超滤系统的运行管理

超滤系统的运行管理

三、技术篇

超滤系统的运行管理

1、预处理系统

预处理系统是指原液在进入超滤装置之前去除各种有害杂质的工艺过程及设备。预处理工艺是根据原液情况及处理的

要求来确定的，没有固定模式，但下述选择原则可供参考。

(1)地下水及含悬浮物、胶体物质小于50mg/L时宜采用直接过滤或者在管道中加入絮凝剂过滤；

(2)地面水及含悬浮物、胶体物质大于50mg/L应采川混凝沉淀、过渡工艺；

(3)原水中含有细菌、藻类及其他微生物较多时，必须先行杀菌，然后再按常规程序处理，灭菌剂有氯、次氯酸钠、

臭氧等，而过氧化氢、高锌酸钾等多用清洗组件时用来杀菌，因为预处理用量大，不经济；

(4)原水经杀菌剂处理后，如果水中含有较多的余氯或者其他强氧化剂，可加入亚硫酸钠等还原剂或者用活性碳吸

附去除。

上述为常规的传统的预处理工艺，在膜集成工艺中，中空纤维超滤腴常作为其他膜处理的预处理。如在反渗透脱盐工

艺中，超滤本身即属预处理T艺，在电渗析脱盐T艺中亦可以超滤作为电渗析脱盐预处理，以补充电渗析脱盐丁艺的

不足。此外，在矿泉水制备工艺中以超滤作为主要的处理工艺，化学药剂的加入，会使矿泉水水质受到污染，因此在

矿泉水处理工艺中，不适宜用化学药剂作为预处理措施。

在某种情况下，例如以城市自来水为水源进行深度净化，或者以地下水为水源，水质较好时，过多的常规预处理，可

能带来二次污染。超滤的预处理可以极其简化，仅采用粗过滤以避免大颗粒悬浮物进入超滤系统伤害超滤膜，即可

直接用超滤去除少量细菌微生物、胶体、悬浮物。采用加强反冲洗，快速冲洗以及增加浓缩水排量(回流)等措施

防止超滤膜的阻塞。

2、运行前的准备工作

(1)进水水质的检瓷，重点是检瓷进水的浊度或者SDI值、PH值和细菌、微生物、余氯等项目，应达到设计要求的

进水指标后方可饰入超滤系统，普通中空纤维超滤膜要求原水的PH值并无严格要求。在PH=2~11范围内均可使用,

但用于工业浓缩时，原液的PH值必须严格根据膜材料的要求。超滤膜对余氯要求也无严格规定，普通情况下，要求

含有一定余氯以保证细菌不超标。当后续工艺对余氯有要求时，可在超滤工艺之后用活性碳去除，效果更佳。

(2)清洗设备及管道，超滤系统组装完成后，在启动之前还必须对系统中所有过流部份进行清洗，一方面清洗掉设

备及管道中的碎屑及其他有害杂质，一方面对系统进行严格的灭菌作用，以免残留的细菌、微生物在管道及超滤膜组

件中滋长。普通常采用分段清洗法，即按照工艺流程路线由前往后、及设备和管路分段清洗，以保证设备安全运行。

(3)管路系统检查，操作人员必须掌握工艺流程路线，检杳各有关设备和管是否有误接的地方，同时还要检杳进、出

口阀门的启闭情况，特殊是要注意浓缩水出口阀门不能全部关闭及进口阀门不能开启，以防止系统在封闭状态下，突

然启动引起系统内压力过高以及水流冲击作用而损坏设备。

3、启动

当做完二述各项准备工作后，可先进行试启动，即接通电源，打开进水阀门，开动泵后即将住手，观察水泵叶轮转动

方向是否正确，检查水泵在启动时有无反常的噪音产生，以判断水泵是否能正常运行。

对于全白动的控制装置必须预先设置操作程序，以便启动后进入正常顺序运行。

4、运行

a、升压

水泵转动后，逐渐打开超滤系统的进水阀门，相应调节浓缩水出口阀门使系统升压及保持浓缩水的流动，通常情况下，

应当缓慢转动阀门，大约在1min摆布时间内升至所需的工作压力，有利于对设备及膜的保护。

b、监控及记录

注意超滤设备进出口压力差的变化，进口压力应按设计值操作，但随着运行时间延长，出口处压力会逐渐降低，即压

力差会逐渐增大，当这一压力差高于安装始值0.05MPa时说明水路有阻塞现象，应当采取相应措施，即采取物理或者

化学方法进行清洗。

运行中定时分析供水水质和超滤水水质，发现有蓦地变化现象，应即将采取措施。当进水水质不合格时，应加强预处

理工艺。透过水不合格时，则应当进行清洗再生，处理后仍不见效果，则应考虑更换新的膜组件。

c、回收比及其调节

运行中观察浓缩水的排放量及透水量，始终保持在允许的回收比范围内运行。回收比过大或者过小，于超滤膜的正

常运行都是不利的。因为回收比过大，极易产生膜的浓度极化现象，影响产水质量，而网收比过小，则流速过大，

也会促进膜的衰退，压力降增大影响产水量。

d、膜的清洗

判断超混膜是否需要清洗的原则如下：

(1)根据超滤装置进出口压力降的变化，多数情况下，压力降超过初始值0.05MPa时，说明流体阻力已经明显增大，

作为FI常管理可采用等压大流量冲洗法冲洗，如无效，再选用化学清洗法；

(2)根捱透水量或者透水质量的变化，当超滤系统的透过水量或者透水质量卜.降到不可接受程度时，说明透过水流

路被阻，或者因浓度极化现象而影响了膜的分离性能，此种情况，多采用物理——化学相结合清洗法，即进行物理

