反渗透系统运行原理及操作说明

反渗透(RO)知识

　　反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般常指水)通过反渗透膜(一种半透膜)而分离出来与渗透方向相反，可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。反渗透膜的主要分离对象是溶液中的离子范围。

　　反渗透，英文为Reverse Osmosis，是花费数亿美元并经过多年的精心研制而成的高科技水处理技术。这种薄膜分离技术，是依靠渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。渗透是一种物理现象。反渗透就是在有盐份的水中(如原水)施加比自然渗透压力更大的压力，使水由浓度高的一方渗透到浓度低的一方，把原水肿的水分子压到膜的另一边变成纯净水，而原水中的细微杂质、胶体、有机物、重金属、细菌、病毒及其他有害物质都统统截留下来并经污水出口排放掉。由于反渗透膜的孔径仅0.0001微米，一个细菌要缩小4000倍，过滤性病毒也要缩小200倍以上才能通过，所以其有效去除率高达96%以上。

　　反渗透制水的原理如何?

　　　反渗透是反其自然渗透过程的一种方法，渗透和反渗透是通过半透膜来完成的，当用半透膜隔开两种不同浓度的溶液时，稀溶液的溶剂就会透过半透膜进入溶液一侧，这种现象叫渗透。当在浓溶液侧施加一外来压力时，渗透速度将会降低，当此压力增大到某一值时，渗透过程既停止，达到所谓渗透平衡，平衡状态所需要的外加压 力称为渗透压，当继续增大浓溶液一侧的压力，即所施压力大于渗透压时，溶剂会反其原来的渗透方向，由浓溶液侧通过半透膜进入稀溶液侧，这种现象称为反渗透，在水纯化系统中，施加压力于浓溶液的溶液中，以抗衡渗透压,迫使水由浓溶液的溶液中，通过反渗透膜RO膜,并加以收集,即得到纯水。

什么是反渗透(RO)?

　　反渗透是一种以压力作为推动力，并利用选择性膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从水体中提取纯水的物质分离过程。实现反渗透过程的必要条件:一是须有高选择性和高透水性的半透膜;二是操作压力必须高于溶液渗透压

　　1.什么是反渗透?

　　反渗透是60年代发展起来的一项新的膜分离技术,是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程.反渗透的英文全名是“REVERSE OSMOSIS”,缩写为“RO”.

　　2.反渗透的原理:

　　首先要了解“渗透”的概念.渗透是一种物理现象.当两种含有不同盐类的水,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,而所含的盐分并不渗透,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压力.但如果在含盐量高的水侧,试加一个压力,其结果也可以使上述渗透停止,这时的压力称为渗透压力.如果压力再加大,可以使方向相反方向渗透,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力到膜的另一边,变成洁净的水,从而达到除去水中杂质、盐分的目的.

　　3.RO反渗透的由来:

　　1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水,隔了几秒后,吐出一小口的海水,而产生疑问,因为陆地上由肺呼吸的动物是**无法饮用高盐份的海水的.经过解剖发现海鸥体内有一层薄膜,该薄膜非常精密,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薄膜转化为淡水,而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外,此即往后反渗透法的基本理论架构;并在1953年由University of Florida应用于海水淡化去除盐份设备,在1960年经美国联邦政府专案支助美国U.C.L.A大学医学院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士着手研究反渗透膜,一年约投入四亿美元经费研究,以运用于太空人使用,使太空船不用运载大量的饮用水升空,直到1960年投入研究工作的学者、**越来越多,使之质与量更加精进,从而解决了人类钦用水中的难题.

　　4.RO反渗透纯净水机的工作原理:

　　它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**水份的**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**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.

