RO膜的特性与应用--《家用RO的设计、检测与维护》.doc

RO膜的特性与应用一、RO膜的脱盐特性1、脱盐率与压力正相关，工作压力越高、脱盐率越高，净水TDS越低；2、脱盐率与浓水比例正相关，在一定工作压力下，浓水比例越高，脱盐率越高，净水TDS越低；3、脱盐率与原水TDS负相关，原水TDS越高，脱盐率越高，净水TDS越高；4、脱盐率与净水侧的背压负相关，背压越高，脱盐率越低，净水TDS越高；5、脱盐率在pH为6-8时最高，原水过高或过低的pH值都会影响脱盐率。6、脱盐率与温度负相关，温度越高，脱盐率越低，净水TDS越高。脱盐率与净水TDS的关系：脱盐率=1净水TDS/原水TDS净水TDS原水TDS*（1 - 脱盐率)脱盐率不是稳定不变的，是与工作压力、原水TDS、净水回收率、进水pH值密切相关的。离开了特定条件谈脱盐率，是没有意义的二、RO膜的膜通量特性膜通量是指单位时间内透过RO膜的净水产量，常用单位为GPD（每天加仑）、/d（每天立方米）和L/h（每小时升）。50GPD = 0.189/d = 7.9L/h1、膜通量与压力正相关，工作压力越高，膜通量越大；2、膜通量与浓水比例正相关，在一定工作压力下，浓水比例越高，膜通量越大；3、膜通量与进水温度正相关，进水温度升高或降低1度，膜通量增加或减少3%左右；4、膜通量与原水TDS负相关，原水TDS越高，膜通量越小；5、膜通量与净水侧的背压负相关，背压越高，膜通量越小；6、膜通量与pH值正相关，pH值越高，膜通量越大，pH值越低，膜通量越小。由于原水TDS、进水温度的不同，同样50G的RO机，净水产量相差会非常大。特别是在高TDS的北方地方，在冬季，50G RO机的产水量可能不到每小时4升三、RO膜的测试条件和技术指标RO膜的主要技术指标是净水流量(GDP，每天加仑数)和脱盐率。由于膜通量、脱盐率与工作压力、原水TDS、温度、回收率(废水比)切相关，因此，RO膜的技术指标是在特定测试条件下的技术指标。也就是说，同样脱盐率和膜通量、不同品牌和类型的1812-50G RO膜，在同样的使用条件下，脱盐率和膜通量是不同的。不是所有50GRO膜，在同样的使用条件下，每小时都能制水7.9升。下面是几种常用50GRO膜的技术指标和测试条件：陶氏FILMTECTW30-1812-50：脱盐率98%（96%），流量50G20%测试条件：50psi、25、250ppm、回收率15%时代沃顿VONTRONULP1812-50：脱盐率97.5%（96%），流量50G15%测试条件：60psi、25、250ppm、回收率15%世韩CSMRE1810-50：脱盐率96%，流量50G测试条件：60psi、25、250ppm、回收率10-20%在上述3种RO膜中，陶氏FILMTECTW30-1812-50的测试压力最低。结合上面讲的RO膜的膜通量特性，在同样的使用条件下，陶氏膜的膜通量、脱盐率最好。陶氏膜的测试条件和技术指标，还说明：在同样的使用条件下，产水量相差50%是正常的(120/80=150%)、净水TDS相差2、3倍也是正常的。我们评价RO膜的好坏，不能单凭几支膜的测试数据，因为由于生产、制造工艺的原因，RO膜的个体性能差异比较大，几支膜不能说明全部问题。一般说来，脱盐率、膜通量差异小的膜，质量更好，还需要大家考虑的一个问题，就是RO膜的标称值严重偏低。有些品牌的RO膜，标称膜通量、脱盐率很好，实际可能相差很大。