反滲透膜技術(shù)制水效能研究
——以河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院反滲透制水系統(tǒng)為例

岳瑞豐，韓欠欠

（河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南鄭州 450042）

目前，在各種膜分離技術(shù)中，以外界壓力為動力的反滲透膜分離技術(shù)因具有成本低、節(jié)能環(huán)保、效率高、無相變、注資少、能耗少、組件化、工藝流程簡單等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，成為近年來國內(nèi)應(yīng)用最成功、發(fā)展最快、普及最廣的一種，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到大型鍋爐補(bǔ)給水、各種工業(yè)用純水，生活飲用水，電子、半導(dǎo)體、制藥、醫(yī)療、食品、飲料、酒類、化工、環(huán)保等行業(yè)中。然而，在反滲透膜制水系統(tǒng)長期運(yùn)行過程中，受水中含鹽量、微生物等影響，會出現(xiàn)膜堵塞、膜污染的情況，進(jìn)而會影響到反滲透的制水效能。

1 反滲透膜效能影響因素

反映反滲透制水系統(tǒng)效能的指標(biāo)是產(chǎn)水通量和脫鹽率，而產(chǎn)水通量和脫鹽率受進(jìn)水水質(zhì)條件和運(yùn)行參數(shù)的影響（壓力、溫度、pH 等），因此，在適宜的操作條件下，保持制水系統(tǒng)在最優(yōu)的指標(biāo)參數(shù)下運(yùn)行，有利于提高反滲透制水效率、降低運(yùn)行成本。

①進(jìn)水壓力。反滲透必須在一定的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行，當(dāng)操作壓力增大時，反滲透的凈驅(qū)動力提高，膜產(chǎn)水通量變大，但過高的壓力會沖擊膜孔，造成脫鹽率下降。所以進(jìn)水壓力應(yīng)控制在合理的范圍之內(nèi)。②進(jìn)水溫度。在較高的溫度下，水的黏度會降低、水中鹽分溶解度增大，更容易擴(kuò)散，從而提高了膜的水通透性。升高溫度，鹽離子也更容易通過反滲透膜，導(dǎo)致產(chǎn)品水的脫鹽率下降。③進(jìn)水pH。pH 值不僅會影響到水中離子的遷移，而且還會影響到水中雜質(zhì)的形態(tài)，當(dāng)進(jìn)水pH 值降低時，反滲透膜對水中部分可溶性有機(jī)物的截留率也會降低。較高的pH 會降低水中碳酸鹽的溶解度，導(dǎo)致結(jié)垢，堵塞膜孔，降低產(chǎn)水量。④進(jìn)水鹽濃度。原水中含鹽分越多，濃度差越大，會導(dǎo)致溶液的滲透壓變大，在外界提供的外壓不變的情況下會引起水通量變小，導(dǎo)致鹽滲透性增加和脫鹽速率降低。⑤進(jìn)水水質(zhì)。進(jìn)水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)容易導(dǎo)致膜污染和結(jié)垢，高的SDI 值（淤泥污染指數(shù)）會導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)中的污染物顆粒增加，使膜運(yùn)行周期縮短。

2 河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院反滲透制水系統(tǒng)介紹

2.1 反滲透制水系統(tǒng)介紹

河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院反滲透制水裝置于2014年4月投產(chǎn)使用。裝置原水采用200m 地下深井水，共由兩級反滲透制水系統(tǒng)組成，其中：一級反滲透系統(tǒng)共安裝有14支（8支+6支）反滲透膜，原水進(jìn)入一級分滲透前8支膜分離后，產(chǎn)生的濃水進(jìn)入后6支膜進(jìn)行二次分離，將前8支膜和后6支膜分離出的純水作為一級純水，儲存在一級純水箱中；二級反滲透系統(tǒng)以一級純水為進(jìn)水，共安裝有10支（6支+4支）反滲透膜，一級水進(jìn)入二級分滲透前6支膜分離后，產(chǎn)生的濃水進(jìn)入后4支膜進(jìn)行二次分離，將前6支膜和后4支膜分離出的純水作為二級純水，儲存在二級純水箱中。二級反滲透分離出的濃水，因電導(dǎo)率較低，為28～32μS/cm，遠(yuǎn)低于原水的電導(dǎo)率（一般為620～640μS/cm），因此二級系統(tǒng)分離出的濃水進(jìn)入原水系統(tǒng)重復(fù)利用。