　反渗透系统操作手册

　　反渗透膜分离技术(简称RO技术)是一种时新又实用的水处理技术。反渗透是目前**微细的过滤系统，RO膜可阻挡所有溶质与无机分子及任何分子量大于100的有机物，水分子可自由通过RO膜而纯化，溶盐之脱盐率可达95%，甚至可达到99%。因而反渗透的应用相当广泛，海水及苦咸水淡化，家庭饮用水及工业用纯水之制造，都逐步采用了反渗透。

　　对于一个特定的反渗透系统，其性能的长期稳定是不可缺少的，RO系统的长期性能的成功取决于正常的操作与维护，包括整套系统的试车，开始运转与关机、清洗与保养等，膜面污垢和水垢预防不仅在预处理设计上要考虑，合适的操作也极为关键，同时记录的保存及RO运行参数日报表非常重要，这些资料既能反映该套系统的运行真实情况，也是采取修正措施时的参考。

　　2.1、开机前检查

　　首次开机通常在膜元件装填之后马上进行，在装填元件入压力容器之后，开启RO单元前必须确定整个前处理部分按规范运作。

　　首次开机时，前处理系统和RO单元必须检查以下各项：

　　a、管线和泵连接部分之仪器设备需使用耐腐蚀材料;

　　b、管线和设备皆需符合设计压力;

　　c、介质过滤器已经过反冲洗和清洗，出水指标达到设计RO进水指标;

　　d、高压泵前保安过滤器必须冲洗干净且无油;

　　e、在接上高压容器前应对包括RO供水接头等注入管线清洗干净并冲洗;

　　f、化学药品按需求在合适的加药点注入，并配适当搅拌;

　　g、装备并校正适当的仪表(压力表、温度表、PH计、电导仪等);

　　h、泵作好操作准备(润滑、转动灵活);

　　i、压力容器稳固地装配在RO支架上;

　　j、RO膜装置应避免极端的温度(如冷冻、直接日照、暖气出口等);

　　k、检查各管路是否按工艺接妥，电器线路是否完整，接线是否可靠;

　　l、透过液管线为开启状态;

　　m、调整RO膜系统进水阀或旁通，以控制进水流量少于操作进水流量的50%。

　　2.2、首次开机顺序

　　适当地启动反渗透系统为准备膜运行及避免因注水过度或水压突变伤害膜所必需。遵从适当的开机程序也可确保系统操作参数符合设计规格，以达成系统的水质与生产目标。

　　在开始系统开机程序之前，必须完成仪器仪表校正，预处理和其他系统检查，以下为RO系统的一般开机程序：

　　a、在开始开机程序之前，充分清洗前处理部分，冲冼掉杂质和其他污染物，不使不合格水注入膜元件，接2.1所述作开机前检查;

　　b、在原水箱有水的情况下，开机械过滤器上进阀和下排阀，开原水泵电源，此时计量泵自动加药,水从上进阀进入机械过滤器,下排阀排出，待水清后,开启活性炭过滤器上进阀与下排阀，机械过滤器出水阀，关机械滤器下排阀，这时水进入活性炭过滤器，测试机械过滤器出水的污染指数(FI值)，在FI≤4情况下,同时活性炭过滤器出水清后,RO主机开浓水阀，纯水排放阀;

　　c、开RO系统进水阀,关活性炭过滤器下排阀,让低压低流量水冲出元件和压力容器内的空气,使压力为0.2-0.4MPa,同时打开保安过滤器排气阀排尽空气;

　　d、在冲洗操作期间，检查所有管线接点及阀是否有泄漏处;

　　e、在冲洗数分钟，空气排除后，开启高压泵，低压运行几分钟，然后逐渐关闭回水阀门和浓水排放阀门，使压力缓慢上升，直至淡水和浓水的比例接近设计比例,但不可超过，并使压力不超过设计上限;

　　f、待运行稳定，产水电导率达到要求后，开纯水箱进水阀，关纯水排放阀，将合格产水放入纯水储存箱;

　　g、让系统运行1小时，记录所有操作参数的**数据;

　　h、检查每一压力容器的淡水电导，并记录，判断出不符合预期性能的任何容器;

　　i、确认机械操作与仪器设备安全稳定运转;

　　j、在操作**周内定期测量系统性能，以确定此关键起始阶段的操作。

　　2.3、常规开机

　　RO系统一旦开始运行，理论上应以一稳定的状况持续操作下去，而事实上，RO系统需经常地关闭与启动，每一启动、闭的循环中，都牵涉到压力与流量的改变，因此对膜元件造成机械应力，因此尽量减少开、关次数，同时正常的开动程序越平稳越好，原则上应与首次开机一样的程序，**的是进水压力上升要缓慢。