大家在选择RO膜时，一定不能只看商家的宣传和标称值，要在同样条件下的进行测试比较。要尽可能的多测试几只，以消除个体差异的影响，不能测试了一支膜不错，就认为这个品牌的膜都好三、影响RO膜寿命的指标1、浊度由不溶性物质影响的透明度，即原水的浑浊度。原水浊度越低、RO膜的寿命越长家用RO机采用PP滤芯的原因，就是为了滤除不溶性物质，降低原水的浊度采用低质量的PP棉，不能有效的降低原水浊度，会严重影响RO膜的使用寿命。2、淤泥密度指数(SDI)，也称污染指数是判断原水胶体和颗粒污染程度的方法。SDI越低，即胶体和颗粒污染物越少，RO膜被污染的风险越少、寿命越长。3、溶解性固体总量(TDS）或电导率 TDS是测量水中离子浓度的简便方法。TDS越高，RO膜结垢、堵塞的可能性越大。4、余氯（氧化还原电位）常用的反渗透膜材料主要是聚酰胺复合膜，耐氧化性比较差，一般要求进水的余氯浓度不超过0.1ppm在反渗透系统设计中，一般用活性炭、KDF、亚硫酸钙去除余氯，最常用的是活性炭。在小型家用RO机中，由于KDF成本高、易板结，使用效果并不好。我们测试过亚硫酸钙除余氯，结果发现RO净水发涩，不知道是什么原因。如果你准备用亚硫酸钙，一定要测试净水是不是有发涩现象。RO膜对硫化氢、二价铁离子也很敏感，会造成微生物污染和胶体污染。如果原水中二价铁离子含量高，可以采用锰砂去除。RO膜通量下降快，取出来RO膜发现发红，则说明原水中亚铁含量高，需要去除。5、离子成份和硬度水中溶解的一些微溶无机盐，在原水被RO膜浓缩后，可能会达到过饱和状态，超出溶解极限而在RO膜表面结垢，常见的是碳酸钙和硫酸钙。硬度过高的原水，净水回收率不能设计太高。，对于硬度过高的水，常用的方法是软化处理。6、二氧化硅二氧化硅易引起膜污染且极难清除。这在RO机设计中也要加以考虑。四、RO膜的回收率（废水比）由于RO膜的使用寿命易受上述因素的影响，家用RO膜受成本和安装空间的限制，不太可能采用大型工业反渗透设备的工艺对进水进行处理，净水回收缩率（废水比）的就是家用RO机设计要考核的核心问题了 所以，像美的、沁园等品牌的RO机，为了保证RO膜的使用寿命，一般把废水比设定为1:3，以适应于千差万别的水源条件。一些小品牌的RO机，不考虑原水条件的不同，一味的降低废水比，结果是RO膜寿命特别短 对于以自来水为条件的家用RO机，影响RO膜寿命的主要因素是结垢。一般来讲，原水被浓缩后，会使水中的微溶无机盐处于过饱和状态而析出结垢。但是，析出结垢需要反应过程，并不是一达到过饱和状态就析出结垢。只要能够及时把浓缩水排出，就可以有效防止RO膜的结垢堵塞。所以，传统RO机开机强冲18秒、关机不强冲是不合理的。这是因为开机强冲易于实现，关机强冲不易实现的原因。当然，使用电脑板控制冲洗电磁阀，就不存这种问题。如果采用电脑板控制强冲阀，一定要采用关机强冲的，把浓缩水及时排出，可以有效防止浓缩水在RO膜内析出沉积结垢、延长RO膜的寿命。除止之外，合理的废水比、加快原水在RO膜的流动速度，也是防止RO膜被污染、延长RO膜使用寿命的有效方法。如果废水比太小，原水在RO膜的流动速度太慢，学过液体力学的都知道的，这时候原水在进水通道是层流状态，贴近膜表面的原水会被过度浓缩，胶体非常容易附着在RO膜表面，微溶性无机盐也容易析出结垢，保持原水在一定的流速是必须的！即，废水比例调得太低，是不合理的。加快原水流速的方法，有两种：1、加大废水比例2、减小进水通道的截面积佳尼特有一种侧流膜，采用的就是减小进水通道截面积、加快原水流速的方法防止结垢堵塞、减小了废水比例，提高了净水回收率。