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| 反渗透设备 |
反渗透是一种借助于选择透过（半透过）性膜的工力能以压力为推动力的膜分离技术，当系统中所加的压力大于进水溶液渗透压时，水分子不断地透过膜，经过产水流道流入中心管，然后在一端流出水中的杂质，如离子、有机物、细菌、病毒等，被截留在膜的进水侧，然后在浓水出水端流出，从而达到分离净化目的。
目录
基本内容
中文名：反渗透设备
目 的：分离净化
特 性：选择透过（半透过）性膜
所 属：科技
简介
反渗透设备[2]是将原水经过精细过滤器、颗粒活性碳过滤器、压缩活性碳过滤器等,再通过泵加压,利用孔径为1/10000μm(相当于大肠杆菌大小的1/6000,病毒的1/300)的反渗透膜(RO膜),使较高浓度的水变为低浓度水,同时将工业污染物、重金属、细菌、病毒等大量混入水中的杂质全部隔离，从而达到饮用规定的理化指标及卫生标准,产出至清至纯的水,是人体及时补充优质水份的最佳选择.由于RO反渗透技术生产的水纯净度是目前人类掌握的一切制水技术中最高的,洁净度几乎达到100%,所以人们称这种产水机器为反渗透纯净水机。
反渗透设备应用膜分离技术，能有效地去除水中的带电离子、无机物、胶体微粒、细菌及有机物质等。是高纯水制备、苦咸水脱盐和废水处理工艺中的最佳设备。广泛用于电子、医药、食品、轻纺、化工、发电等领域。
反渗透技术简介
渗透是一种物理现象，当两种不同浓度盐类的水，如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现，含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而其中的盐分并不渗透，这样逐渐把两边的含盐浓度融合到均等为止。然而，要完成这一过程需要很长时间，这一过程也称为渗透。
但如果在含盐量高的水侧，施加一个压力，其结果可以使上述渗透停止，如果压力再加大,可以使水向相反的方向渗透，而盐分剩下，因此,反渗透除盐原理，就是在有盐分的水中(如原水)，施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中杂质、盐分的目的。
仿生来源
生活在海岸边的海鸥，依靠喝海水可以补充身体的水分。1950年美国科学家DR.S.Sourirajan在观察海鸥时发现，海鸥在掠过海面时会啜起一大口海水，在几秒钟的间隔后，吐出一小口的海水。他感到十分的困惑，因为陆生由肺呼吸的动物是绝对无法饮用含盐量很高的海水的。后经过对海鸥的解剖发现，海鸥并没有直接把海水喝下，而是把海水存在喉管里，海鸥喉管的结构是由一层层的粘膜组织构成的，海水经由海鸥吸入体内后加压，再经由压力作用将水分子贯穿渗透过粘膜转化为淡水,海鸥把经过粘膜组织过滤的淡水吸收到身体内部，然后把剩下的高浓度海水再吐出来，海鸥之所以能喝海水的奥秘就在这里。这也就是反渗透法的基本理论架构。 [3]
工艺流程
原水 → 原水箱 → 原水泵 →多介质过滤器 (石英砂过滤器)→活性炭过滤器 →软水处理器(添加阻垢剂装置) → 精密过滤器 → 高压泵 → 一级反渗透(RO)装置 →紫外线杀菌装置(臭氧杀菌装置) → 用水点[4]
系统组成
预处理系统
一般包括原水泵、加药装置、石英砂过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器等。其主要作用是降低原水的污染指数和余氯等其他杂质，达到反渗透的进水要求。预处理系统的设备配置应该根据原水的具体情况而定[5]。
反渗透装置
主要包括多级高压泵、反渗透膜元件、膜壳（压力容器）、支架等组成。其主要作用是去除水中的杂质，使出水满足使用要求。
后处理系统
是在反渗透不能满足出水要求的情况下增加的配置。主要包括阴床、阳床、混床、杀菌、超滤、EDI等其中的一种或者多种设备。后处理系统能把反渗透的出水水质更好的提高，使之满足使用要求。
清洗系统
主要有清洗水箱、清洗水泵、精密过滤器组成。当反渗透系统受到污染出水指标不能满足要求时，需要对反渗透进行清洗使之恢复功效。
电气控制系统
是用来控制整个反渗透系统正常运行的。包括仪表盘、控制盘、各种电器保护、电气控制柜等。
