反渗透膜工作原理.docx

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反渗透膜工作原理

反渗透膜

RO（ReverseOsmosis）反渗透技术是利用压力差为动力的膜分离过滤技术，其孔径小至纳米级（1纳米=10-9米），在一定的压力下，H2O分子可以通过RO膜，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法透过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。

反渗膜工作原理图：

反渗透原理图及常规工艺流程图:

反渗透装置主要由高压泵、反渗透膜和控制部分组成。

高压泵对源水加压，除水分子可透过RO膜外，水中的其它物质（矿物质、有机物、微生物等）几乎都被拒于膜外，无法透过RO膜而被高压浓水冲走。

反渗透技术的特点：

1、反渗透的脱盐率高，单只膜的脱盐率可达99%，单级反渗透系统脱盐率一般可稳定在90%以上，双级反渗透系统脱盐率一般可稳定在98%以上。

2、由于反渗透能有效去除细菌等微生物、有机物，以及金属元素等无机物，出水水质极大地优于其它方法。

3、反渗透制纯水运行成本及人工成本低廉，减少环境污染。

4、减缓了由于源水水质波动而造成的产水水质变化，从而有利于生产中水质的稳定，这对纯水产品质量的稳定有积极的作用。

5、可减少后续处理设备的负担，从而延长后续处理设备的使用寿。

反渗透系统故障判断和解决手段

故障症状

引发问题的可能原因

所在位置及鉴别手段

解决问题方法

盐透过率升高,产水量却下降,每段之间的压力差增大

膜  污  染

金属氧化物污染

多发生在反渗透装置的第1段

-分析日常SDI测试膜截留物质

-通过分析清洗液中的金属离子

-解剖分析被污染的膜元件

-进行对金属氧化物污染物的清洗

-改善予处理工艺和运行条件

胶体污染

多发生在反渗透装置的第1段

-分析日常SDI测试膜截留物质

-解剖分析被污染的膜元件

-采用含有脂类洗涤剂清洗 

-改善予处理工艺和运行条件

无机盐垢污

 多发生在反渗透装置最后1段

-校核浓水系统LSI指数和可能生成的难溶物溶度积测试.

-解剖分析被污染的典型膜元件

-针对具体情况选择合适的清洗剂清洗

-调整系统水回收率

-选择更有效的阻垢/分散药剂投加

-改善予处理系统

盐透过率高,产水量满意，甚至稍高,每段压力差较大

-设计或运行操作不合理,引起反渗透膜系统的过分浓差极化

 反渗透装置第1段上压降最大

-校核反渗透系统浓淡水比例和运行水回收率

-检查反渗透装置上压力容器及压力管道固定是否合适,压力容器是否发生翘曲或变形

-检查膜元件的U型浓水密封圈

-加大反渗透浓水的运行流量,降低反渗透系统水回收率.

-更换已损坏的反渗透膜元件上的U型密封圈

-改善配管固定方式

盐透过率增加,产水流量加大,压力差降低

-膜表面被给水的颗粒物质或系统产生浓差极化而生成的无机盐垢污晶体滑伤

-分析第1段进水端堆积的悬浮颗粒污染物

-分析最后1段无机盐垢污,校核浓水LSI值,测试难溶物的溶度积数值

-改善予处理系统

-调整系统水回收率

-选择投加更有效的阻垢/分散剂

盐透过率高,产水量满意或稍高,每段之间的压力差基本满意.

