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| 反滲透設備 |
反滲透是一種藉助於選擇透過（半透過）性膜的工力能以壓力為推動力的膜分離技術，當系統中所加的壓力大於進水溶液滲透壓時，水分子不斷地透過膜，經過產水流道流入中心管，然後在一端流出水中的雜質，如離子、有機物、細菌、病毒等，被截留在膜的進水側，然後在濃水出水端流出，從而達到分離淨化目的。
目錄
基本內容
中文名：反滲透設備
目 的：分離淨化
特 性：選擇透過（半透過）性膜
所 屬：科技
簡介
反滲透設備[2]是將原水經過精細過濾器、顆粒活性碳過濾器、壓縮活性碳過濾器等,再通過泵加壓,利用孔徑為1/10000μm(相當於大腸桿菌大小的1/6000,病毒的1/300)的反滲透膜(RO膜),使較高濃度的水變為低濃度水,同時將工業污染物、重金屬、細菌、病毒等大量混入水中的雜質全部隔離，從而達到飲用規定的理化指標及衛生標準,產出至清至純的水,是人體及時補充優質水份的最佳選擇.由於RO反滲透技術生產的水純淨度是目前人類掌握的一切制水技術中最高的,潔淨度幾乎達到100%,所以人們稱這種產水機器為反滲透純淨水機。
反滲透設備應用膜分離技術，能有效地去除水中的帶電離子、無機物、膠體微粒、細菌及有機物質等。是高純水製備、苦鹹水脫鹽和廢水處理工藝中的最佳設備。廣泛用於電子、醫藥、食品、輕紡、化工、發電等領域。
反滲透技術簡介
滲透是一種物理現象，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，這樣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。
仿生來源
生活在海岸邊的海鷗，依靠喝海水可以補充身體的水分。1950年美國科學家DR.S.Sourirajan在觀察海鷗時發現，海鷗在掠過海面時會啜起一大口海水，在幾秒鐘的間隔後，吐出一小口的海水。他感到十分的困惑，因為陸生由肺呼吸的動物是絕對無法飲用含鹽量很高的海水的。後經過對海鷗的解剖發現，海鷗並沒有直接把海水喝下，而是把海水存在喉管里，海鷗喉管的結構是由一層層的粘膜組織構成的，海水經由海鷗吸入體內後加壓，再經由壓力作用將水分子貫穿滲透過粘膜轉化為淡水,海鷗把經過粘膜組織過濾的淡水吸收到身體內部，然後把剩下的高濃度海水再吐出來，海鷗之所以能喝海水的奧秘就在這裡。這也就是反滲透法的基本理論架構。 [3]
工藝流程
原水 → 原水箱 → 原水泵 →多介質過濾器 (石英砂過濾器)→活性炭過濾器 →軟水處理器(添加阻垢劑裝置) → 精密過濾器 → 高壓泵 → 一級反滲透(RO)裝置 →紫外線殺菌裝置(臭氧殺菌裝置) → 用水點[4]
系統組成
預處理系統
一般包括原水泵、加藥裝置、石英砂過濾器、活性炭過濾器、精密過濾器等。其主要作用是降低原水的污染指數和余氯等其他雜質，達到反滲透的進水要求。預處理系統的設備配置應該根據原水的具體情況而定[5]。
反滲透裝置
主要包括多級高壓泵、反滲透膜元件、膜殼（壓力容器）、支架等組成。其主要作用是去除水中的雜質，使出水滿足使用要求。
後處理系統
是在反滲透不能滿足出水要求的情況下增加的配置。主要包括陰床、陽床、混床、殺菌、超濾、EDI等其中的一種或者多種設備。後處理系統能把反滲透的出水水質更好的提高，使之滿足使用要求。
清洗系統
主要有清洗水箱、清洗水泵、精密過濾器組成。當反滲透系統受到污染出水指標不能滿足要求時，需要對反滲透進行清洗使之恢復功效。
電氣控制系統
是用來控制整個反滲透系統正常運行的。包括儀錶盤、控制盤、各種電器保護、電氣控制櫃等。
反滲透膜技術
由於膜過濾技術具有分離效率高、節能、設備簡單、操作方便等優點, 使其在廢水處理領域有很大的發展潛力。但由於工業廢水往往含有酸、鹼、油等物質, 處理條件比較苛刻, 因此, 處理廢水使用的膜必須具有較好的材料性能, 從而在苛刻的條件下保持良好的分離性能和較長的使用壽命。從這方面來看,開發抗污染等性能優良的過濾膜具有重要的戰略意義。由於工業廢水的複雜性, 任何單一技術的處理往往達不到理想的效果, 必須重視膜分離技術與其他水處理技術的集成工藝研究, 發揮各種技術的優勢,形成廢水深度處理的新工藝。[6]