　　2.4、关机

　　当关闭RO系统时，在高压泵关闭前，逐渐打开高压浓水阀门，严禁突然降压，随后以渗透液或高品质进水冲洗，以除去膜组件内的高盐份直到浓缩液之电导达到进水电导值。冲洗以低压进行(约3Kg/cm2)，高进水流量对清洗有利，然而，每单一元件1.4kg/cm2的压力降或一多元件压力管壳4.1 Kg/cm2的压力降须避免。

　　用于冲冼的水需不含使用于前处理的化学药品,**不能有水垢抑制剂，因此在冲冼之时,应停止添加抗水垢剂及硫酸等。

　　在冲冼后，完全关闭注水阀，若浓缩液管线末端进入排水处低于压力容器，浓缩液管线内空气出口必须位于高过压力容器**高点的地方，否则压力容器必须以虹吸抽空。

　　当系统关闭超过48小时后，必须注意：

　　a、元件不可干掉，干的元件会损失通量，且无法恢复;

　　b、系统能有效的防止微生物衍生或每24小时定期冲冼一次，如无法每24小时以水冲洗膜管一次，则对于停48小时以上的系统须以化学保存液来保存;

　　c、应保护系统免受极端的温度变化。

　反渗透系统,反渗透装置,反渗透设备

清洗

　　3.1清冼目的

　　RO膜表面受外来物质的污染而产生污垢,这些外来物质以各种形式存在于进流水中,例如金属氧化物的水合物,钙沉淀物,有机物及生物等。

　　RO系统前处理目的在于尽量减少膜表面的污染,安装置合适的前处理系统与选择适当的操作状况,如运行压力，水的回收率等可达此目的。

　　污垢有时可因下列因素产生：

　　a、不合适的前处理系统;

　　b、前处理失误;

　　c、选择材料不当(管线或泵);

　　d、加药系统失误;

　　e、开关机冲洗不当;

　　f、操作控制不当;

　　g、沉淀物长期缓慢地形成;

　　h、进水成份改变;

　　i、进水受生物污染。

　　膜表面污垢的产生导致加速性能的降低，渗透液流量的减少，且盐的通过率增高，污垢产生的另一副作用是进水和浓水间压降增加。

　　3.2清洗要求：

　　当下列情况发生时，需清洗膜元件：

　　a、生产率下降10%(常态化渗透液流量降低10%);

　　b、产品水含盐量增加10%;

　　c、组件压力降(进水和浓水之间的压差△P)比基准状况上升了15%，基准状况为**初24至48小时操作的性能。

　　3.3清洗步骤

　　a、配制和混合适当的清洗液，并检查溶液之PH，在加清洗液入元件前要确定所有的药品都溶解搅拌均匀，溶液均为透明无色;

　　b、利用清洗泵以低流量流速搅拌，低压将混好的已加温的清洗液打入膜组件以足够的压力去补充由进水至浓水间的压降，压力需低到无渗透液产生，低压会减少污物再沉积在膜面上，并排除初始部分浓缩液以避免清洗液被稀释;

　　c、当所有的处理水为清洗液所取代，此时将浓缩液再循环回清洗槽，观察清洗后溶液的浊度，如清洗液变色或变得较混浊，则重新准备，清洗液再开始，在酸洗时，要检查PH值，当酸溶解无机沉淀物时，会被消耗掉，因此PH值增高0.5单位，需再加酸;

　　d、浸泡。关掉泵，让元件浸泡在溶液中，有时一小时已足够了，较难除去的污垢则需浸泡较长的时间，元件可浸泡10-15小时，也可使用慢速循环(8″元件0.7-0.9m3/h，4″元件0.2-0.3m3/h);

　　e、高流速循环。以适当的清洗液注入，约30-40分钟，高流速(8″元件约7-9 m3/h,4″元件1.8-2.3 m3/h)可将膜表面清洗下来的污垢冲冼出，如元件堆积太多污垢，正常情况下不应发生，则需以高流速清洗的1.5倍流速冲洗，清洗时流向与正常操作一致;