压力容器及膜元件有伴随流

膜元件或压力容器上的O型圈漏水

-对压力容器的取样管取样试验分析确认具体发生位置

-更换在膜元件或容器上已损坏或产生漏流O型圈

膜元件膜袋粘合线破裂、膜元件中心管破裂或膜元件机械损坏

-压力容器取样试验判定发生具体位置

-对膜元件进行真空试验,判定发生具体位置

-膜元件膜卷伸出，解剖分析原因

-对破损的膜元件进行更换

-检查给水压力，产品水压力及膜元件在运行的压力降是否合适，并调整之。

系统运行有水锤产生

-检查设备启动程序是否合理，找出产生水锤的原因

-修改设计和运行条件和系统启动程序

-开始盐透过率不变，甚至还会有所降低，在运行一段时间后系统盐透过率开始持续增加，并伴随着进水和浓水之间的压差增大和系统产水量降低

生物污染

-拆开膜组件查看膜元件进水端污染症状

-分析反渗透系统浓水和产品水生物及细菌指标

-首先用碱性清洗液进行第1次清洗，然后再用被允许使用的杀菌清洗剂配制的清洗液清洗膜系统

-改善系统予处理工艺

盐透过率和产水流量增加，但进水和浓水之间的压力差正常

有机物污染

-拆开膜组件（压力容器），查看反渗透膜元件进水端污染症状

-对原水及浓水进行水质分析

-选择碱性清洗液对系统进行清洗

-改善系统予处理工艺

盐透过率和产品水流量增加，进水和浓水之间的压力降低或正常

反渗透膜被给水中的氧化性物质氧化而引起膜性能的退化

多发生在反渗透装置的第1段上

-重点对第1段反渗透膜组件进行水质水量监测，并对测试值进行标准化，与试机报告数据进行比较。

-对于情况较为严重者，必须有所选择地对已退化的膜元件进行更换

-改善予处理工艺，--增设氧化还原电位的监测（ORP）

延长反渗透膜使用寿命的方法

反渗透技术已被广泛用于各类水的脱盐工艺中。

目前纯水工程中使用的多为进口的低压聚酰胺复合膜。

反渗透设备的装配水平和工艺都已比较成熟和完善。

然而设备在使用过程中,膜的使用寿命和性能衰减比较严重,往往达不到预期的设计水平（如三年保质期）,主要问题为膜的使用、保养不当和膜的污染。

1防止膜性能的损坏

 新的反渗透膜元件通常浸润1%NaHSO3和18%的甘油水溶液后贮存在密封的塑料袋中。

在塑料袋不破的情况下,贮存1年左右,也不会影响其寿命和性能。

当塑料袋开口后,应尽快使用,以免因NaHSO3在空气中氧化,对元件产生不良影响。

因此膜应尽量在使用前开封。

设备试机完后,我们采用过两种方法保护膜。

设备试机运行两天（15～24h）,然后采用2%的甲醛溶液保养;或运行2～6h后,用1%的NaHSO3的水溶液进行保养（应排尽设备管路中的空气,保证设备不漏,关闭所有的进出口阀）。

两种方法均可得到满意的效果。

第一种方法成本高些,在闲置时间长时使用,第二种方法在闲置时间较短时使用。

2　设备的操作不当引起膜性能的损坏：

2.1　设备中有残余气体在高压下运行,形成气锤会损坏膜

常有两种情况发生:

A、设备排空后,重新运行时,气体没有排尽就快速升压运行。

应在2～4bar的压力下将余下的空气排尽后,再逐步升压运行。

B、在预处理设备与高压泵之间的接头密封不好或漏水时（尤其是微滤器及其后的管路漏水）当预处理供水不很足时,如微滤发生堵塞,在密封不好的地方由于真空会吸进部分空气。

应清洗或更换微滤器,保证管路不漏。

总之,应在流量计中没有气泡的情况下逐步升压运行,运行中发现气泡应逐渐降压检查原因。

2.2　关机时的方法不正确

关机时快速降压没有进行彻底冲洗。

由于膜浓水侧的无机盐的浓度高于原水,易结垢而污染膜。

用投加化学试剂的预处理水冲洗。

因含化学试剂的水在设备停运期间可能引起膜污染。

在准备关机时,应停止投加化学试剂,逐步降压至3bar左右用预处理好的水冲洗10min,直至浓缩水的TDS与原水的TDS很接近为止。

2.3　消毒和保养不力导致微生物的污染

这是复合聚酰胺膜使用中普遍存在的问题,因为聚酰胺膜耐余氯性差,在使用中没有正确投加氯等消毒剂,加上用户对微生物的预防重视不够,容易导致微生物的污染。

目前许多厂家生产的纯水微生物超标,就是消毒、保养不力造成的。

主要表现为:

出厂时,RO设备没有采用消毒液保养;设备安装好后没有对整个管路和预处理设备消毒;间断运行不采取消毒和保养措施;没有定期对预处理设备和反渗透设备消毒;保养液失效或浓度不够。

2.4　余氯监测不力

如投加NaHSO3的泵失灵或药液失效,或活性炭饱和时因余氯损坏膜。

3　清洗不及时与清洗方法不正确导致的膜性能的损坏：

设备在使用过程中,除了性能的正常衰减外,由于污染而引起设备性能的衰减更为严重。

通常的污染主要有化学垢,有机物及胶体污染,微生物污染等。

不同的污染表现出的症状是不同的。

不同的膜公司所提出的膜污染的症状也是有一定的差异。

在工程中我们发现,污染时间的长短不一样,其症状也不一样。

如:

膜发生碳酸钙垢污染,污染时间为一个星期时,主要表现为脱盐率的迅速下降,压差缓慢增大,而产水量变化不明显,用柠檬酸清洗能完全恢复性能。

污染时间为一年（某纯水机）,盐通量由最初的2mg/L上升为37mg/L（原水为140mg/L～160mg/L）,产水量由230L/h下降为50L/h,用柠檬酸清洗后,盐通量降为7mg/L,产水量上升至210L/h。

