反滲透設備及反滲透膜元件（二）

三、反滲透膜元件選型

選擇反滲透RO膜需要考慮的性能指標：脫鹽率、產水量、回收率。
　　1、RO反滲透膜的脫鹽率和透鹽率
　　RO反滲透膜元件的脫鹽率在其制造成形時就已確定，脫鹽率的高低取決于反滲透RO膜元件表面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。反滲透膜對不同物質的脫鹽率主要由物質的結構和分子量決定，對高價離子及復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、氯離子的脫鹽率稍低，但也可超過了百分之九十八（反滲透膜使用時間越長，化學清洗次數越多，反滲透膜脫鹽率越低）對分子量大于100的有機物脫除率也可過到百分之九十八，但對分子量小于100的有機物脫除率較低。
　　反滲透膜的脫鹽率和透鹽率計算方法：
　　RO膜的鹽透過率=RO膜產水濃度/進水濃度
　　RO膜的脫鹽率=1–RO膜的產水含鹽量/進水含鹽量
　　RO膜的透鹽率=1–脫鹽率
　　2、RO反滲透膜的產水量和滲透流率
　　RO膜的產水量——指反滲透系統的產水能力，即單位時間內透過RO膜的水量，通常用噸/小時或加侖/天來表示。
　　RO膜的滲透流率——也是表示反滲透膜元件產水量的重要指標。指單位膜面積上透過液的流率，通常用加侖每平方英尺每天（GFD）表示。過高的滲透流率將導致垂直于RO膜表面的水流速加快，加劇膜污染。
　　3、RO反滲透膜的回收率
　　RO膜的回收率——指反滲透膜系統中給水轉化成為產水或透過液的百分比。依據反滲透系統中預處理的進水水質及用水要求而定的。RO膜系統的回收率在設計時就已經確定。
　　A、RO膜的回收率=RO膜的產水流量/進水流量
　　B、反滲透(納濾)膜組件的回收率、鹽透過率、脫鹽率計算公式如下：
　　反滲透膜組件的回收率= RO膜組件產水量/進水量
　　反滲透膜組件的鹽分透過率=RO膜組件產水濃度/進水濃度

四、反滲透膜元件清洗方案

1、超聲波清洗的基礎：
　　A、空化作用：空化作用就是超聲波以每秒兩萬次以上的壓縮力和減壓力交互性的高頻變換方式向液體進行透射。在減壓力作用時，液體中產生真空核群泡的現象，在壓縮力作用時，真空核群泡受壓力壓碎時產生強大的沖擊力，由此剝離被清洗物表面的污垢，從而達到洗凈目的。
    B、直進流作用：超聲波在液體中沿聲的傳播方向產生流動的現象稱為直進流。聲波強度在0.5W/cm2時，肉眼能看到直進流，垂直于振動面產生流動，流速約為10cm/s。通過此直進流使被清洗物表面的微油污垢被攪拌，污垢表面的清洗液也產生對流，溶解污物的溶解液與新液混合，使溶解速度加快，對污物的搬運起著很大的作用。
　　C、加速度：液體粒子推動產生的加速度。對于頻率較高的超聲波清洗機，空化作用就很不顯著了，這時的清洗主要靠液體粒子超聲作用下的加速度撞擊粒子對污物進行清洗。

2、超聲波清洗的原理：
　　由超聲波發生器發出的高頻振蕩信號，通過換能器轉換成高頻機械振蕩而傳播到介質---清洗溶劑中，超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射，使液體流動而產生數以萬計的直徑為50-500μm的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡在聲場的作用下振動。這些氣泡在超聲波縱向傳播的負壓區形成、生長，而在正壓區，當聲壓達到設定值時,氣泡迅速變大然后突然閉合。并在氣泡閉合時產生沖擊波,在其周圍產生上千個大氣壓,破壞不溶性污物而使他們分散于清洗液中,當團體粒子被油污裹著而黏附在清洗件表面是,油被乳化,固體粒子及脫離,從而達到清洗件凈化的目的。在這種被稱之為“空化”效應的過程中，氣泡閉合可形成幾百度的高溫和超過1000個氣壓的瞬間高壓，連續不斷地產生瞬間高壓就象一連串小“爆炸”不斷地沖擊物件表面，使物件的表面及縫隙中的污垢迅速剝落，從而達到物件表面清洗凈化的目的。

五、反滲透膜元件的材料

根據脫鹽的需要，經過大量的研究試驗，從大量的高分子材料中篩選出了醋酸纖維素（CA）和芳香聚酰胺兩大類膜材料。此外，復合膜的表皮層還用到了其他一些特殊材料。

1、醋酸纖維素

醋酸纖維素又稱乙酰纖維素或纖維素醋酸酯。常以含纖維素的棉花、木材等為原料，經過酯化和水解反應制成醋酸纖維素，再加工成反滲透膜。

2、聚酰胺

聚酰胺包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺兩大類。20世紀70年代應用的主要是脂肪族聚酰胺，如尼龍—4、尼龍—6和尼龍—66膜；目前使用較多的是芳香族聚酰胺膜。膜材料為芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺—酰肼以及一些含氮芳香聚合物。

芳香族聚酰胺膜適應的pH范圍可以寬到2~11，但對水中的游離氯很敏感。

3、復合膜

復合膜的特征是主要由以上兩種材料制成，它是以很薄的致密層和多孔支撐層復合而成。多孔支撐層又稱基膜，起增強機械強度的作用；致密層也稱表皮層，起脫鹽作用，故又稱脫鹽層。脫鹽層厚度一般為50nm，薄的為30nm。

由單一材料制成的非對稱膜有下列不足之處：

A、致密層和支持層之間存在被壓密的過渡層。

B、表皮層厚度薄為100nm，很難通過減小膜厚度降低推動壓力。

C、脫鹽率與透水速度相互制約，因為同種材料很難兼具脫鹽和支撐兩者均優。

復合膜很好地解決了上述問題，它可以分別針對致密層和支持層的要求選擇脫鹽性能好的材料和機械強度高的材料。從而復合膜的致密層可以做得很薄，有利于降低拖動壓力；同時消除了過渡區，抗壓密性能好。

基膜的材料以聚砜為普遍，其次為聚丙烯和聚丙烯腈。因為聚砜價廉易得，制膜簡單，機械強度好，抗壓密性能好，化學性能穩定，能抗生物降解。

為進一步增強多孔支撐層的強度，常用聚酯無紡布。

脫鹽層的材料主要為芳香聚酰胺。此外還有酰胺、丙烯-烷基聚酰胺與縮合尿素、糠醇與三羥乙基異氰酸酯、間苯二胺與均苯酰氯等。

六、反滲透膜元件的工作原理

對透過的物質具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過溶劑而不能透過溶質的薄膜稱之為理想半透膜。當把相同體積的稀溶液（例如淡水）和濃溶液（例如鹽水）分別置于半透膜的兩側時，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發地向濃溶液一側流動，這一現象稱為滲透。當滲透達到平衡時，濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出，即形成一個壓差，此壓差即為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質，即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關而與半透膜的性質無關。若在濃溶液一側施加一個大于滲透壓的壓力時，溶劑的流動方向將與原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側流動，這一過程稱為反滲透。 反滲透是滲透的一種反向遷移運動，是一種在壓力驅動下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法，它已廣泛應用于各種液體的提純與濃縮，其中普遍的應用實例便是在水處理工藝中，用反滲透技術將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物及膠體等雜質去除，以獲得高質量的純凈水。