方法快速冲洗去大量污染物质，然后再用化学方法清洗，以节约化学药品。

(3)定时清洗，运行中的超滤系统根据膜被污染的规律，可采用周期性的定时清洗。可以是手动清洗，对于工'也大

型装置，则宜通过自动控制系统按顺序设定时间定时清洗。

e、灭菌

细菌与其他微生物被膜截留，非但繁殖速度极快，而这些原生物及其代谢物质形成i种粘滑的污染物质紧紧粘附于膜

表面上，直接影响到膜的透水能力和透过水质量。普通采用定期灭菌的方法，灭菌的操作周期因供给原水的水质情况

而定，对于城市普通自来水而言，夏季7ro天，冬季30、40天，春秋季20、30天。地表水作为供给水源时，灭菌

周期更短。灭菌药品可用500r000mg/L次氯酸钠溶液或者1%过氧化氢水溶液循环流或者浸泡约半小时即可。

在矿泉水生产中，由于车间的密封性，通风不良，室内湿度增高，给霉菌生长提供了良好的条件，成为矿泉水生产过

程中霉菌的长期污染源，特别是生产管道一经霉菌污染，清除和消毒十分艰难。普通紫外线、臭氧对霉菌的杀灭效果

不太理想，使矿泉水成品中浮现半透明丝状白色絮状的霉菌集合体，『是必须定期对周转环境进行相应的灭菌措施防

止对系统的污染。

f、停机

(1)先降压后停机，当完成运行任务或者由于其他原因需要停机时，可慢慢开启浓缩水出口阀门，使系统压力徐徐

下降到最低点再切断电源。因为在工作状态下如果蓦地停泵，容易产生水锤现象而伤害超滤膜，降压速度约在1min内

完成。

(2)用纯水或者超滤后的净水冲洗膜表面，利用运转水泵或者辅助的清洗水泵，采用大流量冲洗3、5min,以清除掉

沉积于摸表面上的大量污垢，在冲洗过程中，系统内不升压，不引出透过水：

(3)停机期间需进行维护与保养，如果停机时间仅2,3天，可每天运行30'60min,用新鲜水置爽出装置内存留的

水。如果停机时间较长，应向装置内注入保护液，如0.5%~1.0%甲醛水溶液，以防止细菌繁殖。

5、超滤系统常见故障及处理措施

a、供水压力低或者供水量不足，有可能水泵转动方向相反，或者水泵进水管泄漏，此时水泵可能激烈震

动；b、压力降增大，系统内受阻或者流速过大，应疏通水道或者减少浓缩水排放量；

C、透水量下降，可能膜被压密或者膜被污垢阻塞，前者停机松驰，普通不易恢复，后者则应进行清洗；

d、截留率下降，水质恶化，有多种可能，浓差极化时应用大流量冲洗，密封损坏应更换或者修补。中空纤维断裂或

者破损，则应更换膜组件。

6、中空纤维超滤膜的污染及清洗再生技术

由于超滤膜的功能是去除原液中所含有的杂质，性能优良与截留份子量较低的中空纤维超滤膜，被杂质污染阻塞可能

更快，胺表面会被截留的各种有害杂质所覆盖，甚至膜孔也会被更为细小的杂质阻塞而使其分离性能下降。原水预处

理的有无，与处理质量的好坏，只能决定超滤膜被阻塞污染速度的快慢，而无法从根本上解决污染问题，即使预处理

再彻底，水中极少量杂质也会因日积月累而使膜的分离性能逐渐受到影响。因此膜的阻塞是绝对的，普通超滤系统都

应当建立清洗和再生技术。清洗膜的方法可分为物理方法和化学方法两大类。

a、中空纤维超滤膜的物理清洗法：

该方法是利用机械的力量来去除膜表面污染物。整个清洗过程不发生任何化学反应。

①等压水力冲洗法：对于中空纤维超滤膜等压冲洗法是行之有效的方法之一。具体做法是关闭超滤液出口阀门，全开

浓缩水出口阀门，此时中空纤维内外两侧压力逐渐趋于相等，因压力差粘附于膜表面的污垢松动，籍增大的流量冲洗

表面，这对去除膜表面上大量松软杂质有效；

②水气混合清洗法：将净化过的压缩空气与水流一道进入超滤膜内，水——气混液会在膜表面剧烈的搅运作用而去除

比较坚实的杂质。效果比较好，但应注意压缩空气的压力与流量；

③热水及纯水冲洗法：热水(30℃、40℃)冲洗膜表面，对那些粘稠而又有热溶性的杂质去除效果明显。纯水溶解能

力强。纯水循环冲洗效果比较好；

④负压反向冲洗法：是一种从膜的负面向正面进行冲洗方法，对内外有致密层的中空纤维或者毛细管超滤膜是比较

适宜的。这是一种行之有效但常与风险共存的方法，一旦操作失误，很容易把膜冲裂或者破坏中空纤维或者毛细管

与粘结剂的粘结面而形成泄漏。

b、中空纤维超滤的化学清洗法：

利用某种化学药品与膜面有害物质进行化学或者溶解作用来达到清洗的目的。选择化学药品的原则，一是不能与膜及

其他组件材质发生任何化学反应或者溶解作用，二是不能因为使用化学药品而引起二次污染。

①酸洗法：常用的酸有盐酸、草酸、柠檬酸等。配制后溶液的PH值因材质类型而定。例如CA膜清洗液PH=3、4,

其他PS、SPS、PAN、PVDF等膜PH=12利用水泵循环操作或者浸泡0.5、1h,对去除无机杂质效果好；

②碱洗法：常用的碱主要有氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠等。配制碱溶液的PH值也因膜材质类型而定，除CA膜要