再者污染往往不是单一的,其表现的症状也有一定的差别,使得污染的鉴别更困难。

鉴别污染类型要综合原水水质,设计参数,污染指数,运行记录,设备性能变化及微生物指标等加以判断:

（1）胶体污染:

发生胶体污染时,通常伴随以下两个特性:

前处理中微滤器堵塞得很快,尤其是压差增大很快。

SDI值通常在2.5以上。

（2）微生物污染:

发生微生物污染时,RO设备的透过水和浓缩水中的细菌总数都比较高,平时一定没有按要求进行保养和消毒。

（3）钙垢:

可依据原水水质及设计参数进行判断。

对碳酸盐型水而言,如果回收率为75%时,设计时投加了阻垢剂,浓缩液的LSI应小于1;不投加阻垢剂时浓缩液的LSI应小于零,一般不会产生钙垢。

（4）可用1/4英寸的PVC塑料管插入组件中测试组件不同部位的性能变化进行判断。

（5）根据设备性能的变化判断污染的类型。

（6）可用酸洗（如柠檬酸、稀HNO3）,根据清洗的效果和清洗液判断钙垢,通过清洗液成分分析进一步证实。

（7）对清洗液进行化学分析:

取原水、清洗原液、清洗液,三个样分析。

在确定了污染的类型后,可清洗,然后消毒使用。

在不能确定污染的类型时,通常采用清洗（3）+消毒+0.1%HCl（pH为3）的步骤清洗。

清洗液

（1）+清洗液（3）+消毒的步骤效果很好。

反渗透膜清洗方法及步骤

在正常运行一段时间后，反渗透膜元件会受到在给水中可能存在的悬浮物质或难溶物质的污染，这些污染物中最常见的为碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机或生物沉积物。

污染物的性质及污染速度与给水条件有关，污染是慢慢发展的，如果不在早期采取措施，污染将会在相对短的时间内损坏膜元件的性能。

清洗周期判断的一般原则：

定期检测系统整体性能是确认膜元件发生污染的一个好方法，不同的污染物会对膜元件性能造成不同程度的损害。

清洗周期判断的一般原则污染物的去除可通过化学清洗和物理冲洗来实现，有时亦可通过改变运行条件来实现，作为一般的原则，当下列情形之一发生时应进行清洗。

在正常压力下如果产品水流量降至正常值的10～15%；为了维持正常的产品水流量，经温度校正后的给水压力还是增加了10～15%；产品水质降低10～15%；盐透过率增加10～15%；使用压力增加10～15%；

RO各段间的压差增加明显。

反渗透膜污染的清洗方法

清洗反渗透膜时建议采用膜专用的清洗液。

确定清洗液前对污染物进行化学分析是十分重要的，对分析结果的详细分析比较，可保证选择最佳的清洗剂及清洗方法，应记录每次清洗时清洗方法及获得的清洗效果，为在特定给水条件下，找出最佳的清洗方法提供依据。

对于无机污染物建议使用柠檬酸清洗液；对于硫酸钙及有机物建议使用三聚磷酸钠、EDTA四钠盐清洗液；对于严重有机物污染建议使用三聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠清洗液。

所有清洗液可以在最高温度为华氏104度（摄氏40℃）下清洗60分钟，所需用品量以每100加仑（379升）中加入量计，配制清洗液时按比例加入药品及清洗用水，应采用不含游离氯的反渗透产品来配制溶液并混合均匀。

反渗透膜元件的化学清洗与水冲洗：

反渗透膜元件的化学清洗与水冲洗清洗时将清洗溶液以低压大流量在膜的浓水道循环，此时膜元件仍装在压力容器内而且需要用专门的清洗装置来完成该工作。

清洗反渗透膜元件的一般步骤：

1.用泵将干净、无游离氯的反渗透产品水从清洗箱（或相应水源）打入压力容器中并排放几分钟。

2.用干净的产品水在清洗箱中配制清洗液。

3.将清洗液在压力容器中循环1小时或预先设定的时间，对于8英寸或8.5英寸压力容器时，流速为35到40加仑/分钟（133到151升/分钟），对于6英寸压力容器流速为15到20加仑/分钟（57到76升/分钟），对于4英寸压力容器流速为9到10加仑/分钟（34到38升/分钟）。

4.清洗完成以后，排净清洗箱并进行冲洗，然后向清洗箱中充满干净的产品水以备下一步冲洗。

5.用泵将干净、无游离氯的产品水从清洗箱或相应水源打入压力容器中并排放几分钟。

6.在冲洗反渗透系统后，在产品水排放阀打开状态下运行反渗透系统，直到产品水清洁、无泡沫或无清洗剂（通常需15到30分钟）。