5 反渗透的流程

反渗透的流程是由反渗透的设计依据确定的。

5.1 反渗透的流程的设计依据

RO过程应视为一个总的系统，它包含各组成部分及依据。这些依据可作为设计RO系统时的入门指南。每一部分与每一交接处都将有合宜的操纵开关及连接，以保证系统的长期使用性能即可靠性。每一部分及每一系统均有可考虑满足各个用户需要的经济/性能的折中办法。我们沿与流程相反的方向来讨论：

①最终用途：首先的考虑是产品水的具体用途，它决定了为满足用户需要的水质和水量。对饮用水，通常要求满足公共卫生标准或世界卫生组织标准。对超纯电子工业用水，水电阻率需达18MΩcm。然而产品的性能并不严格的要超过所需值，因为高于所需的产水量或产水水质将增加产品水的费用，产生明显的负面影响。

②后处理：在RO透过液使用前，通常需要对其作些后处理。至少，需要脱气以去除为控制结垢对进料水酸化而产生的CO2和进行pH调节，以防止下游系统发生腐蚀。后处理的要求取决于应用，需按具体情况加以确定。对许多工业应用，后处理包括采用树脂除盐和紫外线消毒。对城市应用要附加pH调节、脱气及用氯消毒。

③膜：膜为系统的心脏，其性能可受与膜本身及其构型无关的一些因素的影响，例如预处理及系统的操作与维护，然而，需根据进料水的水质及最终用途仔细考虑选择膜材料及膜构型。

④操作与维护：操作与维护是成功的系统性能的关键。为了尽早的发现潜隐的问题，须收集系统性能数据并定期分析。若发生了问题，应该采用合宜的寻找故障的技术，并与膜制造商和/或系统设计者切磋商量合宜的消除问题的措施。对不能控制的结垢、污染或堵塞，则需经常清洗膜以保持膜的性能。在膜装置中，这些物质不可逆的积累将导致流体分布不均和产生浓差极化，这将造成膜通量与盐截留率的减退，有时会使膜材料发生降解。这些导致了昂贵的膜单元的更换。已开发出的用于恢复因结垢或污染造成的不良的膜性能的技术，若能及早的识别出膜需清洗，则这些技术是非常有效的。清晰剂可用以从膜装置中将微粒、胶体、生物和有机物移出。通常的做法是将清洗液按正向流动，低压下通过膜装置进行循环，直至污染物被去除。很少推荐进行反洗。

⑤高压泵：高压泵提供膜生产所需产水流量及水质的压力。常用泵的类型是单级、高速离心泵；柱塞泵；多级离心泵。通常单级离心泵效率最低，柱塞泵效率最高。对于小系统采用高速离心泵，对于大系统采用多级离心泵为佳。

⑥预处理：预处理即垢的控制，方法有pH值的调节、缓蚀剂软化、微生物控制、氯化/脱氯，对悬浮固体、胶体、金属氧化物、有机物等的去除。

5.2 预处理过程

总的来讲反渗透系统是由预处理过程和膜分离过程组成的。

预处理过程是指被处理的料液在进入膜分离过程前需采用的预先处理措施。预处理一般有物理处理、化学处理和光化学处理三种。在预处理过程中可使用各种单元操作，也可以将几种方法组合使用，预处理过程的好坏是反渗透膜的分离过程成败的关键，因此必须严格认真的做好预处理工作。

目前流行的方法主要有以下几种：

（1）物理法

物理方法包括①沉淀法或气浮分离法，②砂过滤、预涂层（助滤剂）过滤、滤筒过滤、精过滤等，③活性炭吸附法，④冷却或加热。

（2）化学法

化学方法包括①氧化法：利用臭氧、空气、氧、氯等氧化剂进行氧化，②还原法，③pH值调节法

（3）光化学法

光化学预处理方法主要指紫外线照射。

采用哪一种预处理方法，不仅取决于料液的物理、化学和生物学性质，而且还要根据在膜分离过程中所用组件的类型构造作出判断。实际运行中的故障，一方面是由于膜表面上的分离所带来的直接污染；另一方面与膜组件本身的构造有关。预处理所需要达到的标准，根据所用的膜件的不同也不一致。

5.3 反渗透膜分离常见的流程

反渗透膜分离工艺设计中常见的流程有如下几种：

①一级一段法

这种方式是料液进入膜组件后，浓缩液和产水被连续引出，这种方式水的回收率不高，工业应用较少。另一种形式是一级一段循环式工艺，它是将浓水一部分返回料液槽，这样浓溶液的浓度不断提高，因此产水量大，但产水水质下降。

②一级多段法

当用反渗透作为浓缩过程时，一次浓缩达不到要求时，可以采用这种多步式方式，这种方式浓缩液体体积可减少而浓度提高，产水量相应加大。

③两级一段法

当海水除盐率要求把NaCl从35000 mg/L降至500mg/L时，则要求除盐率高达98.6%如一级达不到时，可分为两步进行。即第一步先除去NaCl 90%，而第二步再从第一步出水中去除NaCl 89%，即可达到要求。如果膜的除盐率低，而水的渗透性又高时，采用两步法比较经济，同时在低压低浓度下运行时，可提高膜的使用寿命。