求PH=8摆布以外，其他耐腐蚀PH=12,同样利用水泵循环操作或者浸泡0.5、1h,对去除有机杂质及油脂有效；

③氧化性清洗剂：利用1'3%H2O2,500、1000mg/LNaCI。等水溶液清洗超滤膜，既去除了污垢，又杀灭了细菌。

H2O2和NaCIO是目前常用的杀菌剂。

④加酶洗涤剂清洗：加酶洗涤如0.5%~1.5%胃蛋白酶、胰蛋白酶。对去除蛋白质、多糠、油脂污染物质有效。

超滤膜污染的主要成因

超滤膜的污染主要有三个方面：表面吸附、颗粒的阻塞、表面的附着；一个膜如果能够很好的克服这三个方面的污染，

那末这个膜通过简单的反洗就可.以达到理想的清洗效果，从而可以更好的实现应用于大规模的水处理工程。首先从克

服表面吸附入手，使用永久强亲水性的膜材料，很好的克服膜的表面吸附污染；其次膜的生产过程中经过严格的质量

检验，膜的孔径分布很窄，没有大孔缺陷，能很好的克服颗粒的阻塞；第三，表面的附着，在实际产水过程中定期加

入次氯酸钠杀菌，可用来杜绝膜的表面吸附着；克服了这三方面的污染问题，也就是保证了超滤膜组件大规模水处理

工程应用的可靠性。

影响超滤过程稳定运行的因素分析

(一)超滤透过通量

超滤在操作压力为0.1-0.6MPa、温度为60℃以下时，其透过通量应在100-500L/(m2・h)为宜，实际中比它要小得多，

普通为1-100L/(m2-h),当超滤透过浓差通量低于1L/(m2・h)时,过程缺乏经济效益,其原因是浓差极化在膜面上形

成的边界层(或者凝胶层)，使流体阻力增加，因此必须相应采取一些措施来解决。

1、料液流速

提高料液流速对防止浓差极化、提高设备处理能力有利。但增大压力使工艺过程耗能增加，结果导致费用增大。普通

湍流体系中流速为1-3m/s。

在螺旋式组件体系中，常在层流区操作，可在液流通道上设湍流促进材料•，或者采用振动的膜支撑物，在流道上产生

压力波等方法，以改善流动状态，控制浓差极化，从而保证超滤组件的正常运行。

2、操作压力

超滤膜透过通量与操作压力的关系决定于膜和边界层的性质。在实际超滤过程中往往后者控制着超滤透过通量。在用

渗透压模型时，腴透过通量与压力成正比，而用凝胶化模型时，膜透过通量与压力无关。此时的透过通量称为临界透

过通量。实际中超滤操作应在临界透过通量附近进行，此时操作压力约为0.5、0.6MPa,除了克服透过膜的阻力外，还

要克服通过膜表面的流体压力损失。

3、温度

操作温度主要决定与所处理料液的化学、物理性质和生物稳定性，应在膜设备和处理物质允许的最高温度下进行操作，

因为高温可以减少料液的黏度，从而增加传质效率，提高透过通量。温度与扩散系数的关系，可以月下式表示：

pD/T=常数

由上式可见，温度T愈高，黏度p变小，而扩散系数D则变大。例如，酶最高温度为25℃,电涂料为30℃,蛋白质

为55℃,制奶工业为50、55℃,纺织工业脱浆废水中回收PVA时为85℃。

4、操作时间

随着超滤过程的进行，浓度极化在膜表面上形成为了浓缩的凝胶层，使超滤透过通量下降。其透过通量随时间的衰减

情况，与膜组件的水力特性、料液的性质和膜的特性有关。当超滤运行一段时间后，就需要进行清洗，这段时间称

为一个运行周期，固然运行周期的变化还与清洗情况有关。

5、进料浓度

随着超滤过程的进行，料液(主体液流)的浓度在增高，此时黏度变小，边界层厚度扩大，这对超滤来说无论从技术

上还是经济上都是不利的，因此对超滤过程主体液流的浓度应有一个限制，既最高允许浓度。

6、料液的预处理

为了提高膜的透过通量，保证超滤膜的正常稳定运行，在超滤前需对料液进行预处理，虽然超滤的预处理过程不像反

渗透过程那末严格，但这种预处理也是保证实现超滤过程正常运行的关键，通常采用的预处理方法有：

(1)过滤；

(2)化学絮凝;

(3)PH调节；

4)消毒：

(5)活性炭吸附;

