收藏：反渗透原理及常见故障解析

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”。

反渗透法可以有效的清除溶解於水中的无机物，有机物，细菌，热原及其它颗粒等，是透析用水之处理中最重要的一环。要了解"反渗透"原理之前，要先解释"渗透(osmosis)的观念。所谓渗透是指以半透膜隔开两种不同浓度的溶液，其中溶质不能透过半透膜，则浓度较低的一方水分子会通过半透膜到达浓度较高的另一方，直到两侧的浓度相等为止。在还没达到平衡之前，可以在浓度较高的一方逐渐施加压力，则前述之水分子移动状态会暂时停止，此时所需的压力叫作 "渗透压 (osmotic pressure)"，如果施加的力量大於渗透压时，则水份的移动会反方向而行，也就是从高浓度的一侧流向低浓度的一侧，这种现象就叫作"反渗透"。反渗透的纯化效果可以达到离子的层面，对於单价离子(monovalentions)的排除率(rejectionrate)可达90%-98%，而双价离子(divalent ions)可达95%-99%左右(可以防止分子量大於200道尔敦的物质通过)。

反渗透水处理常用的半透膜材质有纤维质膜(cellulosic)，芳香族聚酝胺类(aromatic polyaes)，polyie或polyfuranes等，至於它的结构形状有螺旋型(spiral wound)，空心纤维型(hollow fiber)及管状型(tubular)等。至於这些材质中纤维素膜的优点是耐氯性高，但在碱性的条件下(pH ≥8.0)或细菌存在的状况下，使用寿命会缩短。polyae的缺点是对氯及氯氨之耐受性差。

如果反渗透前没有作好前置处理则渗透膜上容易有污物堆积，例如钙，镁，铁等离子，造成反渗透功能的下降;有些膜(如polyae)容易被氯与氯氨所破坏，因此在反渗透膜之前要有活性碳及软化器等前置处理。反渗透虽然价钱较高，因为一般反渗透膜的孔径约在l0A以下，它可以排除细菌，病毒及热原甚至各种溶解性离子等，所以在准备血液透析析释用水最好准备这一道步骤。

一、技术原理

首先要了解“渗透”的概念，渗透一种物理现象。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，,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。

反渗透技术是当今最先进、最节能、效率最高的分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的压力下，借助于只允许水分子透过的反渗透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分离，从而达到纯净水的目的。

二、性能指标

1、脱盐率

脱盐率=(1–产水含盐量/进水含盐量)×100%

膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度，脱盐层越致密脱盐率越高，同时产水量越低。反渗透对不同物质的脱盐率主要由物质的结构和分子量决定，对高价离子及复杂单价离子的脱盐率可以超过99%，对单价离子如：钠离子、钾离子的脱盐率稍低，但也可超过了98%(膜使用时间越长，化学清洗次数越多，反渗透膜脱盐率越低。);对分子量大于100的有机物脱除率也可过到98%。

2、透过速度

水通量——指反渗透系统的产水能力，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。

盐透过速度——在单位时间、单位膜面积上透过的盐量，也叫透盐率、盐通量。

3、回收率

回收率——指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。依据预处理的进水水质及用水要求而定的。膜系统的回收率在设计时就已经确定。

回收率=(产水流量/进水流量)×100%

三、应用范围

RO反渗透技术的应用范围：

1、制药、医药行业无菌、无热源纯化水制取;

2、电子、电力行业用超纯水;

3、生物医药用水;

4、化工、化妆品配料用水;

5、苦咸水、海水淡化;

6、电镀涂装行业所用溶液配给，零件清漂洗;

7、精密机械、特种材料，光电材料，石英制品行业用的清洗，配给，冷却水;

8、饮用纯净水、食品饮料用水

四、RO膜反渗透系统常见故障

1、在工作压力，电导率正常时，产水量下降;

2、标准化后脱盐率降低，在反渗透系统中表现为产水电导率升高;

3、标准化后产水量下降，通常需要提高运行压力来维持额定的产水量即工作压力上升;

五、下面将详细讨论上述三种主要故障

1、标准化后产水量下降

(1)RO系统出现标准化后产水量降低，可根据下面三种情况寻找原因：

A、RO系统的第一段产水量降低，则存在颗粒类污染物的沉积;

B、RO系统的最后一段产水量降低，则存在结垢污染;

C、RO系统的所有段的产水量都降低，则存在污堵;

(2)标准化后产水量下降是最常见的系统故障之一，其可能的原因是：

A、膜组件的减少即要按照设计的膜组件数量运行;

B、反渗透膜低压运转即在设计的基准压力以下运行(可能有节流阀);

C、发现膜组件压密即当反渗透膜在大大超过基准压力的条件下运转就会发生膜组件的压密，必须更换膜组件;

D、运转温度的降低，按照设计温度25度运行;

E、在较高的回收率条件下运转，这会增加平均进水\浓水的TDS，从而增加渗透压;当在75%以上回收率条件下运转时，浓水的水量就减少，这样膜组件内水的浓缩倍率上升，结果造成给水水质严重下降，由于这种给水的渗透压上升，导致透水量的减少，严重时，将膜面析出盐垢，必须按设计回收率产水;

F、膜发生污染.金属氧化物或污浊物附在膜面上而造成反渗透膜的堵塞(最主要的);

G、在运转中反渗透的压差上升，改进预处理的运行管理，改善反渗透的水质，用药品清洗反渗透组件;

H、油分的混入，注意油绝对不能进入给水，油会污染反渗透膜;

I、保安过滤器内滤芯是否定期更换，长时间不更换，会导致滤芯堵塞，从而影响反渗透的进水量;

G、进水电导率的增加，这会增加产水通过膜时所必须克服的渗透压.

2、电导率上升：

(1)首先要确认各阀门开启是否正确，纯水与浓水的比例是否正确;

(2)进水电导率是不是升高即进水电导率是不是比以前升高(如虎门咸潮时，电导率上升到1000μs\cm);

(3)反渗透膜是否受到污染如无机物结垢CaSO4，MgSO4，BaSO4，有机物污染，金属氧化物的污染等;

(4)反渗透膜是否与强氧化剂(如Cl2)等接触，被强氧化剂降解.任何氧化物质的接触都会损坏膜元件;

(5)O型圈损坏或泄漏，O型圈泄漏会导致反渗透出水电导率上升很快;

(6)反渗透膜接触强氧化性的物质如Cl2、O3等，被强氧化性的物质氧化降解。

3、在维持正常的产水量，工作压力上升

(1)RO反渗透膜是否受到污染或被堵.

(2)进水电导率上升.

(3)发现膜组件压密即当反渗透膜在大大超过基准压力的条件下运转就会发生膜组件的压密，必须更换膜组件.

以上种种因素都使反渗透膜的产水量逐步下降，透盐率逐步上升，纯水质量下降。一般情况下，反渗透膜的使用寿命是2~3年。反渗透膜损坏后应及时更换，否则不但影响产水量，而且水质变差。