膜過濾技術是一種高效、低能耗和易操作的液體分離技術, 同傳統的水處理方法相比具有處理效果好,可實現廢水的循環利用和對有用物質回收等優點。簡要介紹了微濾、電滲析、反滲透、超濾、納濾等膜分離技術的基本原理及特點, 重點介紹了膜技術在含油廢水、染料廢水、造紙廢水、含重金屬廢水和高濃度有機廢水處理中的應用研究進展狀況。並討論了膜過濾技術的研究方向和發展前景。
反滲透膜型號作為一種新型的分離技術, 膜分離技術既能對廢水進行有效的淨化, 又能回收一些有用物質, 同時具有節能、無相變、設備簡單、操作方便等特點, 因此在廢水處理中得到了廣泛的應用並顯示了廣闊的發展前景。據估計, 2000 年膜技術的世界市場規模已達近20 億美元的銷售額。在廢水處理中應用的膜分離過程主要有微濾(MF) 、超濾(UF) 、納濾(NF) 、反滲透(RO) 和電滲析( ED) , 它們的分離過程及其傳質機理見表1。
高濃度有機廢水的處理
在高濃度有機廢水處理中, 膜技術發揮着越來越重要的作用, 已在製藥廢水、製糖廢水、含酚廢水、乳化液廢水、啤酒廢水、味精廢水等領域得到了應用。1976 年, 日本就通過管式反滲透處理系統實現了水產品( 主要是魚、蟹、貝類等) 加工有機廢水的回收利用, 通過氣浮、反滲透的二級處理, COD 由600～1 000 mg/L 降至30 ～70 mg/L。陸曉千等利用自製小型超濾設備對上海拖拉機內燃機公司油嘴油泵廠的切削液廢水進行了實驗室研究, 並將所得參數應用於生產設備的設計和運行。切削液乳化液廢水經超濾法處理後可以回用, 取得了良好的經濟效益和社會效益。蔡肖邦用試製的5 種聚酰胺型納濾膜,對藥廠生產的螺旋黴素(SPM) 發酵液進行了分離操作條件和濃縮效果的研究, 滲透通量為25 L/(m2·h) ,滲透液的SPM效價始終為零。王連軍等採用無機膜- 生物反應器( IMBR) 處理啤酒廢水, 在水力停留時間為3.5 ～5 h, COD 負荷為3.54 ～6.225 kg/(m3·d)條件下, IMBR 對廢水的COD、NH3 - N、SS、濁度的去除率分別達到96%、99%、90%和100%, 膜出水水質好且穩定。
含油廢水的處理
含油廢水面廣量大, 鋼鐵工業的壓延、金屬切削、研磨, 以及石油煉製及管道運輸等都產生含油廢水, 處理含油廢水的目的主要是除油同時去除COD及BOD。膜分離技術在含油廢水處理中的研究與應用相當廣泛, 主要是採用不同材質的超濾膜和微濾膜來處理。關於膜技術在工業廢水處理中的應用-大連海德能膜反滲透設備。
唐燕輝等利用自行設計、組裝的膜處理裝置, 考察了多種制膜方法, 實驗表明用加壓制膜法製備的超濾膜(A4 膜) , 分離機械加工排放的含油污水時, 可以使CODCr 從728.64 mg/L 降至87.8 mg/L, 含油質量濃度從5 000 mg/L 降至2.5 mg/L, 脫除率分別達到87.95%和99.95%, 分離後排水已達到國家規定的排放標準。B. E. Reed 研究了用截留相對分子質量為120 000、表面荷負電和截留相對分子質量為100 000、表面不帶電的管式聚亞乙烯氟超濾膜處理含質量分數為0.5%油脂的金屬工業廢水。荷電膜由於高的截留相對分子質量和表面電荷, 其平均滲透通量遠大於不帶電膜。當油脂質量濃度小於50mg/L、總懸浮固體質量濃度小於25 mg/L 時, 荷電膜油脂的平均去除率為97%, 而不帶電膜為98%。兩種膜對總懸浮固體的去除率均接近97%。張國勝採用0.2 μm 氧化鋯膜處理鋼鐵廠冷軋乳化液廢水,通過對膜的選擇、操作參數的考察、過程的優化, 獲得了滿意的結果, 膜通量100 L/(m2·h) 時, 含油質量濃度從5 000 mg/L 降至10 mg/L 以下, 截留率大於99%, 透過液中油質量分數小於0.001%, 並且該技術已實現了工業化應用。張裕嬡用相轉化法製備聚碸- Al2O3 複合膜, 將Al2O3 微粒填充到聚碸中, 並用該複合膜對華北油田北大站外排水砂濾後水樣進行了超濾處理, 原水的油質量濃度為640 mg/L, 處理後的油質量濃度小於0.5 mg/L, 完全符合回注水的要求。