反渗透膜技术
由于膜过滤技术具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点, 使其在废水处理领域有很大的发展潜力。但由于工业废水往往含有酸、碱、油等物质, 处理条件比较苛刻, 因此, 处理废水使用的膜必须具有较好的材料性能, 从而在苛刻的条件下保持良好的分离性能和较长的使用寿命。从这方面来看,开发抗污染等性能优良的过滤膜具有重要的战略意义。由于工业废水的复杂性, 任何单一技术的处理往往达不到理想的效果, 必须重视膜分离技术与其他水处理技术的集成工艺研究, 发挥各种技术的优势,形成废水深度处理的新工艺。[6]
膜过滤技术是一种高效、低能耗和易操作的液体分离技术, 同传统的水处理方法相比具有处理效果好,可实现废水的循环利用和对有用物质回收等优点。简要介绍了微滤、电渗析、反渗透、超滤、纳滤等膜分离技术的基本原理及特点, 重点介绍了膜技术在含油废水、染料废水、造纸废水、含重金属废水和高浓度有机废水处理中的应用研究进展状况。并讨论了膜过滤技术的研究方向和发展前景。
反渗透膜型号作为一种新型的分离技术, 膜分离技术既能对废水进行有效的净化, 又能回收一些有用物质, 同时具有节能、无相变、设备简单、操作方便等特点, 因此在废水处理中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景。据估计, 2000 年膜技术的世界市场规模已达近20 亿美元的销售额。在废水处理中应用的膜分离过程主要有微滤(MF) 、超滤(UF) 、纳滤(NF) 、反渗透(RO) 和电渗析( ED) , 它们的分离过程及其传质机理见表1。
高浓度有机废水的处理
在高浓度有机废水处理中, 膜技术发挥着越来越重要的作用, 已在制药废水、制糖废水、含酚废水、乳化液废水、啤酒废水、味精废水等领域得到了应用。1976 年, 日本就通过管式反渗透处理系统实现了水产品( 主要是鱼、蟹、贝类等) 加工有机废水的回收利用, 通过气浮、反渗透的二级处理, COD 由600～1 000 mg/L 降至30 ～70 mg/L。陆晓千等利用自制小型超滤设备对上海拖拉机内燃机公司油嘴油泵厂的切削液废水进行了实验室研究, 并将所得参数应用于生产设备的设计和运行。切削液乳化液废水经超滤法处理后可以回用, 取得了良好的经济效益和社会效益。蔡肖邦用试制的5 种聚酰胺型纳滤膜,对药厂生产的螺旋霉素(SPM) 发酵液进行了分离操作条件和浓缩效果的研究, 渗透通量为25 L/(m2·h) ,渗透液的SPM效价始终为零。王连军等采用无机膜- 生物反应器( IMBR) 处理啤酒废水, 在水力停留时间为3.5 ～5 h, COD 负荷为3.54 ～6.225 kg/(m3·d)条件下, IMBR 对废水的COD、NH3 - N、SS、浊度的去除率分别达到96%、99%、90%和100%, 膜出水水质好且稳定。
含油废水的处理
含油废水面广量大, 钢铁工业的压延、金属切削、研磨, 以及石油炼制及管道运输等都产生含油废水, 处理含油废水的目的主要是除油同时去除COD及BOD。膜分离技术在含油废水处理中的研究与应用相当广泛, 主要是采用不同材质的超滤膜和微滤膜来处理。关于膜技术在工业废水处理中的应用-大连海德能膜反渗透设备。
唐燕辉等利用自行设计、组装的膜处理装置, 考察了多种制膜方法, 实验表明用加压制膜法制备的超滤膜(A4 膜) , 分离机械加工排放的含油污水时, 可以使CODCr 从728.64 mg/L 降至87.8 mg/L, 含油质量浓度从5 000 mg/L 降至2.5 mg/L, 脱除率分别达到87.95%和99.95%, 分离后排水已达到国家规定的排放标准。B. E. Reed 研究了用截留相对分子质量为120 000、表面荷负电和截留相对分子质量为100 000、表面不带电的管式聚亚乙烯氟超滤膜处理含质量分数为0.5%油脂的金属工业废水。荷电膜由于高的截留相对分子质量和表面电荷, 其平均渗透通量远大于不带电膜。当油脂质量浓度小于50mg/L、总悬浮固体质量浓度小于25 mg/L 时, 荷电膜油脂的平均去除率为97%, 而不带电膜为98%。两种膜对总悬浮固体的去除率均接近97%。