浓水回流节水技术，是一种加快进水流速、减少浓缩水排放的一种方法。RO膜浓水口，接两个废水比，一个较大的废水比回流到增压泵的进水管路中，较少的废水比排掉。这样就加快了RO膜的进水流速。这种节水设计实际上是有问题的：1、回流管路不容易冲洗，易结垢堵塞。一旦结垢堵塞，由于直接排放的废水比流量很小，RO膜的进水流速变慢，会很快的结垢报废。2、浓水回流，加大的进水TDS值，影响了净水产量和脱盐率侧流膜在卷制上比较特殊，实现了一种Y型进水通道，前部的两路进水通路在后部合并为一路，保证了在进水在通路后部也能保持较快的流速。这样就能在废水比例较小的条件下，防止了RO膜结垢。五、RO膜的脱盐特性一般规律是，膜通量高的RO膜，盐透过量也高，即脱盐率低。脱除率受下列因素的影响：1.解离度：弱酸，如乳酸，在高pH条件下，解离程度提高，脱除率也高；2.离子价位：离子价位越高，其脱除率越高，二价离子（钙、镁等）比一价离子（钠、钾、氢等）脱除率高，一般1价离子（钠、钾、氢等）脱除率大于95%，2价离子（钙、镁等）脱除率大于99.5%；3.分子量：分子量越大脱除率越高，一般来讲，RO膜可以脱除相对分子量大于100的物质；4.非极性：极性越低脱除率越高；5.水合程度：水合程度高的离子如Cl比水合程度低的如NO3脱除率高；6.分子支链程度：异丙醇比正丙醇脱除率高。下图是陶氏FT30膜溶质典型相对脱除率：测定条件：TDS 2,000ppm、1.6MPa、25、未标注溶液的pH7。从上表可以看出，RO膜不是万能的，不是对所有溶质都有较高的脱除率，对甲醛、甲醇、乙醇（酒精）、尿素的脱除率较低。由于家用膜的工作压力低，实际脱除率比上表要低得多。所以，大家不要用RO膜做过滤啤酒的实验，过滤后还是会有酒味的。六、RO膜的结构下图是陶氏聚酰胺复合膜的结构示例图：聚酰胺复合膜一般是由下列三层构成：1.超薄分离层，聚酰胺材料，约0.2m厚；2.多孔中间支撑层，聚砜材料，约40m厚；3.无纺布增强层，聚酯材料，约120m厚。聚酰胺复合膜的主要结构强度是由无纺布提供的，它具有坚硬、无松散纤维的光滑表面。设有多孔中间支撑结构的原因是：超薄分离层直接复合在无纺布上时，由于表面太不规则，且孔隙太大，在高压下超薄分离层易损坏，因此需要在无纺布上预先涂布一层高透水性的微孔聚砜作为中间支撑层，其孔径约为150埃左右。超薄分离层是反渗透过程中真正具有分离作用的功能层。RO膜的脱盐性能是由超薄分享层实现的。由复合RO膜的结构可知：1、RO膜不能承受压力的急剧变化，压力上升或下降过快，极易造成RO膜的永远性破坏；特别是卷式RO膜，RO膜的进水通道有支撑网，进水支撑网与超薄分离层相接触；剧烈的压力变化，会导致支撑网与超薄分离层发生摩擦，分离层只有0.2m厚，极易造成永久性的损坏，影响RO膜的脱盐性能。在家用RO机设计中，有一种脉冲（间歇）式强冲技术，隔一段时间就打开冲洗阀强冲一次，非常容易造成RO膜的永久性损坏，是不合理的。2、RO膜是非对称膜，不能承受高背压和反冲洗。有RO机根据超滤膜反冲洗的方法，设计出了RO膜反冲洗方案，是不可行的。第二讲；家用RO机的前置过滤系统在第一讲中，我们知道，影响RO膜寿命的主要因素如下：1、淤泥密度指数（SDI）2、溶解性固定总量（TDS）3、余氯4、离子成份，特别钙、镁离子5、二价铁、二氧化硅等胶体家用RO机一般采用PP+活性炭作为标准的前置处理工艺。