關于反滲透技術及其影響因素的研究

楊孟

中煤科工集團北京華宇工程有限公司西安分公司 陜西西安 710075

1 研究現狀

隨著社會的發展與進步，水資源短缺的問題也日益嚴重，不能所有的生產生活用水都用一樣的水質，應該分質供水，中水回用等，另外，某些工業領域，對水質的要求也較高，傳統的水處理工藝已經達不到這些工業用水的要求，慢慢衍生出了一些新的水處理工藝，反滲透就是其中一種。反滲透（Reverse Osmosis，RO）是滲透的逆過程，在外加壓力的作用下，借助半透膜的截留的作用，溶液中溶劑與溶質相互分開的膜分離的過程。隨著社會的發展與進步，反滲透工藝也得到了不斷的突破與發展，并運用到了海水的淡化、飲用水的生產、工業純水的制備、食品工業方面、醫藥工業方面、鍋爐給水的高純水和電子行業的超純水生產等行業中[1]。

2 制約因素

反滲透系統主要是由預處理的部分、反滲透的主機、后處理的部分和系統的清洗部分組成。影響反滲透的制約因素有預處理的工藝的選擇、進水的水質、進水的壓力、膜的清洗等。

2.1 預處理工藝

調溫處理是一種常用的預處理方法，一般的中空型和渦卷型纖維膜的水溫應該控制在15-30℃，另有文章研究顯示：復合型生物膜耐溫高度可達45℃，三醋酸纖維膜溫度不超過35℃。

殺菌工藝和除氯工藝可防止反滲透膜的微生物的污染，一般，在進水的余氯控制中，醋酸纖維膜的余氯應控制在0.1-1.0mg/L，聚酰胺復合膜不應含氯，常用的活性炭吸附可除去反滲透進水中超標的余氯，另外活性炭吸附過程中還能去除部分的膠體和部分的有機物，另有研究表明：去掉傳統的固定床吸附過濾器，將活性炭懸浮在待處理的料液中，在活性炭和混凝劑的綜合作用下，可以提高部分凈水效率，減少細菌對反滲透膜的后期的污染。

其余常用的預處理工藝還包括混凝沉淀、軟化和過濾、酸化處理和阻垢處理等，這些預處理工藝對降低進水濁度、去除進水懸浮物、固體雜質、降低及延緩后期反滲透的膜污染等起著十分重要的作用。結垢現象是影響反滲透系統運行的困難之一，酸化處理可以去除碳酸鹽中的堿性，預防反滲透膜表面的結垢現象。另外選擇阻垢劑的時候應該根據進水的水質、系統的特殊性等方面進行綜合考慮，反滲透系統的大部分故障主要是由有機生物污染引起的。

2.2 反滲透的運行參數

進水水質、進水水壓、膜的清洗這三項參數是影響反滲透運行的主要參數，下面將對這三項參數進行逐一分析。

2.2.1 進水水質對反滲透工藝的影響

反滲透是一種較新型的工藝，反滲透系統對進水的水質有一定的要求。尤其是進水淤泥指數和總有機碳的影響較大。進水淤泥密度指數（SDI）的值越低，反滲透膜的使用時間就越長，反滲透膜進水的SDI應小于4.0。總有機碳（TOC）過多會引起反滲透膜的物生物污染，經過殺菌及消毒的過程，如果水溫較高，會使殘存在反應器中的的細菌在反應器中的繁殖速率更快，加重膜污染的程度[2]。

2.2.2 進水壓力對反滲透工藝的影響

在恒定流量的反滲透系統中，為保證產水水量的穩定，隨反滲透的運行時間的增加，反滲透進水的壓力也會有所增加，當反滲透系統的壓力增長過快時要考慮膜組件的污染與堵塞。反滲透設備的出水量與加在反滲透膜上的壓力是成正比的，但通過增壓來提高反滲透膜的出水水量是有限的。另外雖然靠增加壓力可以提高出水水量，但同時也降低了反滲透膜的使用壽命。

2.2.3 膜清洗對反滲透工藝的影響

反滲透正常運行的情況下，系統產水量會下降、透鹽率會提高、壓力容器壓力損失會增加，當這三項指標改變一定比例時，此時應進行膜的清洗。膜的清洗能有效減少反滲透膜表面的污染物和堵塞物，可以延長反滲透膜的運行時間，提高產水水量，降低反應器系統的運行能耗，降低制水成本等。

反滲透膜清洗的方法包括物理清洗和化學清洗。物理清洗包括反洗、振動清洗及氣水沖洗等。化學清洗在原水處加入常用的清洗劑，調至合適的pH值后，使其沿膜面流動，利用清洗劑和污染物的化學作用，以及膜表面的剪切作用將污染物清除。利用不易沉積的膠體顆粒作為“移動攪拌器”，也可以減少膠體污染物在膜表面的沉淀從而降低膜污染。在反滲透系統的運行過程中合適的選擇膜清洗的方法，將物理清洗和化學清洗相結合，以達到相對較好的清洗效果。

良好的反滲透系統的進水水質可以有效防止反滲透膜后續的污染、堵塞和結垢等現象；阻垢劑能夠有效的降低無機污染物的飽和析出；降低微生物污染的重要途徑是選擇合適的預處理工藝和選擇合適的清潔劑。

2.3 運行經濟

反滲透處理雖然能制備出水質較好的水以用以各種工業、食品及醫用等相關產業，但制水成本也是我們應該考慮的因素，影響反滲透系統制水成本的主要是處理能耗問題，如何降低反滲透處理系統的能耗將成為未來研究的重點。有研究顯示在低水回收率的條件下使用高通量的反滲透膜，可以有效地降低制水成本。但與此同時，低水回收率又會導致預處理和鹽水管理的成本增高。如何平衡制水成本和水的回收率將是未來的研究方向[3]。

3 結論

（1）反滲透預處理的常用方法有：調溫處理，殺菌和除氯，混凝沉淀及軟化和過濾、酸化處理和阻垢處理等。

（2）進水的水質，系統的運行壓力及膜的清洗對反滲透系統的運行有著非常重要的作用。

（3）膜污染的控制的影響因素主要包括膜的材質、濃差極化、系統的回收率、進水的水質、阻垢劑的選擇和溫度的控制等。

（4）運行經濟：反滲透工藝運行能耗還有降低的空間，降低其能耗將是未來研究的重點。