张国胜采用0.2 μm 氧化锆膜处理钢铁厂冷轧乳化液废水,通过对膜的选择、操作参数的考察、过程的优化, 获得了满意的结果, 膜通量100 L/(m2·h) 时, 含油质量浓度从5 000 mg/L 降至10 mg/L 以下, 截留率大于99%, 透过液中油质量分数小于0.001%, 并且该技术已实现了工业化应用。张裕嫒用相转化法制备聚砜- Al2O3 复合膜, 将Al2O3 微粒填充到聚砜中, 并用该复合膜对华北油田北大站外排水砂滤后水样进行了超滤处理, 原水的油质量浓度为640 mg/L, 处理后的油质量浓度小于0.5 mg/L, 完全符合回注水的要求。
染料废水的处理
目前在染料的工业生产过程中, 产生大量的高盐度( 质量分数大于5%) 、高色度( 数万至十几万) 、高CODCr( 数万至十几万) 的废水。由于该类废水的BOD5 与CODCr 的比值小于0.4, 生物降解性差; 同时废水中所含的盐将进一步降低废水的生物降解性,所以生化处理前必需对其进行预处理。
杨刚等采用CA 卷式纳滤膜进行了二苯乙烯双三嗪型荧光增白染料(NT) 水溶液脱盐和浓缩过程的研究。在1.8 MPa 压力下经纳滤膜处理后, NT 染料水溶液中的NaCl 浓度从1.05 mol /L 降到0.049mol /L 以下, NT 浓度从0.14 mol /L 浓缩到0.25 mol /L以上, NT 成分的平均截留率达99.8%。GuohuaChen 等采用ATF50 型纳滤膜对香港的印染废水进行处理, 两股原水的COD 分别为14 000 mg /L 和5 430 mg/L, 经纳滤后, 两股废水的COD 截留率分别达到95%和80%～85%, 出水达到了香港的排放标准。刘宗义利用卷式反渗透膜处理腈纶丝洗涤废液, 进膜废液中己内酰胺单体质量浓度在2 000mg/L以上时, 可以使单体含量浓缩10 倍以上, 截留率达到80%左右, 透过液可作为工艺用水, 可节约大量新鲜软水, 具有显著的经济效益。郭明远等自制了醋酸纤维素纳滤膜, 研究了该纳滤膜对活性艳红、X- 3B 水溶液的分离性能, 结果表明, CA 纳滤膜可用于活性染料印染废水的处理和染料回收。
造纸废水处理
造纸废水一般含悬浮物( 包括无机和有机的) 较多, 为避免废水污物堵塞薄膜, 减少清洗难度和频率, 不宜直接用一段膜分离法, 最好在膜分离前进行絮凝和常规过滤等预处理。目前对造纸废水的膜分离法的研究已取得实质性进展, 并已开始进入工业化阶段。除抄纸废水( 白水) 用气浮法即可处理外, 膜分离法几乎适用于处理所有的制浆造纸废水( 如机械浆废水、硫酸盐浆漂白碱性废水、涂布废水、亚硫酸盐废液等) , 特别对漂白废水的毒性、色度和悬浮物的去除有明显效果。
薛建军等研究用MAE(membrane-assisted electrolysis)单阳膜技术控制造纸黑液的污染。研究表明, MAE 单阳膜技术不但能回收有用的化学品, 还可将黑液的CODCr 从112 000 mg/L 降到2 000 mg/L左右, 具有明显的控制效果。F. Zhang 进行了草浆CEH 漂白废水的超滤处理研究, 选用透过相对分子质量分别为3 000(A) 、10 000(B) 、30 000(C) 、60 000(D) 4 种平板PS 膜( 单膜有效面积0.33 cm2, 操作压力0.3 MPa) 进行对比研究, 结果表明, A、C 膜具有较显著的分离效果和膜通量。分别以C、A 膜为一、二级联合处理CEH 漂白废水, 膜通量为16.6 L/(m2·h) ,BOD5 去除率为66.0%, CODCr 去除率为85.1%, TOC去除率为71.6%。黄水前等提出, 采用pH 范围为1~14 的高耐酸碱无机膜处理碱性造纸黑液, 不需调整控制pH。利用不同孔径的高耐碱无机分离膜可回收纤维素、胶体SiO2、木质素( 相对分子质量为1 000~12 000, 分子大小为2.4~ 4.0 nm) 和还原糖( 相对分子质量约为200～400, 分子大小为1~2 nm)等, 最终透过液主要含氢氧化钠, 质量分数调整到10%~12%即可回收用于蒸煮制浆, 实现造纸工业废水的闭路循环。
重金属的废水处理