染料廢水的處理
目前在染料的工業生產過程中, 產生大量的高鹽度( 質量分數大於5%) 、高色度( 數萬至十幾萬) 、高CODCr( 數萬至十幾萬) 的廢水。由於該類廢水的BOD5 與CODCr 的比值小於0.4, 生物降解性差; 同時廢水中所含的鹽將進一步降低廢水的生物降解性,所以生化處理前必需對其進行預處理。
楊剛等採用CA 卷式納濾膜進行了二苯乙烯雙三嗪型熒光增白染料(NT) 水溶液脫鹽和濃縮過程的研究。在1.8 MPa 壓力下經納濾膜處理後, NT 染料水溶液中的NaCl 濃度從1.05 mol /L 降到0.049mol /L 以下, NT 濃度從0.14 mol /L 濃縮到0.25 mol /L以上, NT 成分的平均截留率達99.8%。GuohuaChen 等採用ATF50 型納濾膜對香港的印染廢水進行處理, 兩股原水的COD 分別為14 000 mg /L 和5 430 mg/L, 經納濾後, 兩股廢水的COD 截留率分別達到95%和80%～85%, 出水達到了香港的排放標準。劉宗義利用卷式反滲透膜處理腈綸絲洗滌廢液, 進膜廢液中己內酰胺單體質量濃度在2 000mg/L以上時, 可以使單體含量濃縮10 倍以上, 截留率達到80%左右, 透過液可作為工藝用水, 可節約大量新鮮軟水, 具有顯著的經濟效益。郭明遠等自製了醋酸纖維素納濾膜, 研究了該納濾膜對活性艷紅、X- 3B 水溶液的分離性能, 結果表明, CA 納濾膜可用於活性染料印染廢水的處理和染料回收。
造紙廢水處理
造紙廢水一般含懸浮物( 包括無機和有機的) 較多, 為避免廢水污物堵塞薄膜, 減少清洗難度和頻率, 不宜直接用一段膜分離法, 最好在膜分離前進行絮凝和常規過濾等預處理。目前對造紙廢水的膜分離法的研究已取得實質性進展, 並已開始進入工業化階段。除抄紙廢水( 白水) 用氣浮法即可處理外, 膜分離法幾乎適用於處理所有的製漿造紙廢水( 如機械漿廢水、硫酸鹽漿漂白鹼性廢水、塗布廢水、亞硫酸鹽廢液等) , 特別對漂白廢水的毒性、色度和懸浮物的去除有明顯效果。
薛建軍等研究用MAE(membrane-assisted electrolysis)單陽膜技術控制造紙黑液的污染。研究表明, MAE 單陽膜技術不但能回收有用的化學品, 還可將黑液的CODCr 從112 000 mg/L 降到2 000 mg/L左右, 具有明顯的控制效果。F. Zhang 進行了草漿CEH 漂白廢水的超濾處理研究, 選用透過相對分子質量分別為3 000(A) 、10 000(B) 、30 000(C) 、60 000(D) 4 種平板PS 膜( 單膜有效面積0.33 cm2, 操作壓力0.3 MPa) 進行對比研究, 結果表明, A、C 膜具有較顯著的分離效果和膜通量。分別以C、A 膜為一、二級聯合處理CEH 漂白廢水, 膜通量為16.6 L/(m2·h) ,BOD5 去除率為66.0%, CODCr 去除率為85.1%, TOC去除率為71.6%。黃水前等提出, 採用pH 範圍為1~14 的高耐酸鹼無機膜處理鹼性造紙黑液, 不需調整控制pH。利用不同孔徑的高耐鹼無機分離膜可回收纖維素、膠體SiO2、木質素( 相對分子質量為1 000~12 000, 分子大小為2.4~ 4.0 nm) 和還原糖( 相對分子質量約為200～400, 分子大小為1~2 nm)等, 最終透過液主要含氫氧化鈉, 質量分數調整到10%~12%即可回收用於蒸煮製漿, 實現造紙工業廢水的閉路循環。
重金屬的廢水處理
在工業廢水中重金屬廢水占有相當大的比例,如電鍍、冶金、化工、電子、礦山等許多工業過程中都會產生含鎳、鉻、銅、鉛、鎘等金屬離子的廢水, 利用膜技術不僅可以使得廢水達標排放, 而且可以回收有用物質。