上述预处理方法可以根据料液的性质和需要进行选用。

此外，经超滤回收的水，在使用前还需进行再处理（称为后处理，如电子工业用水）如脱除C02、PH调节、过滤、

消毒等。

（二）膜的寿命

膜的寿台是根据生产厂提出的膜在正常使用条件下可以保证使用的最短期，普通在规定的料液和压力3在PH允

许的范围内，温度不超过60℃时，超滤膜可使用12~18个月。固然超过规定的条件时，会使膜的寿命缩短。

（三）膜的清洗和消毒

膜必须进行定期清洗，以保持一定的膜透过通量，并延长膜的寿命。清洗方法普通根据膜的性质和处理料液的性质来

确定。通常和反渗透相类似，即先以水力清洗，而后根据情况采用不同的化学洗涤剂进行清洗，例如对电涂材料可以

选用含离子的增溶剂，对水溶性有机涂料可以用“桥键”型溶剂。食品工业中蛋白质沉淀可以用肮酶溶剂或者磷酸盐、硅

酸盐为基础的碱性去垢剂。膜表面由无机盐形成的沉淀可用EDTA之类的螯合剂或者酸、碱加以溶解。对「不同的膜

组件，可以选用不同的清洗方法，如管式组件可以用海绵球进行机械清洗，中空纤维式组件可以用反向冲洗等。对于

食品工业用膜还需进行消毒处理（用NaCLO和H2O2等）。

超滤技术在水处埋中的应用

90年代初超滤技术曾经在矿泉水生产中得到广泛的应用，近年来超滤技术在反渗透制备纯水和超纯水系统中作预处理

及终端处理也逐渐被认可。但在水处理过程中超滤如何正常发挥作用仍然存在问题。

当超滤膜在使用时，由于其对水或者溶液中细菌、微生物、胶体、悬浮性固体及可溶性高份子化合物具有极高的截留

效果，沉积于膜表面形成污染，使膜的透过性能和截留性能恶化。此外细菌、微生物的附着，其代谢产物在膜表面

形成黏液。这些因素都将导致超滤膜性能降低。因此，必须根据超滤过滤的客观规律运行，使超滤处于最佳工作状

态。

膜材料的优选：超滤膜材料众多，国内可供选择的中空纤维（毛细管）型超滤膜，主要材料为聚硼（PSU）、聚丙烯

脖（PAN）、聚镰碉（PES）、聚偏氟乙烯等（PVDF）等。此外聚芳碉、聚酰胺等由于制备工艺与琪材料价格原因，

尚无生产。醋酸纤维素则因耐酸碱性能的限制较少使用。近年来有以拉伸致孔的聚内烯微孔滤膜中空纤维，因其创造

成本低廉，而在市场上充作中空纤维超滤膜使用，实际上其长形网状孔尺寸较超滤膜大厂2个数量级，长形孔的变形

使细菌、微生物泄漏率可达50%以上，对胶体及微粒截留效果较差。

聚飒以其独特的化学稳定性、较高的抗氧化性、较宽的PH值使用范围（PH1、13）、耐热性能好等因素而被首选。

但聚飒癌疏水性膜、透水性能低、对某些物质吸附性能强，在水处理应用中有一定局限性。聚丙烯情膜耐溶剂性、耐

热性、对日光及大气的稳定性，特殊是成膜性能良好、对制备孔径均一的超滤膜是极其有利的，轻度的极性于某些废

水的处理，在国外超滤膜领域中优先生产，占有较大的比例。我国近年来在纯水制备的大规模使用中已成功的应用。

膜的透水性能、截用性能均已达到较高的水平V

膜微结构的选择：膜断面结构有单皮层指状孔结构与双皮层针状孔结构两种。当较小物质穿过单皮层指状孔结构时，

即可从另一侧透出，不致引起微孔的阻塞。而双皮层针状孔结构如小份子能透过一侧皮层，进入膜孔内部时，有可能

被另i侧皮层截留而留存于膜内形成培孔。但双皮层针状孔结构有利于反冲洗。在选用双皮层针状孔结构超'滤膜时在

满足透水量的同时应选择切割份子应小于被截留溶质份了•约•个数量级。用作矿泉水与纯净水预处理时应选取双皮层

针状孔结构毛细管式超滤膜，切割份子量在「2万摆布，对细菌、微生物、胶体都有良好的分离性能，并且有利于反

冲洗。

组件结构的选择：当溶液中可被截留的溶质浓度较小时，组件结构有较大的选择余地，而溶质浓度较大时，带有隔网

的卷式膜组件易于在膜表面沉积而不宜采用。实际上，在水处理工程中最多采用内压型毛细管或者口空纤维超滤膜组件,

有利于提高管内流速而达到减少沉积阻塞现象。如若提高流速则阻力损失较大。于是宜选用较大直径毛细管膜，有利

于流速的提高。以日本旭化成公司聚丙烯睛毛细管膜为例，其内径为0.8、1.4mm,外径1.4'2.3mm,原水只需通过

40目筛网过滤即可，即机械杂质不大于毛细管内径即可通过。

选择适当直径的毛细管膜，达到必要的流速，有利于减少溶质在膜表面的沉积，这对于超滤膜的正常运行是必要的。

超滤膜设备装置的选择实践证明，超滤膜能截留大部份溶质，于是必须在错流状态下工作，即原水沿膜表面切向流动，

被截留溶质切向流过膜表面，形成浓缩液而排出，于是在正常操作情况下必须不断排放浓缩液。普通排放量约占原水

的10%,此种操作膜表面流速低于0.1m/s,特殊是透水量较高的膜，溶质更多的截留于膜表面，阻塞几乎是不可避免

的。为此必须增加浓缩液的排放量达原液的50%以上。为使原液的充分利用，超滤装置.应设循环系统，排放液可重新

回入原水容器内，少量废弃排放。增加循环泵的流量，适当加大浓缩液排放管道直径是必要的。

为有利于膜的再生，装置必须采用反冲洗系统，采用两组膜组合使用，交替反冲洗，利用超滤液直接反冲的方法，减

少膜的污染并有利于反冲洗压力的控制。例如工作10min,反冲洗0.5min,反冲液全部排放。如此操作控制排放量亦

仅在10%摆布。这种方法突破了膜污染后再冲洗的传统方式，能保证系统始终处在高通量状态下工作.此外，还应设

制快速等压冲洗系统，即关闭超滤液出口，全开浓缩液排放阀，在低压下泵以全流量通过膜表面实现快速冲洗，对恢

复膜的性能有较大的效果。

超滤装置频繁的反冲洗与等压冲洗，必须有自动控制系统予以保证，否则操作的一次失误会造成系统的损坏。

超滤装置由于超滤膜精密的微结构，精致的设计与装置，精细的操作，是保证超滤膜长期正常运行的必要条件。超滤

技术虽然在实际运行中已有不少实例，但是成功的经验尚缺乏总结。粗放式的使用与操作，已有损于超滤技术的进一

步推广，本文目的在

水处理技术一反渗透R0技术资料

目录

第一部份反渗透系统基本介绍

一.反渗透基本原理

1.1渗透与反渗透

1.1.1渗透现象

1.1.2反渗透

1.1.3渗透压

1.2反渗透膜的种类及其结构特点

1.2.1反渗透膜的性能

1.2.2反渗透膜的分类

1.3反渗透膜元件的构型及特点

1.3.1膜元件的构型

1.3.2涡卷式膜元件

1.3.3中空纤维型膜元件

二.反渗透系统的设计

2.1反渗透系统常用术语

2.2反渗透给水要求及预处理

2.2.1反渗透给水要求

2.2.2给水预处理

2.3反渗透本体系统

2.3.1反渗透系统组成

2.3.2反渗透系统的仪表设置

三.反渗透系统的安装及运行

3.1反渗透膜元件的安装

3.2反渗透装置的运行

3.2.1反渗透装置初次启动前的检查

3.2.2反渗透装置的运行

3.2.3反渗透运行数据的记录及处理

3.2.4反渗透装置运行维护注意事项

3.3反渗透系统的普通故障原因分析

四.反渗透膜的化学清洗与停用保护

4.1反渗透膜的化学清洗

4.1.1化学清洗的必要性

4.1.2化学清洗的条件

4.1.3反渗透膜元件常见的污染物

4.1.4反渗透系统的清洗步骤

4.2反渗透系统的停运保护

第二部份某厂反渗透预脱盐系统操作说明

一.反渗透系统工艺流程及设备规范

1.1反渗透预脱盐系统流程

1.2工艺说明

1.3仪表设置

1.4机务设备规范

二.操作步骤

2.1#1双介质过滤器

2.1.1投运步骤

2.1.2反洗步骤

2.2U活性炭过滤器

2.2.1投运步骤

2.2.2反洗步骤

2.3=1反渗透装置

2.3.1反渗透装置的启动

第一部份反渗透系统基本介绍

一.反渗透基本原理

1.1渗透与反渗透

1.1.1渗透现象(Osmosis)