　　f、将使用过的清洗液排出系统，建议取一部分使用过的清洗液和未使用过的溶液的样品，比较化学分析的结果，可决定由膜清洗中膜元件除去的物质量;

　　g、冲洗以RO渗透液，冲洗出残余清洗液。

　　3.4、清洗药品

　　由于所采用的膜为复合膜，具有高化学稳定性，可使用相当广泛的化学药品，然而在会与不会影响膜性能之化学药品间，并无明显的界限。剧烈与平凡的清洗会减少膜的寿命，(特别是膜透盐率增加)然而温和与较少的清洗，可延长膜的寿命，(因无污垢产生)。

　　清洗需对症下药：

　　在化学清洗过程中，清洗剂**高温度40℃,时间60-90分钟,根据不同的污染状况,采用适宜清洗方法。

　　表1：不同膜污染情况及处理方法

　　表2：清洗剂配方

　　3.5、紧急清洗

　　若未及时清洗，如RO进出口压差△P已增倍，或常态化之流量已降低了50%，前述之清洗可能已不适用，而需要较强烈的清洗方法。此时请与生产厂家联系。

运行和管理

　　4.1、RO装置的运转基准

　　RO装置的运转应严格遵守两个基准，一个是给水水质标准，另一个是给水流量、压力标准。

　　4.1.1、供水水质标准

　　表3：RO膜给水水质标准

　　4.1.2、给水流量、压力标准。反渗透装置给水流量和压力标准应严格按照设计所设定的标准值，而该标准值取决膜组件的形式：

　　RO装置入口压力

　　RO装置出口压力

　　RO装置入口和出口压力差

　　RO装置供水流量

　　RO装置产水流量

　　RO装置的浓水流量

　　4.1.3、RO装置运行注意事项

　　a、若把FI(污染指数)值超标的水供给RO作为给水，在膜组件的表面将附着污垢;

　　b、过量的供水流量将使膜组件提前劣化，因此供给水流量不能超过设计标准值，此外浓水流量应尽量避免小于设计标准值，在浓水流量过小的条件下运转，会使RO装置的压力容器内发生不均匀的流动及由于过分浓缩而使膜组件上析去污垢。

　　c、RO装置停止时应用低压给水置换RO装置内的水;

　　d、需经常注意保安过滤器的压差，出现压差急剧上升的原因主要是机械过滤器浊度的泄露。相反出现压差急剧下降的原因可能是保安过滤器的元件破坏或密封不严;

　　e、当RO装置入口和出口的压差超过标准时，说明膜已受污染或者是给水流量在设计值之上，如流量调整尚不能解决压差问题，则应对膜面进行清洗;

　　f、在夏天供水温度高，产水流量就过多，有时得降低操作压力，这样做可能导致产水水质下降。

　　4.2、RO装置的维护管理

　　4.2.1、水质管理

　　在装置的维护管理方面**的是水质管理，经常地作日常水质管理记录，对于及时发现故障和采取措施是十分有利的，水质管理的测定项目和测定时间的间隔及次数如表4所示：

　　反渗透系统,反渗透装置,单级反渗透设备

表4：水质管理的控制方法

　　D —— 一日测定一次

　　D4—— 一日测定四次

　　W —— 一周测定一次

　　表5：反渗透装置运行日报表

　　4.2.2、运行管理

　　与水质管理相同，必须编制流量和压力记录，详细参见表五(运行日报表)，这些记录对于积累数据、分析事故原因及采取相应的措施同样是十分必要的。

　　4.2.3、不良情况的原因和对策

　　表6：RO产水量下降原因与对策

　　表7： RO装置产水质量的下降原因与对策

　　4.3、RO装置的保养

　　a、膜元件在长期贮存、运输或关机期间应避免生物生长，干枯与机械损伤;

　　b、膜元件的标准保存液为1%亚硫酸氢钠与20%甘油，注意隔绝空气;

　　c、RO装置如关闭超48小时以上，应先以PH=11的碱液和PH=3—4的酸液分别清洗、杀菌，而后以1%的亚硫酸氢钠(或1%甲醛)充满RO组件，然后关闭所有阀门;