④多级反渗透流程

在此流程中，将第一级浓缩液作为第二级的供料液，而第二级浓缩液再作为下一级的供料液，此时由于各级透过水都向体外直接排出，所以随着级数增加水的回收率上升，浓缩液体体积减少浓度上升。为了保证液体的一定流速，同时控制浓差极化，膜组件数目应逐渐减少。

当然，在选择流程时，对装置的整体寿命、设备费、维护管理、技术可靠性也必须考虑。例如，需将高压一级流程改为两级时，那么就有可能在低压下运行，因而对膜、装置、密封、水泵等方面均有益处。

6 反渗透技术在城市污水的应用

反渗透技术是20世纪60年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。该技术是从海水、苦咸水淡化而发展起来的，通常称为“淡化技术”。由于反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、占地面积小、投资省、耗电低等优点，因此在水处理中得到了大量的运用。目前反渗透技术已广泛应用于海水苦咸水淡化，纯水、超纯水制备，化工分离、浓缩、提纯等领域。工程遍布电力、电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业。

6.1 在美国反渗透法生活污水处理[1]

在美国，反渗透法曾作为生活污水是一种深度处理方法而进行研究。过去深度处理一般是将污水的二级处理的排水(活性污泥生化处理后的出水)再进行混凝、过滤、活性炭吸附处理等，但对除盐过程却一直未予考虑。目前由于全球性水源紧张，各国都在大力推行节约用水，在大型工业城市，将城市污水处理后再回用于工业是今后的发展方向。或将城市污水深度处理后作为大型建筑物、家庭洗刷的用水、灌溉及绿化用水，即“中水”来源。以往的除盐方法主要有离子交换树法和电渗析法，但这些方法不能去除水中的有机物及不溶性杂质，把反渗透法作为弥补这一不足的一种方法，并进行研究，其中加里福尼亚的波莫纳(Pomona) 的试验是与联邦污水管理局(FWPCA)进行协作，主要是确定反渗透的脱盐效果、对有机物及富营养化成分的去除程度，还对运行中防止污染的方法及经济性作出评价，波莫纳的试验流程如图1所示。试验分两组进行，第一组用85个膜组件，第二组用68个膜组件，第一组水的回收率初期为80% ，后期降为78%，第二组水的回收率初期为80%，后期降为64%。

6.2 在日本反渗透法生活污水处理[1]

在日本东京，建筑面积在3万m2以上的高层建筑，其循环用水量在100 m3/ d 的场所，如不建设中水道就拿不到建筑许可证。大楼排水可分为；比较干净的排水，如洗手、洗脸、空调排水、洗衣排水;比较脏的排污水，如厨房水等。对这类生活污水的处理要求处理设备效率高，对负荷的变动适应性强，运转容易，水的回收率大，设备体积小，不发出恶臭。而反渗透能够满足这些要求。在北九州地区及大阪地区，用反渗透(中压及低压) 进行200 m3/d的下水再生利用试验，再生水水质见表2。采取的流程如下；

北九州地区；经二级处理的下水—细滤网—斜板沉淀池—精过滤—反渗透(中空纤维2. 0－2.5MPa) —再生水(200 m3/d) 。

大阪地区；经二级处理的下水—斜板沉淀污—无烟煤过滤—反渗透(螺旋式组件2.0－3.0MPa) 。

表2 原水和再生水水质

组别	项目	料液/mg/L	透过水/mg/L	浓缩液/mg/L	去除率/%
1	COD	10. 8	1. 7	43. 8	93.8
	NH3– N	9. 2	1. 7	49. 0	94.2
	NO3- N	2. 4	0. 8	7. 5	84.0
	PO4– P	10. 1	0. 2	57.7	99.4
	TDS	623	73	3 402	96.4
13	COD	12. 2	1. 9	37.2	92.3
	NH3– N	5. 3	1. 5	26. 1	90. 1
	NO3－N	12. 2	6. 0	34. 9	74. 6
	PO4－P	9. 0	1. 4	43. 2	94. 6
	TDS	543	145	2 738	91. 2
2	COD	11. 4	0. 7	37. 4	97. 1
	NH3 – N	17. 1	2. 9	59. 9	92. 5
	NO3－N	2. 1	0. 8	8. 9	85. 5
	PO4 – P	9. 7	0.07	39. 8	99. 7
	TDS	552	51 2	576	96. 7

6.3 在我国反渗透法生活污水处理

反渗透技术于80年代初在我国得到应用，首先用于电子工业超纯水及饮料业用水的制备，而后用于电厂用水处理，90年代起在饮用水处理方面获得普及。反渗透技术在我国工业水处理方面应用得比较多，但在城市污水处理方面，目前大部分还停留在实验室小试阶段，哈尔滨工业大学曾做过这方面的中试研究[2]，利用组合膜工艺来进行城市含盐污水回用处理试验研究。

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