PP可以去除大颗粒的铁锈、泥沙、胶体，降低SDI；活性炭可以去除余氯，防止余氯氧化破坏RO膜，同时去除了氯味和其他一些影响口感、RO膜脱除率的小分子气体。对钙、镁离子高的硬水，可以添加使用硅磷晶抑制垢的生成。软化树脂由于再生不方便，在家用RO机中使用的不普遍。上述过滤工艺存在下列问题：1、PP不能彻底滤除细微的铁锈、泥沙、胶体。这些不能滤除的污染物不仅会影响RO膜的使用寿命，还会包裹在活性炭表面，影响活性炭的去除余氯的能力； 2、在大型工业设备中，活性炭可以定期冲洗，摩擦洗掉活性炭表面的污染物。家用RO机受成本的限制，没有冲洗机制，不能冲洗去除活性炭表面的污染物，会大大影响活性炭的去氯作用； 3、颗粒活性炭在压力作用下相互挤压摩擦，会产生活性炭粉末，如果不能有除去除，也会污染RO膜，影响RO膜的寿命。由于PP、活性炭成本低廉，传统的“PP+颗粒活性炭+PP（或压力活性炭结构）”，在成本上具有非常大的优势，但也存在不能冲洗排污、需要频繁更换的问题。特别是余氯较高的水源，由于活性炭容易被泥沙、胶体包裹，去氯效果不理想，需要后置活性炭进一步除氯。 最近，我接了很多电话，向我咨询RO机细菌超标的问题，还有水质发臭的，问题的根源就是后置活性炭。 对于后置活性炭，一般的说法是改善口感。实际上，由于活性炭极易滋生细菌，细菌的代谢产生会严重影响水质和口感。 说后置活性炭改善口感也是对的，因为前置炭不能彻底去氯，对口感影响较大，需要后置炭进一步去氯。 有朋友提出用“PVDF超滤膜加高吸附能力的炭作为前置过滤系统”，以解决活性炭易被细微的泥沙、胶体污染的问题，是非常有价值的解决方案。 用超滤作前置的优点：可以彻底滤除细微的泥沙、胶体，有效降低SDI，延长活性炭和RO膜的使用寿命。 用超滤作前置的缺点：超滤的过滤精度高，易堵塞。由于超滤的成本较高，经常更换超滤在使用成本上较难接受。 一种变通的做法是：超滤前面再增加PP滤芯以延长超滤膜的使用寿命。 采用PP作为前置，对于源水SDI较低的水源，问题不是太大。但是，对于SDI较高的水源，滤芯堵塞就会非常严重。终端净水工程师(1125020007)安装操作时把超滤膜组件的冲洗口连接到自来水洗涤管路上，即可对超滤膜组件进行实时自洁清洗，就解决了超滤膜易堵的问题，加个PP就要短期内更换，就失去用超滤膜做前置的真正意义。 我们现在面临的问题是：人工成本越来越高。如果2、3个月换一次滤芯，上门换芯的人工成本，大部分用户难以接受；如果半年至1年换一次滤芯，用户看到换出来的脏乎乎的滤芯，会对净化水质产生怀疑。 如果让用户自己换呢？用户买净水器为的是享受，不是为了给自己找麻烦，大部分人越来越懒，越来越不愿意做举手之劳的事情。因此，换芯是家用RO机推广普及的巨大障碍。对于前置过滤系统，还要考虑下列问题： 处理能力是否能满足RO系统的要求 大部分RO机，50G、75G甚至是400G，采用相同的前置处理系统。作为50G、75G的RO的前置处理系统，也许没有什么问题；用作400G的前置处理系统，好象不太合适吧。 RO前置处理系统的设计，还有一种非常不好的趋势，就是滤芯越来越小、处理能力越来越低。在产品外观上，是越来越漂亮了，但是滤芯的寿命如何能得到保证呢？ 第三讲 RO膜、废水比与泵的搭配一、RO膜的选择RO机的核心是RO膜，设计RO机，首先要定RO膜。