許振良等利用3 種單皮層聚醚酰亞胺( PEI) 中空纖維超濾膜, 對水溶液中重金屬離子( 鎘和鉛, 質量濃度均為100 mg/L) 的脫除進行了膠束強化超濾研究。在膠束強化超濾(MEUF) 過程中, 測定了流速、操作壓力、表面活性劑( 十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉) 與濃度對超濾膜分離重金屬離子性能的影響, 結果表明, 鎘和鉛的截留率可達99.0%以上, 滲透通量可達1.83 ×10- 10 m3 /(m2·s·Pa) 。同時,對聚電解質( 羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酸鈉) 在MEUF 中的應用也進行了研究。R. J. Lahiere 等報道了採用陶瓷膜處理廢水中的重金屬離子, 方法是用鹼中和使之形成氫氧化物沉澱, 通過0.8 μm 和1.4μm 兩種孔徑膜的兩級過濾, 使重金屬氫氧化物質量分數從0.012%下降到0.000 2%以下, 並把懸浮液濃縮至15%～20%。X. Chai 採用RO 膜對含銅廢水進行研究, 當進水銅質量濃度340 mg/L 時, 透過液中銅質量濃度小於4 mg/L, 去除率接近99%。
反滲透設備的清洗方法
反滲透技術因具有特殊的優越性而得到日益廣泛的應用。反滲透淨水設備的清洗問題可能使許多技術力量不強的用戶遭受損失，所以要做好反滲透設備[7]的管理，就可以避免出現嚴重的問題。
1.低壓沖洗反滲透設備
定期對反滲透設備進行大流量、低壓力、低pH值的沖洗有利於剝除附着在膜表面上的污垢，維持膜性能，或當反滲透設備進水SDI突然升高超過5.5以上時，應進行低壓沖洗，待SDI值調至合格後再開機。
2.反滲透設備停運保護
由於生產的波動，反滲透設備不可避免地要經常停運，短期或長期停用時必須採取保護措施，不適當地處理會導致膜性能下降且不可恢復。
短期保存適用於停運15d以下的系統，可採用每1～3d低壓沖洗的方法來保護反滲透設備。實踐發現，水溫20℃以上時，反滲透設備中的水存放3d就會發臭變質，有大量細菌繁殖。因此，建議水溫高於20℃時，每2d或1d低壓沖洗一次，水溫低於20℃時，可以每3d低壓沖洗一次，每次沖洗完後需關閉淨水設備反滲透裝置上所有進出口閥門。
長期停用保護適用於停運15d以上的系統，這時必須用保護液(殺菌劑)充入淨水設備反滲透裝置進行保護。常用殺菌劑配方(複合膜)為甲醛10(質量分數)、異噻唑啉酮20mg/L、亞硫酸氫鈉1(質量分數)。
3.反滲透膜化學清洗
在正常運行條件下，反滲透膜也可能被無機物垢、膠體、微生物、金屬氧化物等污染，這些物質沉積在膜表面上會引起淨水設備反滲透裝置出力下降或脫鹽率下降、壓差升高，甚至對膜造成不可恢復的損傷，因此，為了恢復良好的透水和除鹽性能，需要對膜進行化學清洗。
一般3～12個月清洗一次，如果每個月不得不清洗一次，這說明應該改善的預處理系統，調整的運行參數。如果1～3個月需要清洗一次，則需要提高設備的運行水平，是否需要改進預處理系統較難判斷。
技術特點
1、反滲透是在室溫條件下，採用無相變的物理方法將含鹽水進行脫鹽、除鹽。目前，超薄複合膜元件的脫鹽率可達到99.5%以上，並可同時去除水中的膠體、有機物、細菌、病毒等。
2、採用進口反滲透膜，脫鹽率高，使用壽命長，運行成本低廉;
3、採用全自動預處理系統，實現無人化操作;
4、採用進口格蘭富增壓泵，高效率低噪音，穩定可靠;
5、在線水質監測控制，實時監測水質變化，保障水質安全;
6、全自動電控程序，還可選配觸摸屏操作，使用方便;
7、切合當地水質的個性化設計，全方位滿足需求。
8、反滲透裝置自動化程度高，運行維護和設備維護工作量很少。
9、水的處理僅依靠水的壓力作為推動力，其能耗在許多處理工藝中最低。
10、不用大量的化學藥劑和酸、鹼再生處理，無化學費液排放，無環境污染。
11、反滲透可以連續運行制水，系統簡單，操作方便，產品水質穩定。
12、設備占地面積小，需要的空間也小。[1]