浅谈反渗透工艺的特点及运行影响因素

摘要：本着保护环境、促进自然生态环境良性可持续性发展的原则，我国在水资源的开发利用以及污废水的排放要求等方面，政策日趋严厉。相应激励了水处理工艺的发展，其中尤以反渗透工艺为最。本文对反渗透工艺的特点及运行影响因素做了简要介绍，对反渗透工艺的实际应用有一定的借鉴意义。

关键词：反渗透 工艺特点 运行影响因素

中图分类号： P747 文献标识码： A

一．前言

近年来，随着科学技术的不断发展，水处理行业也涌现出了许多新工艺，新技术。其中发展最迅速的，莫过于膜分离技术。膜分离工艺根据分离的驱动力的不同，可分为压力差式膜、浓度差式膜、电位差式膜等；根据分离精度的不同，大致可分为超滤膜，纳滤膜，反渗透膜，离子交换膜，微滤膜等等。其中反渗透膜因其优异的分离效率，运行操作简单等优点，已经成为水溶液分离提纯的主要手段，在水处理行业获得了长足的发展。下面就针对反渗透工艺及反渗透膜的特点等做简要介绍：

二． 反渗透的工作原理：

渗透现象在自然界是很常见的。早在1748年，Nollet就发现了这种渗透现象。取两种浓度不同的溶液，中间以半透膜（仅允许水分子通过而不允许其他离子或分子通过的膜）隔开，水分子就会从低浓度的溶液一侧向高浓度的溶液一侧移动，这就是渗透现象。表观现象表现为稀溶液一侧的液面降低而浓溶液一侧的液面升高，经过一段时间后，半透膜两侧的液面不再变化，此时半透膜两侧液面的高差所形成的压力称为渗透压。渗透压的大小与盐水的浓度直接相关。

如果在浓溶液一侧的液面上施加一定压力，用以克服渗透压，此时，水分子就会由高浓度一侧向低浓度一侧迁移，这个过程被称为反渗透现象，也是反渗透净水的原理。

三．反渗透工艺的特点：

1.典型系统流程：

经预处理的原水 原水箱 原水升压泵 保安过滤器 反渗透高压泵 反渗透膜组件 预脱盐水箱

2.反渗透工艺的特点：

根据原水水质的不同，反渗透工艺可分为常规苦咸水预脱盐及海水淡化工艺。常规苦咸水预脱盐工艺的系统流程如上所示，系统操作压力约为1.2～1.5MPa左右；若为海水淡化工艺，则在保安过滤器之后，原料海水将被分为两部分，其中40%流量的海水直接经高压泵升压后进入反渗透膜组件，其余60%流量的海水经过能量交换装置，与反渗透系统的高压浓排水进行能量交换后，再并入高压泵出口管道，与原40%流量的高压海水汇合后进入反渗透膜组件进行淡化处理。系统操作压力约为5.0～5.5MPa左右，远高于常规苦咸水预脱盐工艺。

3.反渗透工艺的优点：

系统能够连续运行，安全可靠；无需酸碱再生操作，节省酸碱储存和计量稀释等辅助设施；不产生再生后的酸碱废水，无须废水处理设施；产品水水质稳定，脱盐效率高；反冲洗和清洗操作频率低，降低水耗节约用水；设备高度集成化，有效减小水处理车间建筑面积，节省土建工程量。

四．影响反渗透运行的因素：

1.膜元件的脱盐率：

脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度，致密度越高脱盐率越高，同时产水量越低。膜元件在实验室的理想条件下，脱盐率可达99.7%以上。反渗透对不同物质的脱除率主要由物质的结构和分子量决定，对高价离子及复杂单价离子的脱除率可超过99%；而对单价离子如：钠离子、钾离子、氯离子的脱除率稍低，但也超过了98%；对分子量大于100的有机物脱除率也可达到98%，但对分子量小于100的有机物脱除率较低。