当把两种不同浓度的溶液分别置于半透膜(只允许溶剂能过，而溶质不能透过的膜叫做半透膜)的两侧时，溶剂

自动地从低浓度的一侧流向高浓度的一侧，这种自然现象叫做渗透。渗透是自发进行的，无需外界的推动力。如果上

述过程中溶剂是纯水，溶质是盐份，当用半透膜将它们分隔开时，溶剂水也会自发地从低浓度的一侧流向高浓度的一

侧。此过程如图1(a)所示。

1.1.2反渗透(ReverseOsmosis)

当在浓溶液上外加压力(该压力大于渗透压)时，浓溶液中的溶剂就会通过半透膜流向稀溶液的一侧，这种现象

叫做反渗透，英文缩写为“R0”。该过程如图1(b)所示。

1.1.3渗透压(Osmosispressure)

在渗透过程中，溶剂不断地低浓度的一侧流向高浓度的一侧，高浓度一侧的液位不断上升，当上升到一定程度后，

溶剂通过膜的净流量等于零，此时该过程达到平衡，与该液高度对应的压力称为渗透压，此过程如图1(c)所示。一

般来说，渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度而与半透膜本身无关。通常可用下列公式计算渗透压：

TT=ACRT

开一渗透压，大气压；

△C一浓度压，摩尔/升；

R一气体常数，等于0.08206升2大气压/(摩尔2K)；

T—绝对温度，°Ko

渗

透

压

压

力

稀溶液浓溶液稀溶液浓溶液稀溶液浓溶液

半透膜半透膜半透膜

(a)(b)(c)

(a)----渗透(b)----反渗透(C)----渗透压

图1渗透及反渗透原理示意图

1.2反渗透膜的种类及其结构特点

1.2.1反渗透膜的性能

描述膜性能的主要指标有：产水量、透盐率、膜材料种类、膜允许使用的最高压力、温度范围、合用川值范围、

对有机溶剂等化学药品的反抗性以及水中游离氯或者氧化性物质的最高允许浓度等。其中产水量和脱盐率是两个最重

要的指标，现分述如下：

(1)产水量：

Q=K2(AP-ATT)2A/T

¥T

式中：

Q-产水量｛一与膜性能有关的系数

△P-膜两侧的压差△TT—渗透压

A-膜的面积T-膜的厚度

K,与膜的性能和水温有关，£越大，说明膜的透水性越好。

表通量：单位时间内单位施面积上的产水量，单位为加仑/平方英尺2天（GFD）或者升/平方米2分钟（L/m-h）。

(2)脱盐率：

q=1-K2AC2A/(Q2T)

