反滲透水處理在食品飲料中的應用及注意

黃恒峰

生產高質量的飲料，必須要有高品質的飲料用水。反滲透從六十年代開始已經是一項新型膜分離技術，特別是隨著最近幾年反滲透系統中核心部分----反滲透膜技術不斷更新進步而應用更加廣泛，它從傳統的海水淡化（除鹽），水質的軟化（去除鈣鎂離子、有機物、懸浮物和膠體），發展到二級反滲透的細菌、病毒的分離和飲料果汁的濃縮。

一、原理

在一個容器中用滲透膜把容器隔成兩部分，一邊注入濃溶液，另一邊注入淡溶液，并使兩邊液位相等，這時淡溶液中的水分會自然透過滲透膜滲透到達濃溶液一邊，濃溶液自然升高到一定高度，產生一定的內壓，此時壓力即為滲透壓，如圖（A）。如果在濃溶液一側外加一個大于來之滲透壓的壓力，濃溶液就會通過滲透膜滲透到達淡溶液一側，這種現象稱之為反滲透，如圖（B）。

反滲透膜以前使用較為廣泛的有：1、醋酸纖維素膜；2、芳香聚酰胺纖維膜；3、聚苯并咪唑膜；4、多孔玻璃膜；5、磺化聚苯醚膜；6、氧化石墨膜。前幾年較多使用美國OSMONICS公司生產的復合膜，國內有的廠家稱為太空膜，現在則廣泛使用美國海德能公司的復合膜，不同的膜處理出來的水質成分也有差別，應根據飲料側重于硬度還是PH值，或者兩者兼顧來選擇合適的膜。

二、注意

1、活性氯是反滲透膜的致命殺手，故反滲透進水要求余氯小于0.1ppm，當進水是市政自來水時必須在反滲透前根據自來水中殘留氯的多少加入相當的亞硫酸氫鈉（NaHSO3）還原水中的殘余活性氯。如果進水是深層地下水（一般余氯都會小于0.1ppm，最好一個季度檢驗一次余氯），一般就不需要加亞硫酸氫鈉。

2、為了防止水中的礦物質在濃縮時產生沉淀或者其他有機物污染膜元件，需要加入一定量的阻垢劑，原理是它能在膜表面形成一層光滑的薄膜對反滲透膜起保護作用，加入量一般為3—5ppm。

國外一般加入除垢劑，但因其成本較高，國內目前常用的阻垢劑是六偏磷酸鈉，它能和鈣、鎂離子起螯合作用，化學反應式為：Na6P6O18+3Ca2+Ca3P6O18+6Na+

Ca3P6O18+2Na6P6O18=3Na4CaP6O18生成可溶性螯合物。

加藥量的大小根據水質情況而定，在保證產水合格的情況下，加藥量越小越好，假如加入量為3ppm，即每噸水建議加藥4g，若每小時砂罐進水為60m3/hr，則每小時需加藥4×60=240g/hr，配制濃度為10%，則注入量為240/0.1=2400mL。計量泵滿刻度加藥量為4000mL/hr,調節到加藥刻度為2400/4000=60%。每次調配藥劑時，建議不要一次調配過多阻垢劑，小量多次配藥為好。此外，每次都清洗一下加藥桶。

3、反滲透膜一旦運行后，任何時候都應保持反滲透膜濕潤，并且不能讓膜內水結冰，而且停機時必須關閉所有閥門保持膜與外界隔絕，以免膜和空氣中的氧發生反應而失去功效。

4、CIP中膜的清洗理想順序是先酸洗，后堿洗，酸洗時配制0.2%的鹽酸（HCL）或檸檬酸，控制PH值在2左右，用CIP泵將藥液循環清洗，在酸洗過程中要監測PH值的變化，當PH值高于2.5時，應再加入一定量的酸液藥劑，若膜太臟可浸泡一個晚上，但沖洗排放時間不少于30分鐘；堿洗時配制按重量計0.1% NaOH和按重量計0.1%Na-EDTA(乙二胺四乙酸鈉),控制PH值不低于11。用CIP泵將藥液打入反滲透循環清洗。同樣堿洗過程監測PH值的變化，當PH值低于10.5時，再加入一定量的堿液，若膜太臟時可浸泡一個晚上，最后沖洗排放時間應不少于30分鐘。

5、反滲透膜長時間停機的保養：若反滲透系統暫停使用，要每隔2—3天運行一定時間（10—20分鐘）；當反滲透系統停機超過3天，系統里的膜要作適當保養，可以用1%的亞硫酸氫鈉（NaHSO3）溶液保存，但必須要求管道密封，不能接觸空氣，否則NaHSO3能和空氣發生反應，以致強烈腐蝕不銹鋼管。如需停機超過一個星期，可用福爾馬林（甲醛0.5%CH3CHO溶液來保養，但在保養之前，最好首先進行化學清洗，保證膜元件完全清潔，配好的甲醛溶液循環時先排掉20%溶液，重新啟用時必須沖洗不少于2小時）。

三、特殊清洗

反滲透系統標準化滲透水流量下降10—15%，或者是標準化系統壓增加10—15%，出現其中一種情況，系統清洗就應該開始，也就是前面所說的酸洗和堿洗，當酸洗和堿洗都沒有效果的時候，就應該想到系統可能已被嚴重污染，需做特殊清洗。一般有以下幾種情況：

1、碳酸鈣、磷酸鈣、金屬氧化物

先用性質比較溫和的20%檸檬酸清洗，PH值控制在4.0，效果不明顯的可用0.2%鹽酸溶液清洗，并觀察情況可適當增加溶液濃度，甚至加入有刺激性氣味的氨水，直至打開濃水排放時有渾濁的水垢排出。

2、硫酸鈣、膠體、微生物、小分子有機物

先用0.2% NaOH溶液清洗，PH值控制在10以上。如果效果不明顯，可用0.2%三聚磷酸鈉溶液清洗。

3、二氧化硅垢

對于沉淀在膜上的溶解性硅，很難去除，只能用較高的沖洗速度和較長時間的循環、浸泡。一般是2—3天，白天循環，晚上浸泡，溫度保持在400C這樣容易去除硅垢。

4、細菌分解物、生物粘泥、真菌

先低PH清洗，再高PH清洗，然后用生物劑消毒，如甲醛或雙氧水。

5、大分子天然有機物、微生物

用2%三聚磷酸鈉溶液，0.25%十二烷基苯磺酸鈉溶液，溫度控制在400C，PH值控制在10.0。

需要注意：1、弄不清楚是何種污染物時，務必先酸洗后堿洗。2、從酸洗轉到堿洗時，要徹底把酸液沖洗干凈，一般要30分鐘。

四、結論

反滲透水處理系統一般都應用了微電腦智能化控制，通過接受傳感器送來的信號，發出指令到電磁閥來控制蝶閥開關，實現全自動化操作，但平時保養至關重要。一般是通過觀察控制儀表的參數變化，及時維修保養，常見辦法是酸堿清洗，控制初級進水要達標和阻垢劑的加入要暢通無阻。