反渗透原理及性能影响分析

反渗透原理及性能影响分析 王学波 张胜林 张东来 常增亮 侯三忠（安彩高科水车间 2782） 摘 要 本文讲述了反渗透制水原理，结合膜组件内部结构详细描述了反渗透制水流程， 并介绍了反渗透应用工艺流程及主要设备，同时着重分析了反渗透性能影响因素。 关键词 反渗透原理 膜组件 制水流程 反渗透膜 1 反渗透设备原理 图 1 反渗透设备 RO（Reverse Osmosis）反渗透设备采用当代最先进、节能有效的膜分离技术，反渗透 设备其原理是在高于溶液渗透压的作用下，使其他物质不能透过半透膜而将其它物质和水 分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此反渗透设备能够有效地去除水中的溶解盐类、 胶体、微生物、有机物等，反渗透设备可以生产纯水、高纯水，以满足不同行业、不同需 求的用户。 图 2 反渗透原理 当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯 水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧施加压 力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净 流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流 向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透（RO）处理的基 本原理。 2 2 反渗透膜组件结构及制水过程 图 3 常见的卷式反渗透膜组件结构图 常见的反渗透膜组件是卷式膜，如图所示，两层膜组成一个类似信封的膜袋，三边密 封不透水，透水的一边与中间的集水管相连，膜袋中间夹有导流网，膜袋与膜袋中间夹有 间隔网，多层这样的膜袋卷在一起构成卷式膜组件，两边有密封垫圈。原水通过间隔网流 过，在压力作用下透过反渗透膜，流经导流网进入中央集水管，形成纯水产水用于生产及 生活，没有透过膜的浓缩水进行排放。 3 反渗透应用工艺流程及设备介绍 图 4 反渗透设备制纯净水工艺流程图 3.1 石英砂过滤器 由全自动控制阀、玻璃钢罐和不同的级配比的石英砂组成，可有效的去除原水中的悬 浮物和部分胶体物质，降低原水中的浊度，并可自动进行反冲洗。 3.2 活性碳过滤器 由全自动控制阀、优质玻璃罐和不同净水级活性碳组成，可有效的吸附原水中的重金 属、游离氯、氯仿等有害物质，并可自动进行反冲洗。 3.3 阳离子交换器 由全自动控制阀、优质玻璃钢罐和树脂组成，可有效去除水中的钙、镁离子。使反渗 透设备在运行中不会因为结垢而影响反渗透膜的使用寿命，并可自动进行再生。 3 3.4 精密过滤器 精密过滤器是在原水进入膜以前的最后一道保护，它可以有效去除前处理泄漏的大于 m 的物质。主要是防止悬浮微粒进入反渗透膜元件，在膜表面沉积而污染膜元件。 3.5 高压泵 高压泵是反渗透设备的主要动力设备，高压泵应设置高过热保护，泵前后分别设置低、 高压保护开关。当高压泵进水压力低于设定值后，高压泵停运，以保护高压泵；当高压泵 出口压力高于设定值后，高压泵停运，以保护反渗透膜。 3.6 反渗透膜 反渗透膜是一种由压力驱动的新型分离膜，在压力推动下，溶液中的水分子透过膜， 而其它分子、离子、细菌、病毒等被截留，从而达到纯化水的目的。反渗透膜的孔径小于 1nm，能有效去除二价离子，对一价离子的去除率可达 95 99%；对低分子量有机物的去 除率可达 100%;反渗透系统能够除去原水中 99%以上的矿物质、细菌、病毒、热原及细菌内 毒素等。 3.7 臭氧发生器 主要用于制取纯净水时进行消毒,保证饮水健康。 3.8 灌装机 用水纯净水的自动化灌装。 4 影响反渗透膜性能的主要因素 4.1 压力的影响 如图 5 所示，透过膜的水通量增加与进水压力的增加存在直线关系，增加进水压力也 增加了脱盐率，但是两者间的变化关系没有线性关系，而且达到一定程度后脱盐率将不再 图 5. 进水压力对通量和脱盐率的作用 脱盐率 产水通量 压 力 图 6 进水温度对通量和脱盐率的作用 产水通量(恒定压力) 脱盐率( 恒定通量 ) 温 度 4 增加。 由于 RO 膜对进水中的溶解性盐类不可能绝对完美地截留，总有一定量的透过量，随着 压力的增加，因为膜透过水的速率比传递盐分的速率快，这种透盐率的增加得到迅速地克 服。但是，通过增加进水压力提高盐分的排除率有上限限制，正如图 5 脱盐率曲线的平坦 部分所示那样，超过一定的压力值，脱盐率不再增加，某些盐分还会与水分子耦合一同透 过膜。 4.2 温度的影响 如图 6 所示，膜系统产水电导对进水温度的变化非常敏感，随着水温的增加，水通量 几乎线性地增大，这主要归功于透过膜的水分子的粘度下降、扩散能力增加。增加水温会 导致脱盐率降低或透盐率增加，这主要是因为盐分透过膜的扩散速率会因温度的提高而加 快所致。 4.3 盐浓度的影响 渗透压是水中所含盐分或有机物浓度和种类的函数，盐浓度增加，渗透压也增加，因 此需要逆转自然渗透流动方向的进水驱动压力大小主要取决于进水中的含盐量。图 7 表明， 如果压力保持恒定，含盐量越高，通量就越低，渗透压的增加抵销了进水推动力，同时如 图 7 所示，水通量降低，增加了透过膜的盐通量(降低了脱盐率)。 4.4 回收率的影响 如果回收率增加(进水压力恒定)，残留在原水中的含盐量更高，自然渗透压将不断增 加直至与施加的压力相同，这将抵销进水压力的推动作用，减慢或停止反渗透过程，使渗 透通量降低或甚至停止(参见图 8)。 RO 系统最大可能回收率并不一定取决于渗透压的限制，往往取决于原水中的含盐量和 它们在膜面上要发生沉淀的倾向，最常见的微溶盐类是碳酸钙、硫酸钙和硅，应该采用原 脱盐率 水通量 原水浓度 图 7 增加盐浓度对通量和脱盐率的影 响 5 水化学处理方法阻止盐类因膜的浓缩过程引发的结垢。 4.5 pH 值的影响 图 9 表明 FILMTEC FT30 膜在宽广的 pH 范围内水通量和脱盐率相当稳定。 4.6 影响效果比较 表 1 形象的说明了在压力、温度、回收率、进水含盐量 4 个主要影响因素增加的情况 下，产水量和透盐率的变化情况。 表 1 影响效果比较 增 加 产水量 透盐率 有效压力 温度 回收率 进水含盐量 表示增加； 表示降低。 参考文献 1 许振良