2.膜元件的产水量（水通量）

产水量（水通量）是指单位时间内透过膜的水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。

渗透流率也是表示反渗透膜元件产水量的重要指标，指单位膜面积上透过的流量，通常用吨/（平方米.小时）或加仑/（平方英尺.天）（GFD）来表示。过高的渗透流率将导致垂直于膜表面的水流速加快，加剧膜污染。一般常见的原水种类以及对应的最大渗透流率如下：地下水（含盐量约300～1500 ppm）,GFD约为15左右；地表水及苦咸水（含盐量约200～5000ppm）,GFD约为12左右；海水（含盐量约32500ppm）,GFD约为8左右；若为前级反渗透产水（含盐量约小于500ppm）,GFD约为30左右。

3.膜元件的回收率：

通常希望膜系统的回收率最大化以便获得更高的产水量，但是却又因为过高的回收率会造成膜系统内积盐结垢而受到限制。

反渗透工艺的典型回收率，若为普通的苦咸水预脱盐工艺，回收率多为75～80%；海水（含盐量约32500ppm）, 最大回收率约为40%左右；若为前级反渗透产水（含盐量约小于500ppm）或者浓缩液回收, 最大回收率约为90%左右。

4.进水压力对反渗透膜的影响：

进水压力本身并不会影响盐分的透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐的透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，使单位产品水中的盐分降低，膜元件的脱盐率上升。但当进水压力超过一定值时，由于过高的产水量，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率稳定在一定数值，不再增加。

5.进水温度对反渗透膜的影响：

反渗透产水的电导率对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加，水通量也呈线性的增加，进水水温每升高1℃，产水通量就增加2.5～3.0%。其原因在于随着温度的升高，水分子的黏度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降，这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。

6.进水pH值对反渗透膜的影响：

进水pH值对产水量几乎没有影响，而对脱盐率有较大的影响。由于水中溶解的二氧化碳受pH值影响较大，pH值低时以气态二氧化碳形式存在，容易透过反渗透膜，所以pH值越低脱盐率也越低；随着pH值升高，气态二氧化碳逐渐转化为碳酸氢根离子和碳酸根离子，脱盐率也逐渐上升，在pH值7.5～8.5间，脱盐率达到最高。

7.进水盐浓度对反渗透膜的影响：

渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，含盐量越高渗透压也越大。进水压力不变的情况下，渗透压越大，系统操作的净压力（净压力=进水压力-渗透压）将减小，产水量降低。同时，透盐率正比于膜两侧盐的浓度差，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。

五．反渗透膜组件的清洗

1.反渗透膜组件的清洗：

当系统运行出现下列情况时，应进行化学清洗操作：

（1）装置产水量比初始投运时（上次清洗后）降5～10%。

（2）装置脱盐率比初始运行时（或上次清洗后）降5～10%。

（3）装置各段压力差比初始投运时（或上次清洗后）增加1倍时。

（4）装置若长期停运且用甲醛保护，系统重新启动前。

出现以上四种情况之一时，反渗透膜应进行清洗。清洗方法有二种，即低压水冲洗（0.3Mpa）或化学药剂清洗。一般应尽力采用低压水清洗，当不能得到良好清洗效果时再采用药剂清洗。当采用药剂清洗时，无机结垢污染物，推荐使用酸性清洗液；微生物或有机污染物，推荐使用碱性清洗液。

清洗频率与系统的进水水质有直接的关系：当SDI15＜3时，清洗频度约为每季度一次；当SDI15在5左右时，清洗频度可能会翻倍，达到每一到两个月一次。

2.反渗透膜组件的停运与保养：

反渗透系统在停用前，应进行冲洗操作，有条件的情况下应用反渗透系统产水进行冲洗，条件不允许的情况下，可采用进水进行延时自闭式冲洗。冲洗后的反渗透系统，停运期在1个月以内的，需每天运行0.5―1小时；若连续停用1个月以上，需反渗透系统的产水配制的1%的福尔马林溶液浸泡反渗透膜，每六个月更换一次保护液，更换保护液前应先排空旧溶液，冲洗并运行系统3―4个小时。

结束语：

随着废水排污费用的增加、原水质量的降低以及对产品水质要求的提高，反渗透脱盐系统与其他脱盐系统之间的技术经济比较结果也有高有低。总体来讲, 基本是原水含盐量越高, 反渗透系统就越经济。从目前国内外的发展趋势上看, 反渗透技术将逐渐取代离子交换工艺, 而成为水处理的首选工艺。