一种膜法水处理技术的应用

高焕珍

【摘 要】近年来来，水处理应用技术得到了跨越式的发展，其重要标准就是膜技术的大量应用。反渗透技术是膜法水处理技术中的一种，它广泛应用于电力系统、环保、化工、石油、饮料、钢铁、电子等行业，反渗透水处理技术具有在常温下操作、无相变、能耗低、设备结构紧凑、占地少、自动化程度高、连续性生产、经济效益好、运行维护方便、产品水质稳定和环境污染小等优点。在诸多水处理方法中，反渗透技术被认为是最先进的方法之一。

【关键词】反渗透；水处理技术

1 反渗透脱盐的基本原理

如果将淡水（或纯水）和盐水用一种只能透过水而不能透过溶质的半透膜隔开，则淡水（或纯水）中的水会穿过半透膜至盐水一侧，这种溶剂通过一种半透膜进入另一种溶液或者是从一种稀溶液向浓溶液的自然渗透现象叫做渗透。因此，在进行渗透过程中，由于盐水一侧液面的升高会产生压力，从而抑制淡水（或纯水）中的水进一步向盐水一侧渗透。最后，当盐水侧的液面距淡水（或纯水）面有一定的高度，以至它产生的压力足以抵消其渗透倾向时，盐水侧的液面就不再上升。此时，通过半透膜进入浓溶液的水和通过半透膜离开浓溶液的水量相等，所以它们处于平衡状态。在平衡时，盐水和淡水间的液面差表示这两种溶液的渗透压差。如果把淡水换成纯水，则此压差就表示盐水的渗透压。

但是，如果在浓水侧外加一个比渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，则可以将盐水中的纯水挤出来，即变成盐水中的水向纯水中渗透。由于其渗透方向和自然渗透相反，因此称其为反渗透。这种现象表明，当对盐水一侧施加的压力超过水的渗透压时，可以利用半透膜装置从盐水中将盐脱去，这就是反渗透脱盐。

2 反渗透装置的主要形式

2.1 概况

反渗透膜材料包括各种有机高分子材料和无机材料，早期以醋酸纤维素和芳香聚酰胺系为主，现在应用更多的是复合膜，膜元件（膜组件）的形式主要有4种：平板式、圆管式、螺旋卷式和中空纤维式。前三者又分别简称为板式、管式和卷式。表1是各种膜组件的比较。这些膜组件均有自己独特的优点，因而不可能将其中任何一种淘汰。水处理中以卷式应用最为普遍，约占用户的99%；中空纤维式主要用于海水淡化领域；管式和卷式主要用于食品和环保方面。对膜元件（膜组件）的基本要求是：①尽可能高的膜装填密度（装填密度是指单位体积装置中膜的面积㎡/）；②不易浓差极化；③抗污染能力；④清洗和换膜方便；⑤价格便宜。几种反渗透装置的技术特点如下：

①板框式：主要优点，结构紧凑、密封牢固、能承受较高压力，成膜工艺简单，组建性能稳定，易换膜，一张膜破损不影响整个组件使用；主要缺点，装置成本高，水流状态不好，易堵塞或易产生浓差极化，不易清洗，适用于小规模的水处理，要求进水水质较好。

②管式：主要优点，膜更换方便、容易清洗，水力条件好，预处理要求低，特别适用于悬浮物较高，粘度较大的液体及废水处理，尤其以内压管式膜更为突出；主要缺点，膜的装填密度较小，占地面积较大，装置成本较高，适用于中、小规模的水处理。

③螺旋卷式：主要优点，膜装填密度大，单位体积产水量高，结构紧凑，运行稳定，价格低廉；主要缺点，制造膜组件的工艺复杂，组件堵塞后不易清洗，预处理要求较高，适用于大规模的水处理。

④中空纤维式：主要优点，膜装填密度最大，单位体积产水量高，膜不需要支撑体，浓差极化可以忽略，价格低廉；主要缺点，成膜工艺复杂，预处理要求最高，膜组件一旦堵塞后很难清洗，适用于大规模的水处理。