式中：

q-脱盐率Q—进水盐浓度

K-与膜性能有关的系数△C-膜两侧盐浓度差

A-膜的面积T-膜的厚度

K与膜的性质、盐的种类以及水温有关,K越小，说明膜的脱盐性能越好。

相同面积和厚度的膜，其产水量与净驱动压力成正比，透盐率只与膜两侧浓度差成正比，而与压力无关。影响反

渗透膜产水量和透盐率的几个主要因素是温度、pH值和压力。

•温度的影响：进水温度越高，水通量增加，但同时脱盐率会下降。

•pH值的影响：膜的脱盐率和水通量都随pH值变化而变化。约在接近中性条件下时，膜的脱盐率最高。

•压力的影响：压力越高，产水量越大。腴盐率与运行压力无直接关系。

反渗透膜的其它性能指标：

序号性能要求

(1;耐压密性通水性能随时间衰减越小越好

(2)耐氧化性耐溶解氧、余氯等的氧化

(3)耐酸碱性适合于广泛的PU范围

(4;耐温性适合于较宽的温度范围

(5)耐细菌侵蚀性抗微生物能力强

(6;耐污染性能吸附污染物少、脱除容易

1.2.2反渗透膜的分类

反渗透膜的种类不少，分类方法也不少。但大体上可按膜材料的叱学组成和膜材料的物理结构来分类。

按膜材料的化学组成大致可分为：醋酸纤维素膜和芳香族聚酰胺膜（复合膜）O

（1）醋酸纤维素膜：

醋酸纤维素膜（CelluloseAcetate,简称CA）是一种羟基聚合物，它普通是用纤维素经脂化生成的三醋酸纤维，

再经过二次水解生成一、：、三醋酸纤维的混合物。这种膜的厚度约lOOum,具有非对称结构和较高的水透过性。

醋酸纤维素膜的性能与其乙酰基含量有着密切的关系。乙酰基含量愈高，则脱款性能愈好，但产水量愈小。为了

均衡脱盐性能和透水性能，普通选择乙酰基含量为37.5F0.陶的醋酸纤维。

醋酸纤维是一种脂类，会发生水解，水解的结果将降低乙酰基的含量，使膜的性能受到伤害，同时膜也更容易受

到生.物的侵袭。醋酸纤维素的水解与温度和PH值有关。温度越高，水解速度越快。在酸性和碱性条件下，水解速度都

较快。所以通常控制PH值范围在5~6之间。

（2）芳香族聚酰胺膜（复合膜）：有一层薄的脱盐表层和细孔众多的衬底，具有不对称结构。这种膜的最大优点

是抗压实性较高、透水率较大和盐透过性较小。复合膜的化学稳定性好，醋酸纤维素膜相比，其性能上的差异主要有：

①复合膜的化学稳定性好，醋酸纤维素膜不可避免地会发生水解。例如醋酸纤维素膜连续运行允许PH范围为

5%，清洗时允许的PH范围为3~7,PH5.7时水解速度最慢，这就导致预处理加酸量大，清洗时可选用的药品范围窄，

不易获得满意的清洗效果，而更合膜连续运行允许的PH范围为310,清洗时允许的PH范围为211。

②复合膜的生物稳定性好，不易受微生物侵袭，而醋酸纤维素膜则易受微生物侵袭。

③复合膜的传输性能好，即K、大而号小。

④复合膜在运行中不易被压实：因此产水量不随使用时间的增长而有明显的改变，而醋酸纤维膜在运行中会被

压紧，于是产水量不断下降。

⑤复合膜由于K大，其工作压力低，反渗透给水泵用电量与醋酸纤维膜相比几乎减少一半。

⑥醋酸纤维素膜”的寿命普通较短，而复合膜则相对较长。

⑦复合膜的缺点是抗氯及其它氧化性物质较差，且价格较贵。

按膜材料的物理结构大致可分为：

①均态膜：厚度均一，致密层厚，透水量小。

②非对称膜：厚度不均一，致密层薄，透水量大，强度好。复合膜属于非对称膜。

按膜元件的构型可分为：平板膜、管式膜、卷式膜和中空纤维式膜。下节从膜元件的构型方面来谈谈工业用膜元

件的构造及特点。

1.3反渗透膜元件的构型及特点

1.3.1膜元件的构型

目前反渗透膜元件的构型主要有四种：平板式、管式、涡卷式和中空纤维式，但常用于水处理中的是涡卷式和中

空纤维式两种。四种构型的膜元件各有其优缺点，它们之间各个方面的差异如下：

系统投资费用：管式、平板式》中空纤维式、涡卷式

设计灵便性：涡卷式》中空纤维式＞平板式＞管式

清洗方便性：平板式〉管式〉涡卷式〉中空纤维式

系统占地面积：管式〉平板式》涡卷式＞中空纤维式

污堵的可能性：中空纤维式＞涡卷式＞平板式,管式

耗能：管式,平板式,中空纤维式,涡卷式

下面就两种最常见的膜元件一一涡卷式和中空纤维式膜元件的构型作简要介绍。

1.3.2羯卷式膜元件

涡卷式膜元件是一张平的半透膜按固定尺寸切割对开折叠，中叵夹入一层织物支撑材料，然后将平腴折叠好，两

边用胶水粘住，形成一个口袋，挨次在每一个口袋下面铺上一层隔网。口袋的开口端贴在中心多孔管上，沿着中心管

卷绕挨次迭好的多层口袋与隔网，将卷好的膜刷上环氧玻璃钢，经在防腐剂中浸过，上端装上挡板和浓水密封支撑,

即成完整的膜元件，将该膜元件逐个在试验台上按给定条件进行产水量、脱盐率试验。

给水是通过隔网沿膜表面流动，在压力作用下透过膜经织物支撑层螺旋形地流向中心管形成出水。将几个卷式膜

元件装入圆筒形的压力容器内，两个膜元件之间用连接件连接，即形成一个反渗透器。目前直径8英寸的压力容器可

装最多6个40英寸长的膜元件。由此种膜元件组装成的反渗透器在电厂锅炉补给水处理系统中应用日益广泛。

涡卷型装置填充密度大，膜元件保持了反渗透膜的原始形，因此具有良好的渗透性能(脱盐率高及透水量大)；涡

卷型由于它的涡卷结构，比其他型式易于操作。

1.3.3中空纤维型膜元件

由外径84~90微米，内径42~50微米的芳香聚酰胺膜组成U型(90~100万根中空纤维管状膜捆扎在一起)管束，

也可采用三醋酸纤维膜，以特殊环氧树脂将开口端粘结成管板，放入承压容器内。纤维管与环氧块就象一个小型热交

换器的管板和管子一样。高压给水在中空纤维外侧流动；透过液在纤维管内流向管板，通过压力容器端部的管道采集

于压力容器中。中空纤维管本身可承受70公斤/厘米2的运行压力。

中空纤维型反渗透组件具有最大的填充密度，产水率高(单位体积制水量可为涡卷型的广3倍)。由于中空纤维具

有自支撑能力，容器内不需要支撑材料，这就使装者更为紧谈，这种型式对讲水有较高的预处理耍求(SDIW3)：膜的

制作相对照较艰难，价格较高，在电厂苦咸水处理中应用较少。

二.反渗透系统的设计

2.1反渗透系统常用术语

(1)淡水：又称渗透水、产品水，是反渗透系统的净化水。

(2)供水：又称给水，是进入反渗透膜系统的供给水源。

(3)浓水：又称盐水，是反渗透系统的浓缩废液。

(4)半透膜：允许溶液中溶剂透过而溶质却不能透过的膜。

(5)产水量：膜元件、膜组件系列或者系统每小时生产淡水的能力。

(6)膜元件：组成反渗透膜组件的单个反渗透膜滤元。

(7)膜组件：含有一个或者多个反渗透膜元件的压力容器。

(8)段：膜组件的浓水流经下一蛆膜组件处理，流经几组膜组件即称为几段。

(9)级：膜组件的产品水再经下一组膜组件处理，产品水经几次膜组件处理即称为几级。

(10)水通量：单位时间内透过膜元件(组件)单位膜表面的水量。

(11)回收率：淡水与供水之比，以百分比表示。

回收率(％)=-----3100%

供水量

(12)脱盐率：反渗透装置或者膜元件对盐分(或者特定物质)的脱除能力.