　　d、每月更换一次保护液;

　　e、夏天控制环境温度<45℃,以防霉变,冬天防冻,必要时注入10—20%甘油;

　　f、运行泵(包括预处理泵、高压泵、纯水泵)注意运行120小时左右添加润滑油(钠锂基脂);

　　g、微孔过滤器(保安过滤器)滤芯属易损件，应视污堵状况3—6月内更换一次;

　　h、预处理单元，机械过滤、活性炭过滤每运行一周，清洗2次。

影响反渗透性能的因素

　　5.1进水水质的影响

　　a、色度、浊度和胶体有机物：悬浮物和胶体物质非常容易堵塞RO膜，使透水率很快下降，脱盐率降低;

　　b、氧化剂：氧化剂会使复合膜性能恶化，水中含游离氯时，通常用活性炭吸附或加注还原剂，使游离氯还原到指标值以下;

　　c、PH值：控制PH值的目的主要是防止(CaCO3)析出后形成水垢;

　　d、铁、锰、铝等重金属氧化物：其含量高时，在膜表面易形成氢氧化物胶体，产生沉积现象;

　　e、细菌、微生物：细菌繁殖会污染膜并恶化水质;

　　f、硫酸根(SO42-)，二氧化硅(SiO2)：水中含有多量硫酸根时，易产生硫酸钙沉淀，含有多量SiO2时，也易产生沉淀，为防止沉淀，当浓水CaSO4溶度积>19×10-5时,可加注六偏磷酸钠,尽量避免浓水中SiO2含量超过100mg/l。

　　5.2、运行因素的影响

　　a、压力

　　渗透液通量随作用压力成线型增加，而渗透液的含盐量随作用压力而减少。(见图2)

　　b、温度

　　若其他参数保持固定只增加温度，渗透液通量及盐通过量都随之增加，但渗透液通量变化更为明显(见图3)，一般来说，温度每提高1℃，透水量增加1-3%，而一般膜的额定通量是在25℃时给出的,下表8标示了不同温度下产水量修正系数。

　　实际产水量=额定产水量(25℃时)/修正系数。

　　表8：在不同温度下RO膜产水量修正系数

　　c、回收率

　　回收率为渗透液流量对进水流量的比例。渗透液流通量随着回收率的增加而减少，当浓缩液的渗透压高至与施加于供水的压力相同时则停止，脱盐率随着回收率之增加而减少。

　　涂装电极及其系统安装、使用、换修手册

　　一、 安装

　　1、管状极罩的膜暴露在外表，要注意保护，以免损伤膜面;

　　2、极罩在安装时，要保证膜管自然悬垂，不得弯曲受力，防止膜管折断或损坏膜面;

　　3、紧固卡环螺母时，应均匀用力分几次拧紧，以防导管受损;

　　4、安装电线时，电线同电极之间一定要用力拧紧螺母，以免造成打火，烧毁膜管;

　　5、极管安装时，不得将膜面露出槽液面;

　　6、安装极罩用的挂具不得接地。

　　二、使用：

　　1、膜管在槽上固定好后，无论有无槽液，应马上进水循环，以防膜面脱水干缩，损坏膜管;

　　2、极罩进行工作时，一定要在膜管内充满水的情况下送电，向干燥的极罩送电会烧毁膜管;

　　3、膜管工作时，须保证极液循环正常进行，及时散热和带走槽内释放的酸或碱，同时还能延长膜管和电极管的使用寿命;

　　4、循环时，调节单根极罩的进液阀，保证每根极液循环量在0.5～2L/分·根范围内。

　　5、极罩工作时，应保证槽液不淹没导管上的卡环，以防造成对地短路，烧毁膜管。

　　三、 维修：

　　1、个别膜管渗漏来不及换修，关闭极液进口阀后，应切断电源，以防干烧电极;

　　2、换修极罩时，必须先切断电源，以防触电;

　　3、倒槽检修期间，不得停止极液循环，还必须用低压水冲掉膜面的浮漆，防止漆干涸后减低膜的效率。