3 反渗透的运行与维护

3.1 反渗透系统的运行

在正常运行条件下，反渗透膜也可被无机盐垢、胶体、微生物、金属氧化物等污染。这些物质沉积在膜表面上，引起反渗透装置出力下降、压差升高或除盐率下降，因此应高度重视反渗透的运行与维护，防止或减缓反渗透膜污染，延长膜的使用寿命。操作压力、回收率（或浓水排放量）、进水的SDI（污染指数）、pH、温度是反渗透装置的主要运行控制参数；脱盐率、产水量和压差是3个主要监视参数。在运行管理中必须严格遵守，绝不能随意改变操作条件。特别要防止提高回收率来增加产水量，导致反渗透膜面产生结垢；要防止在SDI值超标的情况下继续运行温度，水温升高膜通量增加，但温度越高，膜结构越不稳定，寿命越短，因此一般膜的最高耐受温度45℃，要求温度在25～30℃。

操作压力：反渗透设备运行时，必须给其施加一个大于进水原液的渗透压，这一压力称为操作压力。操作压力是一个重要参数，一般只有在较高的压力下操作时，才有较高的产水率和脱盐率。但是压力过高会使膜很快压实，导致产水率下降。一般反渗透膜在正常使用前都应先进行预压力处理，它是用蒸馏水在比预期压力高15%的压力条件下运行1h。这种处理会使整个膜的性能趋于稳定。在实际使用中应根据原液浓度、膜的性能等综合考虑选择操作压力，并对反渗透膜采取预压力处理。

PH：各种膜都有一定的pH值适用范围，使用中应根据膜的材料选择合适的水的pH值。如醋酸纤维素膜的pH值适用范围为3～8；杜邦型尼龙中空纤维pH值的适用范围是1.5～12；芳香聚酰胺膜的pH值适用范围为4～10。当料液的的pH值超过这种范围时，会对膜产生各种有害作用，并使膜发生分解。

剪切速度：剪切速率大，质量传递快，浓差极化弱，膜通量高，且膜通量降低慢；但初始通量越大，膜面的污垢层更紧密，水力停留时间增加，膜通量降低越快。

3.2 反渗透系统的维护

大流量冲洗反渗透装置：反渗透在运行过程中，膜表面附着着许多污染物，由于水分离方向与水流方向垂直，所以膜表面污染物可以通过冲洗来去除。应使用高质量纯水作为冲洗水对其进行冲洗。冲洗水不能含有化学药剂，特别不能含有阻垢剂类。应使用低压冲洗水泵，冲洗10～15min。在反渗透停运后，即短期停运期间每天都要冲洗一次。

药物保护：若反渗透装置停运时间超过7d应用药物保护膜组件，将溶液用循环的方式加入反渗透装置中，并确保循环结束时，系统中存在的残余空气量少，关闭系统中的所有阀门，以使保护液和外部空气隔绝。每周检测保护液的pH值，或者每月更换一次保护液。反渗透装置停运期间，装置不允许结冻，温度也不能超过45℃。

4 反渗透膜的污染物与清洗

4.1 同膜的生产厂商对污染物采用的药剂有不完全一致的要求，污染物与清洗济的选择：金属氧化物CaCO3，给水酸化，控制运行回收率，柠檬酸pH=2.5～3.5；CaSO3，运行中加阻垢济，柠檬酸pH2.5～3.5；有机物，预处理中除去，EDTA钠盐+Na3PO4=10～12；微生物细菌，预处理中除去，给水加氯杀菌，0.5%～1%甲醛。

4.2 清洗

对于多段RO装置，原则上清洗应分段进行，清洗水流方向与运行方向相同。当污染物比较轻时，可以多段一起进行清洗。

膜元件污染严重时，清洗液在最初几分钟可以排入地沟，然后再循环。一般情况下，清洗液可以不排入地沟，直接循环。再清洗膜元件时，有关的清洗系统用水冲洗干净，以免污染膜元件，应认真检查有关阀门是否严密。

清洗过程中应检测清洗温度、pH值、运行压力以及清洗液颜色的变化。系统温度一般不应超过40°C，运行压力以能完成清洗过程即可，压力容器两端压降不应超过0.35MPa。在清洗循环过程中，清洗液升高较多时，需加酸恢复到设的值。清洗液升高，说明酸在溶解无机垢类。

一般情况下，清洗每一段循环时间为1.5h，污染严重时应延长时间，清洗完毕后，应用反渗透出水冲洗RO装置，时间不少于20min，当膜污染严重时，清洗第一段的溶液不要清洗第二段，应重新配置清洗溶液。为了提高清洗效果，可以让清洗液浸泡膜元件，但时间不能超过24h。

5 总结

随着反渗透技术的发展成熟与技术优势，相信在水處理领域反渗透技术会更好的发展。

【参考文献】

[1]周柏青主编.全膜水处理技术，中国电力出版社.

[2]冯逸仙编著.反渗透水处理系统工程，中国电力出版社.