下表是常用的家用RO膜基本性能一览表：品牌型号脱盐率膜通量测试条件平均最低TDS压力温度回收率陶氏TW30-1812-5098%96%50G250ppm50psi0.34Mpa2515%TW30-1812-7598%96%75GTW30-1812-10090%90%100G世韩CSM RE1810-5096%50G250ppm60psi0.41Mpa2510-20%CSM RE1812-6096%60GCSM RE1812-8096%80GCSM RE2012-10096%100G汇通ULP1812-5097.5%96%50G250ppm60psi0.41Mpa2515%ULP2012-7597.5%96%100GULP2012-10095%93%100G海德能HY1812-5097%50G300ppm70psi0.5Mpa2515%HY1812-7597%75GHY1812-10095%100G从上表可以看出，不同品牌、不同膜通量的RO膜，性能差异是很大的。上表仅仅是厂家的标称值，实际性能可能与标称值有一定的差异，在选择时要注意。一般来讲，膜通量高的RO膜，脱盐率高往往比较低，如陶氏TW30-1812-50的脱盐率为98%，TW30-1812-100的脱盐率仅为90%，汇通ULP1812-50的脱盐率为97.5%，ULP2012-100的脱盐率为95%，海德能HY1812-50的脱盐率为97%，HY1812-100的脱盐率为95%。请大家注意，RO膜的通量和脱盐率，都有相应的检测条件，原水的TDS一般为250-300ppm。如果原水的TDS高于测试条件，则实际净水产量、脱盐率要低于标称值。一个矛盾的地方是：如果原水的TDS较高，则需要高通量、高脱盐率的RO膜以保证净水产量和脱盐率，而高通量与高脱盐率则是矛盾的。对于高TDS的原水，如何即能保证净水产量，又能保证脱盐率呢？一个可行的解决办法是：提高工作压力！在不超过RO膜的最高工作压力下，压力越高，净水产量越大、胶盐率越高。二、废水比的设定RO膜工作时要排放一定比例的浓缩水，以带走滤除的无机盐和其他污染物，防止沉积结垢、影响RO膜的使用寿命。在上面的RO膜性能一览表中，请大家注意，RO膜的回收率一般设定为15%，意味着生产5升净水，要排掉28升废水。这么多的废水，是不容易回收利用的，也是大部分家庭难以接受的。过高的废水比用户难以接受、过低的废水比难以保证RO膜的寿命。在实际的RO机设计中，要在RO膜的寿命、脱盐率和废水比之间找一个折衷，3倍废水比就是常用的折衷方案。这里所说的3倍废水比，是指在标准测试条件下的废水排放比例，一个可以参考的测试条件为：250ppm、25。由于RO膜的净水产量与压力正相关、与温度负相关，在高TDS值、低气温的冬季，净水产量也许不到标称值的一半，而废水流量基本不变，从而造成废水比可能高达到1:6以上，极端情况下达到1:10也是有可能的。控制废水比例的方法，主要有两种：1、固定的废水比例器，俗称废水比2、可调的废水比例阀常用的废水比有300cc、450cc、600cc等等，是指在50-60psi（0.41-0.5Mpa）压力下每分钟的流量，单位为毫升(ml)。300cc是指300ml/每分钟，450cc是指450ml/每分钟，以此类推。由于RO机的工作压力要高于上述测定条件，实际流量要比标称值高一些。固定废水比的结构主要有小孔型、直毛细管型、曲毛细管型三种。小孔型的废水比，成本低廉，流量不稳定；直不锈钢毛细管型废水比，稳定性稍好；流量最精确、最稳定的是采用不锈钢毛细管制作的曲别针型废水比。