水处理系统中。常常需要针对不同的水质进行预处理设计，最常见的是多介质过滤器（滤除直径大于10um的悬浮颗粒）+活性碳（去除水中的异味、余氯、重金属离子、有机致癌物等）+阻垢剂加药装置（或软化装置）（大大减少系统中钙、镁等结垢物质形成垢）+精密过滤器（过滤精度为5um，进一步脱除水中残留的颗粒性物质）组成预处理系统。

反渗透装置（纯水装置）

（1）作用：反渗透装置是纯化水生产线的主要部分。本装置选用日本日东电工集团美国海德能公司生产的节能型复合膜ESPA型反渗透膜元件。ESPA系列为高脱盐率苦咸水淡化膜。可在较低操作压力下，获取高水通量，其平均脱盐率99.5%。由于ESPA膜具有上述的优点，从而为水泵、压力容器、管道、阀门等配套设备的选择提供了更为广泛的空间。而且使用功率更小的电机即可满足工作的需要。同时，ESPA膜的高水通量、高脱盐率的特性，这些都使设备制造成本和系统设备投资费用大为降低，并且可大量的节省能源，降低了系统的运行费用，提高水质。

（2）选型：美国海德能ESPAI-4040/8040。反渗透装置所设计的产水温度25℃，水的利用率为70%。

增压泵

（1）作用：给后级混床提供必需的工作压力。

（2）控制：泵后用调节阀调节压力及进水量（手工操作）。

分类

主要包括系统泵、反渗透装置（反渗透膜及膜壳、机架、电控箱）、冲洗/清洗装置及中间水箱。

反渗透机理模型

有几个经典模型差异特点：

1、优先吸附毛细孔模型：弱点干态电镜下，没发现孔。湿态膜标本不是电镜的样品。

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，国人邓宇等提出的，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。

这个问题太深奥了，至今科学家们都无法完全明确解释。其实把反渗透现象理解清楚就可以。学界对于反渗透分离机理的解释主要流行以下三种理论：

1、溶解-扩散模型

Lonsdale等人提出解释反渗透现象的溶解-扩散模型。他将反渗透的活性表面皮层看作为致密无孔的膜，并假设溶质和溶剂都能溶于均质的非多孔膜表面层内，各自在浓度或压力造成的化学势推动下扩散通过膜。溶解度的差异及溶质和溶剂在膜相中扩散性的差异影响着他们通过膜的能量大小。其具体过程分为：第一步，溶质和溶剂在膜的料液侧表面外吸附和溶解；第二步，溶质和溶剂之间没有相互作用，他们在各自化学位差的推动下以分子扩散方式通过反渗透膜的活性层；第三步，溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。

在以上溶质和溶剂透过膜的过程中，一般假设第一步、第三步进行的很快，此时透过速率取决于第二步，即溶质和溶剂在化学位差的推动下以分子扩散方式通过膜。由于

膜的选择性，使气体混合物或液体混合物得以分离。而物质的渗透能力，不仅取决于扩散系数，并且决定于其在膜中的溶解度。

2、优先吸附—毛细孔流理论

当液体中溶有不同种类物质时，其表面张力将发生不同的变化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等有机物质，可使其表面张力减小，但溶入某些无机盐类，反而使其表面张力稍有增加，这是因为溶质的分散是不均匀的，即溶质在溶液表面层中的浓度和溶液内部浓度不同，这就是溶液的表面吸附现象。当水溶液与高分子多孔膜接触时，若膜的化学性质使膜对溶质负吸附，对水是优先的正吸附，则在膜与溶液界面上将形成一层被膜吸附的一定厚度的纯水层。它在外压作用下，将通过膜表面的毛细孔，从而可获取纯水。

3、氢键理论

在醋酸纤维素中，由于氢键和范德华力的作用，膜中存在晶相区域和非晶相区域两部分。大分子之间存在牢固结合并平行排列的为晶相区域，而大分子之间完全无序的为非晶相区域，水和溶质不能进入晶相区域。在接近醋酸纤维素分子的地方，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子会形成氢键并构成所谓的结合水。当醋酸纤维素吸附了第一层水分子后，会引起水分子熵值的极大下降，形成类似于冰的结构。在非晶相区域较大的孔空间里，结合水的占有率很低，在孔的中央存在普通结构的水，不能与醋酸纤维素膜形成氢键的离子或分子则进入结合水，并以有序扩散方式迁移，通过不断的改变和醋酸纤维素形成氢键的位置来通过膜。

在压力作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点——羰基上的氧原子形成氢键，而原来水分子形成的氢键被断开，水分子解离出来并随之移到下一个活化点并形成新的氢键，于是通过一连串的氢键形成与断开，使水分子离开膜表面的致密活性层而进入膜的多孔层。由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能够畅通流出膜外。

故障排除

反渗透系统的故障现象主要有三类：透水量减少、盐透过率增大以及压降增大，反渗透系统出现故障会导致脱盐率的下降和产品水量的降低，如果二者或其中之一缓慢地降低，则可能是污垢或水垢产生的常见现象，可以通过清洗反渗透系统来解决问题。

1、评估反渗透系统机械和化学问题

反渗透系统机械问题主要是O形圈的损坏、盐水密封的损坏、泵的损坏、管道和阀门的损坏、不精确的仪表等。反渗透系统化学问题一是酸添加的不适当，高剂量的酸会损坏膜或引起基于硫酸盐的结垢，低剂量会导致碳酸盐或基于金属氢氧化物的垢或污染；二是阻垢剂添加的不适当，高剂量可能导致污染，低剂量可能导致结垢。

2、鉴定反渗透系统污染物

一是分析进料液、盐水和产品液的无机成分，总有机碳(TOC)、浊度、pH值、TDS、总悬浮固体(TSS)、SDI和温度，其中SDI、TSS和浊度的测定能提供微粒物质污染的依据，TOC的测定可预示有机物的污染倾向；二是浸渍和分析反渗透系统进料液筒过滤器或SDI过滤器滤垫。

3、反渗透系统核实仪表操作

包括压力表、流量计、pH计、电导率计、温度计等，必要时重新校正。

4、分析反渗透系统进料水化学条件的变化

将现行的进料水分析和设计时的基准数据相比较，进料水化学条件的变化会产生增添预处理或更新原有预处理设备的需求。

5、重新检查反渗透系统的操作数据