脱盐率(％)=进水物质含量一产水物质含量3100%

进水物质含量

（13）浓差极化：反渗透装置在运行过程中，淡水透过后，膜界面层浓缩水中含盐量和进水之间往往会产生浓度

差，严重时会形成很高的浓度梯度的现象，称为浓差极化。

（14）污染指数（SDI）：在一定压力和标准间隔时间内，一定体积的水样通过微孔滤膜（0.45um）的阻塞率。污

染指数的测试方案见附件一。

2.2反渗透给水要求及预处理

2.2.1反渗透给水要求

污染反渗透膜元件的主要物质有：难溶盐、金属氧化物、微粒、胶体、细菌、氧化性物质、有机物、胶体硅等等。

为减小反渗透膜元件的污染，延长膜的清洗周期和使用寿命，对反渗透系统的进水水质有一定的要求。普通来说，对

于涡卷式复合膜，对反渗透系统进水有以下要求：

项目建议值最大值

SDI15值<45

浊度（FTU）<0.21

含铁量（mg/L）<0.050.1

游离氯（mg/L）00.1

水温（C）2540

水压(MPa)1.0-1.64.1

pH值5~93~10

其它指标也要符合膜生产厂家的设计要求。

2.2.2给水预处埋

①颗科物质

不允许大于5uni的颗粒物质进入高压泵及反渗透器，以免损坏设备。普通高压泵前安装5um微保安过滤器。在微

过滤器先后安装压力表，当压差超过一定数值后，更换滤芯。通常情况下更换周期为「3个月，若使用时间小于1个

月，则需改善预处理系统。

②SDI和浊度

对于不同的原水水源，由于选用的膜通量不同，要求的SDI值也不一样，普通要求SDI小于5,尽量越小越好，

浊度应小于0.2NTU（最大允许浊度为1NTU）。当SDI值和浊度较大时，普通在预处理中加多介质过滤器。

③细菌

由干细菌会以殖酸纤维为食物，因此酹酸纤维膜易受细菌侵袭，对原水必须彻底杀菌。对于复合膜，虽然其不受

细菌侵袭但细菌粘膜会造成膜的污堵。普通可采取加氯杀菌。

产生杀菌作用的，不是氯本身，也不是它所生产的CL0-的作用，而是HC10份子（中性份子）。对于氯气的杀菌机

理有不同说法，但比较合理的解释是它所生产的HC1O产性份子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿过细菌的细胞膜

进入细菌内部，HC1O份子进入细菌后由于CL原子的氧化作用破坏了细菌的某种酶的系统。而CL0-虽然也包括一个氯

原子，但它带负电，不能挨近带负电的细菌，所以不能穿过细菌的细胞膜进入细菌内部，因此很难起杀菌作用。这种

说法还可以说明水温低和PH值低时杀图效果比较好的现象。

④除氯

醋酸纤维膜要求给水中含有残存氯，以防细菌滋生，而氯含量过高又会破坏膜。最大允许连续余氯的含量为1毫

克/升。

复合膜抗氯性差，普通不允许有余氯。采取加氯杀菌后，须加亚硫酸钠或者经活性炭过滤消除余氯。使用亚硫酸

钠除余氯的反应如下：

NaSO+HC10fHCl+NaSO

使用活性炭过源消除荼氯的反应如下：

C+2C1+HO-4HC1+CO

222

⑤含铁量

当反渗透给水在进行氯化及脱氯过程中，或者是水中溶解氧含量高于5mg/l时水中的Fez.会转化为生成Fe?.的不

溶解的胶体物质，对反渗透膜造成污染，

即使是反渗透给水SDI值小于5,铁的含量小于0.1mg/1仍可能发生铁的污染问题，这主要是由于浓差极化原因

造成的。降低反渗透给水中铁的含量可以采用曝气一锦砂过滤的方法来完成。

⑥有机物

水中的有机物对反渗透膜的影响最为及杂，有些有机物的影响不大，而另一些则可能造成膜的有机物污染，普通来

说，当水中TOC含量超过3mg/l时，即应考虑进行去除。对于地表水应尽量在凝结澄清过程中去除有机物，还可采用

活性炭过滤进一步降低有机物含量。

⑦S10

浓永不允许析出SiO,当SiO过饱和则可能聚合而形成不溶解硅胶而引起结垢。

纯水25C时，无定弦硅的溶减度约为100mg/l(以SiO计)。溶解度随温度呈直线变化，在0℃为Omg/L到40C

时增加到160mg/L在中性条件下，溶解的只是硅酸；在碱性溶液中，无定形硅的溶解度较中性溶液大，主:要原因是由

于硅酸电离。但右.铝浮现时，溶解度可能降低不少，原因可能是由于硅酸铝的溶解度极小的缘故。

防止形成硅垢的方法如下：

(A)控制系统回收率。

(B)采取石灰软化，普通可降低给水中50%的SiO2或者在澄清器中多加氯化铁和铝酸钠。

(C)温度控制。因为无定形SiO2的溶解度取决于温度，提高水的温度可以防止SiO?结垢，也可以将提高温度

与降低徊收率结合使用。

⑧防垢

必须防止CaCC3\、CaSO4”、SrSO4.BaSO4”和CaFa押。

膜结垢是由于给水中的微溶盐在给水转变为浓水时超过了溶度积而沉淀到膜上的。在苦咸水中，CaCC^和CaSO4

通常都需要处理，其他盐类SrSO4>Bas。4和CaF?也需要根据计算来确定在浓水中是否会超过溶解度极限。如果微溶

盐超过了溶解极限，需要采取以卜.一种或者几种方法：

(A)降低系统回收率，避免超过溶度积。

(B)采用离子交换软化除去钙离子等。

(C)加酸去除碳酸或者重碳酸艰离子。

(D)加阻垢剂。

下表为常见的预处理方法:

