反滲透原理及常見故障解析

一、定義

反滲透是60年代發展起來的一項新的膜分離技術,是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質進行分離的過程.反滲透的英文全名是“REVERSE OSMOSIS”,縮寫為“RO”。

反滲透法可以有效的清除溶解於水中的無機物，有機物，細菌，熱原及其它顆粒等，是透析用水之處理中重要的一環。要了解"反滲透"原理之前，要先解釋"滲透（osmosis）的觀念。所謂滲透是指以半透膜隔開兩種不同濃度的溶液，其中溶質不能透過半透膜，則濃度較低的一方水分子會通過半透膜到達濃度較高的另一方，直到兩側的濃度相等為止。在還沒達到平衡之前，可以在濃度較高的一方逐漸施加壓力，則前述之水分子移動狀態會暫時停止，此時所需的壓力叫作 "滲透壓 (osmotic pressure)"，如果施加的力量大於滲透壓時，則水份的移動會反方向而行，也就是從高濃度的一側流向低濃度的一側，這種現象就叫作"反滲透"。反滲透的純化效果可以達到離子的層麵，對於單價離子（monovalent　ions）的排除率（rejection　rate）可達百分之九十八，而雙價離子（divalent ions）可達百分之九十九左右（可以防止分子量大於200道爾敦的物質通過）。

反滲透水處理常用的半透膜材質有纖維質膜（cellulosic），芳香族聚醞胺類（aromatic polyamides），polyimide或polyfuranes等，至於它的結構形狀有螺旋型（spiral wound），空心纖維型（hollow fiber）及管狀型（tubular）等。至於這些材質中纖維素膜的優點是耐氯性高，但在堿性的條件下（pH ≥8.0）或細菌存在的狀況下，使用壽命會縮短。polyamide的缺點是對氯及氯氨之耐受性差。

如果反滲透前沒有作好前置處理則滲透膜上容易有汙物堆積，例如鈣，鎂，鐵等離子，造成反滲透功能的下降；有些膜（如polyamide）容易被氯與氯氨所破壞，因此在反滲透膜之前要有活性碳及軟化器等前置處理。反滲透雖然價錢較高，因為一般反滲透膜的孔徑約在l0A以下，它可以排除細菌，病毒及熱原甚至各種溶解性離子等，所以在準備血液透析析釋用水要準備這一道步驟。

二、技術原理

首先要了解“滲透”的概念，滲透一種物理現象。當兩種不同濃度鹽類的水，如用一張半滲透性的薄膜分開就會發現，含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的水中，而其中的鹽分並不滲透，這，,逐漸把兩邊的含鹽濃度融合到均等為止。然而，要完成這一過程需要很長時間，這一過程也稱為滲透。但如果在含鹽量高的水側，施加一個壓力，其結果可以使上述滲透停止，如果壓力再加大，可以使水向相反的方向滲透，而鹽分剩下。因此，反滲透除鹽原理，就是在有鹽分的水中(如原水)，施以比自然滲透壓力更大的壓力，使滲透向相反方向進行，把原水中的水分子壓到膜的另一邊，變成潔淨的水，從而達到除去水中雜質、鹽分的目的。

反滲透技術是當今節能、效率非常高的分離技術。其原理是在高於溶液滲透壓的壓力下，借助於隻允許水分子透過的反滲透膜的選擇截留作用，將溶液中的溶質與溶劑分離，從而達到純淨水的目的。

三、性能指標

1、脫鹽率

脫鹽率=1–產水含鹽量/進水含鹽量

膜元件的脫鹽率在其製造成形時就已確定，脫鹽率的高低取決於膜元件表麵超薄脫鹽層的致密度，脫鹽層越致密脫鹽率越高，同時產水量越低。反滲透對不同物質的脫鹽率主要由物質的結構和分子量決定，對高價離子及複雜單價離子的脫鹽率可以超過百分之九十九，對單價離子如：鈉離子、鉀離子的脫鹽率稍低，但也可超過了百分之九十八（膜使用時間越長，化學清洗次數越多，反滲透膜脫鹽率越低。）；對分子量大於100的有機物脫除率也可過到百分之九十八。

