反渗透膜技术制水效能研究——以河南应用技术职业学院反渗透制水系统为例

岳瑞丰，韩欠欠

（河南应用技术职业学院，河南郑州 450042）

目前，在各种膜分离技术中，以外界压力为动力的反渗透膜分离技术因具有成本低、节能环保、效率高、无相变、注资少、能耗少、组件化、工艺流程简单等优点[1-3]，成为近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种，已经广泛应用到大型锅炉补给水、各种工业用纯水，生活饮用水，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保等行业中。然而，在反渗透膜制水系统长期运行过程中，受水中含盐量、微生物等影响，会出现膜堵塞、膜污染的情况，进而会影响到反渗透的制水效能。

1 反渗透膜效能影响因素

反映反渗透制水系统效能的指标是产水通量和脱盐率，而产水通量和脱盐率受进水水质条件和运行参数的影响（压力、温度、pH 等），因此，在适宜的操作条件下，保持制水系统在最优的指标参数下运行，有利于提高反渗透制水效率、降低运行成本。

①进水压力。反渗透必须在一定的压力范围内进行，当操作压力增大时，反渗透的净驱动力提高，膜产水通量变大，但过高的压力会冲击膜孔，造成脱盐率下降。所以进水压力应控制在合理的范围之内。②进水温度。在较高的温度下，水的黏度会降低、水中盐分溶解度增大，更容易扩散，从而提高了膜的水通透性。升高温度，盐离子也更容易通过反渗透膜，导致产品水的脱盐率下降。③进水pH。pH 值不仅会影响到水中离子的迁移，而且还会影响到水中杂质的形态，当进水pH 值降低时，反渗透膜对水中部分可溶性有机物的截留率也会降低。较高的pH 会降低水中碳酸盐的溶解度，导致结垢，堵塞膜孔，降低产水量。④进水盐浓度。原水中含盐分越多，浓度差越大，会导致溶液的渗透压变大，在外界提供的外压不变的情况下会引起水通量变小，导致盐渗透性增加和脱盐速率降低。⑤进水水质。进水水质不达标容易导致膜污染和结垢，高的SDI 值（淤泥污染指数）会导致反渗透系统中的污染物颗粒增加，使膜运行周期缩短。

2 河南应用技术职业学院反渗透制水系统介绍

2.1 反渗透制水系统介绍

河南应用技术职业学院反渗透制水装置于2014年4月投产使用。装置原水采用200m 地下深井水，共由两级反渗透制水系统组成，其中：一级反渗透系统共安装有14支（8支+6支）反渗透膜，原水进入一级分渗透前8支膜分离后，产生的浓水进入后6支膜进行二次分离，将前8支膜和后6支膜分离出的纯水作为一级纯水，储存在一级纯水箱中；二级反渗透系统以一级纯水为进水，共安装有10支（6支+4支）反渗透膜，一级水进入二级分渗透前6支膜分离后，产生的浓水进入后4支膜进行二次分离，将前6支膜和后4支膜分离出的纯水作为二级纯水，储存在二级纯水箱中。二级反渗透分离出的浓水，因电导率较低，为28～32μS/cm，远低于原水的电导率（一般为620～640μS/cm），因此二级系统分离出的浓水进入原水系统重复利用。

2.2 制水工艺流程

原水（地下水）经离心泵加压（0.5MPa）后经石英砂、活性炭、保安过滤器初滤，再经一级增压泵加压后（0.6～1.2MPa）进入一级反渗透系统，一级水储存在一级纯水箱中。一级产水收集后通过产水管进入二级反渗透膜，过滤后进入二级纯水箱。反渗透系统设有PLC 控制系统、流量计，在线电导率仪等。流量计可以实时控制运行出水量以及系统水回收率。产水电导仪实时监测出水电导率。制水工艺流程如图1所示：

图1 制水工艺流程

3 研究主要目标

分别多次调节一级、二级纯水系统不同的进水压力，通过压力变化进而影响浓水和纯水产水流量和产水电导率（一级水和二级水），找到系统最佳操作压力或者压力区间，在该压力时系统产水量、回收率、浊度和脱盐率达到最佳。

4 研究效果

通过多次实验及对运行参数的调整，当一级反渗透压力在0.7～0.8MPa、二级反渗透压力在0.7～0.8MPa 时，对反渗透膜回收率、脱盐率、浊度、有机物去除等运行参数的变化进行有效的数据记录分析。

4.1 回收率变化

按照回收率=产水流量/进水流量×100%计算每次实验的回收率，多次实验求平均值，并记录实验数据，见表1。

表1 反渗透系统回收率的变化

从表1可以看出，当一级反渗透压力在0.8MPa，二级反渗透压力在0.75MPa 时，产水量最高，为5.4m3/h，回收率最高，为72.97%，系统运行稳定。

4.2 脱盐率变化

在反渗透的正常运行中，通过脱盐率的测定来评价系统分离效果的好坏、产品水的水质是否达标。根据公式R=（1-C0/C1）×100%得出每次实验的脱盐率。（式中：R为脱盐率，%；C0为二级反渗透的电导率，μS/cm；C1为原水电导率，μS/cm），多次实验求平均值，数据如表2所示。

表2 反渗透系统脱盐率的变化

从表2可知，当一级反渗透压力在0.8MPa，二级反渗透压力在0.75MPa 时，脱盐率达到了99.36%。以上数据表明该反渗透系统的脱盐效果很好。

4.3 浊度变化

在反渗透运行中，浊度的变化反映了所含杂质（主要是泥沙）的多少、反渗透制水水质的好坏，表3所示。

表3 反渗透系统浊度的变化

经测试统计可以看出，反渗透进水浊度在9.7～10.9NTU，当一级反渗透压力在0.80MPa，二级反渗透压力在0.75MPa 时，反渗透产水的浊度在0.23NTU 左右，去除率达到97.88%，由数据显示可见，反渗透对经过预处理的水，还会有明显的再去除效果。

4.4 有机物去除变化

反渗透制水过程中，水中有机物的含量多，会严重影响反渗透的制水效能，所以对系统运行过程中的有机物含量变化做实时监测，进行实验数据记录。反渗透系统有机物的变化如表4所示，从表4可以看出：反渗透进水CODcr 在9.5～11.5mg/L，当一级反渗透压力在0.80MPa，二级反渗透压力在0.75MPa左右时，水中有机物的平均去除率达到96.56%。由此可见：当反渗透系统的操作压力在0.75～0.8MPa 时，反渗透系统对有机物的去除效果很好，从而较好地保证了产品水的水质，也达到了很好的出水效果。

表4 反渗透系统有机物的变化

5 结论

实验结果表明，当一级反渗透压力在0.80MPa，二级反渗透压力在0.75MPa 时，系统的脱盐率达99%以上，回收率72.92%，产水浊度控制在0.23NTU 左右，有机物的去除率在96%以上，产水量达到最大；另外，从纯水系统长期运行看，随着制水系统的运行，少量盐分会在反渗透膜上集聚，将影响到反渗透制水通量和脱盐率，制水效能将降低，制水成本逐渐增大。