2.2 制水工藝流程

原水（地下水）經(jīng)離心泵加壓（0.5MPa）后經(jīng)石英砂、活性炭、保安過濾器初濾，再經(jīng)一級增壓泵加壓后（0.6～1.2MPa）進(jìn)入一級反滲透系統(tǒng)，一級水儲存在一級純水箱中。一級產(chǎn)水收集后通過產(chǎn)水管進(jìn)入二級反滲透膜，過濾后進(jìn)入二級純水箱。反滲透系統(tǒng)設(shè)有PLC 控制系統(tǒng)、流量計，在線電導(dǎo)率儀等。流量計可以實時控制運(yùn)行出水量以及系統(tǒng)水回收率。產(chǎn)水電導(dǎo)儀實時監(jiān)測出水電導(dǎo)率。制水工藝流程如圖1所示：

圖1 制水工藝流程

3 研究主要目標(biāo)

分別多次調(diào)節(jié)一級、二級純水系統(tǒng)不同的進(jìn)水壓力，通過壓力變化進(jìn)而影響濃水和純水產(chǎn)水流量和產(chǎn)水電導(dǎo)率（一級水和二級水），找到系統(tǒng)最佳操作壓力或者壓力區(qū)間，在該壓力時系統(tǒng)產(chǎn)水量、回收率、濁度和脫鹽率達(dá)到最佳。

4 研究效果

通過多次實驗及對運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，當(dāng)一級反滲透壓力在0.7～0.8MPa、二級反滲透壓力在0.7～0.8MPa 時，對反滲透膜回收率、脫鹽率、濁度、有機(jī)物去除等運(yùn)行參數(shù)的變化進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)記錄分析。

4.1 回收率變化

按照回收率=產(chǎn)水流量/進(jìn)水流量×100%計算每次實驗的回收率，多次實驗求平均值，并記錄實驗數(shù)據(jù)，見表1。

表1 反滲透系統(tǒng)回收率的變化

從表1可以看出，當(dāng)一級反滲透壓力在0.8MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa 時，產(chǎn)水量最高，為5.4m3/h，回收率最高，為72.97%，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

4.2 脫鹽率變化

在反滲透的正常運(yùn)行中，通過脫鹽率的測定來評價系統(tǒng)分離效果的好壞、產(chǎn)品水的水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)。根據(jù)公式R=（1-C0/C1）×100%得出每次實驗的脫鹽率。（式中：R為脫鹽率，%；C0為二級反滲透的電導(dǎo)率，μS/cm；C1為原水電導(dǎo)率，μS/cm），多次實驗求平均值，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 反滲透系統(tǒng)脫鹽率的變化

從表2可知，當(dāng)一級反滲透壓力在0.8MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa 時，脫鹽率達(dá)到了99.36%。以上數(shù)據(jù)表明該反滲透系統(tǒng)的脫鹽效果很好。

4.3 濁度變化

在反滲透運(yùn)行中，濁度的變化反映了所含雜質(zhì)（主要是泥沙）的多少、反滲透制水水質(zhì)的好壞，表3所示。

表3 反滲透系統(tǒng)濁度的變化

經(jīng)測試統(tǒng)計可以看出，反滲透進(jìn)水濁度在9.7～10.9NTU，當(dāng)一級反滲透壓力在0.80MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa 時，反滲透產(chǎn)水的濁度在0.23NTU 左右，去除率達(dá)到97.88%，由數(shù)據(jù)顯示可見，反滲透對經(jīng)過預(yù)處理的水，還會有明顯的再去除效果。

4.4 有機(jī)物去除變化

反滲透制水過程中，水中有機(jī)物的含量多，會嚴(yán)重影響反滲透的制水效能，所以對系統(tǒng)運(yùn)行過程中的有機(jī)物含量變化做實時監(jiān)測，進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)記錄。反滲透系統(tǒng)有機(jī)物的變化如表4所示，從表4可以看出：反滲透進(jìn)水CODcr 在9.5～11.5mg/L，當(dāng)一級反滲透壓力在0.80MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa左右時，水中有機(jī)物的平均去除率達(dá)到96.56%。由此可見：當(dāng)反滲透系統(tǒng)的操作壓力在0.75～0.8MPa 時，反滲透系統(tǒng)對有機(jī)物的去除效果很好，從而較好地保證了產(chǎn)品水的水質(zhì)，也達(dá)到了很好的出水效果。

表4 反滲透系統(tǒng)有機(jī)物的變化

5 結(jié)論

實驗結(jié)果表明，當(dāng)一級反滲透壓力在0.80MPa，二級反滲透壓力在0.75MPa 時，系統(tǒng)的脫鹽率達(dá)99%以上，回收率72.92%，產(chǎn)水濁度控制在0.23NTU 左右，有機(jī)物的去除率在96%以上，產(chǎn)水量達(dá)到最大；另外，從純水系統(tǒng)長期運(yùn)行看，隨著制水系統(tǒng)的運(yùn)行，少量鹽分會在反滲透膜上集聚，將影響到反滲透制水通量和脫鹽率，制水效能將降低，制水成本逐漸增大。