在工业废水中重金属废水占有相当大的比例,如电镀、冶金、化工、电子、矿山等许多工业过程中都会产生含镍、铬、铜、铅、镉等金属离子的废水, 利用膜技术不仅可以使得废水达标排放, 而且可以回收有用物质。
许振良等利用3 种单皮层聚醚酰亚胺( PEI) 中空纤维超滤膜, 对水溶液中重金属离子( 镉和铅, 质量浓度均为100 mg/L) 的脱除进行了胶束强化超滤研究。在胶束强化超滤(MEUF) 过程中, 测定了流速、操作压力、表面活性剂( 十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠) 与浓度对超滤膜分离重金属离子性能的影响, 结果表明, 镉和铅的截留率可达99.0%以上, 渗透通量可达1.83 ×10- 10 m3 /(m2·s·Pa) 。同时,对聚电解质( 羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠) 在MEUF 中的应用也进行了研究。R. J. Lahiere 等报道了采用陶瓷膜处理废水中的重金属离子, 方法是用碱中和使之形成氢氧化物沉淀, 通过0.8 μm 和1.4μm 两种孔径膜的两级过滤, 使重金属氢氧化物质量分数从0.012%下降到0.000 2%以下, 并把悬浮液浓缩至15%～20%。X. Chai 采用RO 膜对含铜废水进行研究, 当进水铜质量浓度340 mg/L 时, 透过液中铜质量浓度小于4 mg/L, 去除率接近99%。
反渗透设备的清洗方法
反渗透技术因具有特殊的优越性而得到日益广泛的应用。反渗透净水设备的清洗问题可能使许多技术力量不强的用户遭受损失，所以要做好反渗透设备[7]的管理，就可以避免出现严重的问题。
1.低压冲洗反渗透设备
定期对反渗透设备进行大流量、低压力、低pH值的冲洗有利于剥除附着在膜表面上的污垢，维持膜性能，或当反渗透设备进水SDI突然升高超过5.5以上时，应进行低压冲洗，待SDI值调至合格后再开机。
2.反渗透设备停运保护
由于生产的波动，反渗透设备不可避免地要经常停运，短期或长期停用时必须采取保护措施，不适当地处理会导致膜性能下降且不可恢复。
短期保存适用于停运15d以下的系统，可采用每1～3d低压冲洗的方法来保护反渗透设备。实践发现，水温20℃以上时，反渗透设备中的水存放3d就会发臭变质，有大量细菌繁殖。因此，建议水温高于20℃时，每2d或1d低压冲洗一次，水温低于20℃时，可以每3d低压冲洗一次，每次冲洗完后需关闭净水设备反渗透装置上所有进出口阀门。
长期停用保护适用于停运15d以上的系统，这时必须用保护液(杀菌剂)充入净水设备反渗透装置进行保护。常用杀菌剂配方(复合膜)为甲醛10(质量分数)、异噻唑啉酮20mg/L、亚硫酸氢钠1(质量分数)。
3.反渗透膜化学清洗
在正常运行条件下，反渗透膜也可能被无机物垢、胶体、微生物、金属氧化物等污染，这些物质沉积在膜表面上会引起净水设备反渗透装置出力下降或脱盐率下降、压差升高，甚至对膜造成不可恢复的损伤，因此，为了恢复良好的透水和除盐性能，需要对膜进行化学清洗。
一般3～12个月清洗一次，如果每个月不得不清洗一次，这说明应该改善的预处理系统，调整的运行参数。如果1～3个月需要清洗一次，则需要提高设备的运行水平，是否需要改进预处理系统较难判断。
技术特点
1、反渗透是在室温条件下，采用无相变的物理方法将含盐水进行脱盐、除盐。目前，超薄复合膜元件的脱盐率可达到99.5%以上，并可同时去除水中的胶体、有机物、细菌、病毒等。
2、采用进口反渗透膜，脱盐率高，使用寿命长，运行成本低廉;
3、采用全自动预处理系统，实现无人化操作;
4、采用进口格兰富增压泵，高效率低噪音，稳定可靠;
5、在线水质监测控制，实时监测水质变化，保障水质安全;
6、全自动电控程序，还可选配触摸屏操作，使用方便;
7、切合当地水质的个性化设计，全方位满足需求。
8、反渗透装置自动化程度高，运行维护和设备维护工作量很少。
9、水的处理仅依靠水的压力作为推动力，其能耗在许多处理工艺中最低。
10、不用大量的化学药剂和酸、碱再生处理，无化学费液排放，无环境污染。
11、反渗透可以连续运行制水，系统简单，操作方便，产品水质稳定。
12、设备占地面积小，需要的空间也小。[1]