废水比电磁阀内的废水比结构，也主要是上述3种前面讲到，净水产量受原水TDS、温度的影响较大，能不能采用可调比例的废水比呢？当然是可以的，但存在下列问题：1、可调比例的废水比一般采用针阀。家用RO机的流量小，非常难以调整，也难保持稳定。调整好工作一段时间后，废水比例可能会变大，也可能会变小。变大只是浪费水的问题，变小刚可能造成RO膜的结垢堵塞。2、当客户发现废水比例可调时，可能会为了减少废水的排放，把废水的比例调得很小，会严重影响RO膜的使用寿命。我个人认为，还是选择固定比例的废水比比较好，特别推荐选用曲别针结构的不锈钢毛细管废水比。三、增压泵的选择选择增压泵，要考虑下列因素：1、RO膜的工作压力和流量2、RO机的进水压力3、前置滤芯产生的压降选择增压泵，首先要根据RO膜的流量、进水的TDS值确定工作压力。为保证合理的净水产量和脱盐率，RO膜的工作压力可以比检测压力高一些。另外，RO机一般配置压力桶存水，会在RO膜净水侧产生背压，影响RO机的净水产量，进而影响废水的排放比例，也需要把工作压力调得高一些，以保证净水产量和废水比例在设定的范围内。压力桶产生的背压一般在0.05-0.3Mpa之间，设定泵的工作压力时加以考虑。 常用的家用1812(2012)RO膜，是容许高运行压力的。例如，陶氏TW30-1812-50和TW30-1812-75的检测压力为50psi(0.34Mpa)，极限运行压力为150psi(1Mpa)、TW30-1812-100的极限运行压力则高达300psi(2.1Mpa)。家用RO隔膜增压泵的最高压力一般在125psi(0.9Mpa)以下，低于家用1812（2012）RO膜的极限运行压力。适当调高运行压力，可以保证RO机的净水产量和脱盐率，是没有问题的。RO膜的工作压力设定为多少合适呢？可以调高0.1-0.3Mpa，根据产品的设定使用条件确定。确定了RO膜、废水比、工作压力，就可以选择增压泵了。增压泵搭配计算公式：泵的流量净水流量浓水流量净水流量（1废水倍数） 以汇通膜ULP1812-50为例，膜的测试压力为60psi(0.41Mpa)，设定工作压力为85psi(0.6Mpa)，净水流量为130ml/分钟(考虑到了压力桶背压），3倍废水，泵的流量为：130(1+3)=520ml/分钟。这就是说，需要选择在85psi（0.6Mpa）压力下流量为520ml/分钟的增压泵，要根据泵的流量-压力特性进行选择。下面列出3种50G增压泵的压力-流量特性曲线：泵A的压力-流量特性： 泵B的压力-流量特性： 泵C的压力-流量特性：从上图可以看出，不同品牌、型号的增压泵，“流量-压力特性”有较大的差异，泵A的流量最稳定，在较高压力下也能提供较好的流量，泵B的流量则随着工作压力的提高而快速降低。在85psi（0.6Mpa）的压力下，泵A、泵B的流量大约为590ml/分钟，泵C的流量大约为500ml/分钟。 泵的压力-流量曲线是在特定进水压力下测定的。进水压力低于测试压力，实际流量会低于测定值；进水压力高于测试压力，实际流量则高于测定值。在选择增压泵时，还要考虑实际的进水压力。此外，RO机的进水通过前置滤芯时会产生压降，也会造成泵的进水压力不足，进而影响泵的流量和工作压力。在选择增压泵时，也要充分考虑。如果需要泵提供更高的工作压力以满足净水产量和脱盐率的要求，或者进水压力比较低，选择泵A比较合适；如果对净水产量和脱盐率没有严格要求、进水压力有保证，则可以选择泵C。采用世韩CSMRE2012-100RO膜，需要多大流量的泵呢？100G