2、透過速度

水通量——指反滲透係統的產水能力，即單位時間內透過膜水量，通常用噸/小時或加侖/天來表示。

鹽透過速度——在單位時間、單位膜麵積上透過的鹽量，也叫透鹽率、鹽通量。

3、回收率

回收率——指膜係統中給水轉化成為產水或透過液的百分比。依據預處理的進水水質及用水要求而定的。膜係統的回收率在設計時就已經確定。

回收率=產水流量/進水流量

四、應用範圍

RO反滲透技術的應用範圍：

1、製藥、醫藥行業無菌、無熱源純化水製取；

2、電子、電力行業用超純水；

3、生物醫藥用水；

4、化工、化妝品配料用水；

5、苦鹹水、海水淡化；

6、電鍍塗裝行業所用溶液配給，零件清漂洗；

7、機械、特種材料，光電材料，石英製品行業用的清洗，配給，冷卻水；

8、飲用純淨水、食品飲料用水

五、RO膜反滲透係統常見故障

1、在工作壓力，電導率正常時，產水量下降；

2、標準化後脫鹽率降低，在反滲透係統中表現為產水電導率升高；

3、標準化後產水量下降，通常需要提高運行壓力來維持額定的產水量即工作壓力上升。

六、下麵將詳細討論上述三種主要故障

1、標準化後產水量下降

（1）RO係統出現標準化後產水量降低，可根據下麵三種情況尋找原因：

A、RO係統的首段產水量降低，則存在顆粒類汙染物的沉積；

B、RO係統的末段產水量降低，則存在結垢汙染；

C、RO係統的所有段的產水量都降低，則存在汙堵；

（2）標準化後產水量下降是常見的係統故障之一，其可能的原因是：

A、膜組件的減少即要按照設計的膜組件數量運行；

B、反滲透膜低壓運轉即在設計的基準壓力以下運行（可能有節流閥）；

C、發現膜組件壓密即當反滲透膜在大大超過基準壓力的條件下運轉就會發生膜組件的壓密，更換膜組件；

D、運轉溫度的降低，按照設計溫度25度運行；

E、在較高的回收率條件下運轉，這會增加平均進水\濃水的TDS，從而增加滲透壓；當在百分之七十五以上回收率條件下運轉時，濃水的水量就減少，這樣膜組件內水的濃縮倍率上升，結果造成給水水質嚴重下降，由於這種給水的滲透壓上升，導致透水量的減少，嚴重時，將膜麵析出鹽垢，按設計回收率產水；

F、膜發生汙染。金屬氧化物或汙濁物附在膜麵上而造成反滲透膜的堵塞；

G、在運轉中反滲透的壓差上升，改進預處理的運行管理，改善反滲透的水質，用藥品清洗反滲透組件；

H、油分的混入，注意油不能進入給水，油會汙染反滲透膜；

I、保安過濾器內濾芯是否定期更換，長時間不更換，會導致濾芯堵塞，從而影響反滲透的進水量；

G、進水電導率的增加，這會增加產水通過膜時所克服的滲透壓.

2、電導率上升：

（1）首先要確認各閥門開啟是否正確，純水與濃水的比例是否正確；

（2）進水電導率是不是升高即進水電導率是不是比以前升高（如虎門鹹潮時，電導率上升到1000μs\cm）；

（3）反滲透膜是否受到汙染如無機物結垢CaSO4，MgSO4，BaSO4，有機物汙染，金屬氧化物的汙染等；

（4）反滲透膜是否與強氧化劑(如Cl2)等接觸，被強氧化劑降解.任何氧化物質的接觸都會損壞膜元件；

（5）O型圈損壞或泄漏，O型圈泄漏會導致反滲透出水電導率上升很快；

（6）反滲透膜接觸強氧化性的物質如Cl2、O3等，被強氧化性的物質氧化降解。

3、在維持正常的產水量，工作壓力上升

（1）RO反滲透膜是否受到汙染或被堵.

（2）進水電導率上升.

（3）發現膜組件壓密即當反滲透膜在大大超過基準壓力的條件下運轉就會發生膜組件的壓密，更換膜組件.

以上種種因素都使反滲透膜的產水量逐步下降，透鹽率逐步上升，純水質量下降。一般情況下，反滲透膜的使用壽命是2~3年。反滲透膜損壞後應及時更換，否則不但影響產水量，而且水質變差。