氧有

预处理CaCOCaSQBasqSrSQCaFSOSDIFeAl细菌化机

422

剂物

加酸法★☆

水垢抑制剂☆★★★★☆

以IX软#★★★★★

以IX脱软☆☆☆☆☆

石灰软件法☆☆☆☆☆☆☆☆☆

拓防忤清洗☆☆☆☆☆☆

操作参数调整☆☆☆☆★

滤媒过滤☆☆☆☆

氧化过滤☆★

线上过渡☆☆☆☆

微/超过滤★★☆☆☆★

弹筒型过滤☆☆☆☆☆

氯化★

脱氯★

预防性杀菌☆

GAC过滤☆★★

☆可能★非常有效

2.3反渗透本体系统

2.3.1反渗透系统组成

典型的反渗透系统包括以下几个单元：保安过滤器、高压泵、R0本体装置(反渗透器)、清洗和冲洗系统。

渗i乔汕

预处理来水

保安过滤器高压泵

图（2）涡卷式反渗透膜系统

对于容量较大的反渗透系统，普通均选用涡卷式反渗透膜系统，图（2）为典型的涡卷型反渗透摸系统工艺流程，

采用一级两段罗列。预处理系统来水先进入保安过滤器，再经过高压泵升压后进入反渗透装置。反渗透装置为一级两

段罗列，高压水首先进入第一段反渗透膜组件，第一段膜组件出来的浓缩液进入第二段膜组件进行再处理，两段膜组

件的渗透液汇集在一起进入下一级系统，

大型反渗透装置，压力容器组件应单独布置在滑架上，压力容器布置的最高高度应便于装卸膜元件。反渗透装置

的管路、阀门、仪表的布置应便于操作和调节。

2.3.2反渗透系统的仪表设置

为了使反渗透系统能够安全可靠地运行，便于运行过程中的监督，应装设必要的仪表和控制设备。普通需要装设

的表计有温度表、压力表、流量表、PH表、导电度表、余氯表、氧化还原电位表等，装设的地点及其作用分述如下：

①温度计

给水温度计，测量反渗透系统进水温度。因产水量与温度有关，所以需要监测以便求出“标准化”后的产水量。

此外，温度超过40C会损坏膜元件，所以有对原水加热的系统应设超限报警，超温水自动排放和停运R0系统。

清洗水温度计，用于控制清洗溶液的温度。

②压力表

保安过滤器进出口需装压力表，当玉降值达到1kg/cm2时就需即将更换滤芯。高压泵进口装有彳氏压报警开关，出口

装有压力表及高压报警开关。反渗透装置一段进水、二段进水、浓水及产品水压力表，用于计算每一段的压降（也可

装设差压表）。

③流量表

产品水和浓水流量表。运行中监督产品水和浓水流量，用于控制反渗透系统出力并用于调整反渗透系统的回收率。

给水流量表，主要用于反渗透系统加药量的自动调节，除指示累计外还要给出信号用于比例调节给水加药量的人小。

④导电度表

设有给水、产水导电度表，可设高限报警，可根据给水及产品水电导率计算出反渗透系统的脱盐率。

⑤pH表

当给水需加酸防CaCC）3垢时，加酸后的给水需装设pH表。当使用醋酸纤维素膜时，不仅为防垢，而且更重要的

是维持最佳pH值。pH表的功能除指示、记录、超限报警外，还可自动控制不合格给水排放，并停运R0系统，同时

与流量表配合对加酸量进行比例调节。

⑥余氯表

使用醋酸纤维元件，反渗透系统给水必须含有0.1~0.5mg/l残存氯。最大允许含氯量为1.0mg/；对系统进行加氯

杀菌时，需控制好加氯量，.此时给水必须装设余氯表，有指示、记录、超限报警等功能。

⑦液位开关

药液箱设低液位开关一一低液位报警及停加药计量泵。

三、渗透系统的安装及运行

3.1反渗透膜元件的安装

⑴先用水冲洗系统管道及压力容器内壁，然后用棉纱将压力容器内壁擦拭干净，最后再用水冲洗，以除去所有焊

渣、尘土和颗粒，保证系统管道及压力容器干净无脏物；

(2)把第一根膜元件（有浓水密封端朝外）推入压力容器的进水端，端部留1/3膜元件长度在容器外，以便连接下一

根膜元件（膜元件由上游向下游方向安装）。

(3)用"审润滑剂（如甘油）润滑膜元件的浓水密封环和连接件的0型圈：

(4)将连接件连上前一根膜元件。

(5)把欲装入的膜元件与前一根对齐，并把它组装到已与前一根膜元件连接好的连接件上，再把已连接好的膜元件

推入压力容器，直到留1/3膜元件长度在容器外为止。

(6)重复(3)~(5)步骤，直至装入此根压力容器上最后一根膜元件。

(7)在水流方向的下游侧装上推力环，并将下游端板安装在压力容器上；

(8)用力推入最后一根膜元件，使第一根膜元件与下游端板密切连接；

(9)将上游端板安装在压力容器上；

(10)重复(2)~(9)步骤，直至最后一根压力容器安装完毕。

(11)用7K冲洗已装入压力容器内的膜元件。

3.2反渗透装置的运行

3.2.1反渗透装置初次启动前的检查

在反渗透装置初次启动之前，原水的预处理系统必须已经过调试和试运行，出水质量能够满足反渗透装置进水

要求，经二级过滤后水的浊度成〈0.2NTU和SDI<4.0o

对给水加药系统核查：

(A)所有管道和装置必须都是由防腐材料制作的且已冲洗干净。

(B)所加入的化学药品之间要相兼容，且对反渗透膜元件没有负作用。

(C)保证药品能与给水充分混合。

对反渗透系统的检查：

/A\

\|7检查保安过渡器确实能起到保护高压泵和反渗透膜元件的作用。

B\

7|检查压力表、流量表、导电度表等安装正确且已校准。

/c\

\ZJ检查能够取出各段给水、各段产品水及总浓水、总产品水有代表性的水样。

D

核对联锁、报警是否经过正确的整定。

/E\

\7核对产品水管线确实已打开。保证浓水流量控制阀处于开启位置，可能需要人工整定开度。

/F\

\/运行中监督化验所用的各种药剂、试剂、分析仪器已配备齐全。

3.2.2反渗透装置的运行

(A)低压冲洗将系统内的空气徘出o

(B)启动高压泵，随后开启高压泵出口电动慢开门，运行反渗透系统。

(C)调节进水及浓水调节阀，使流量及回收率满足设计要求。

(D)在反渗透系统停运后，用淡水低压冲洗15~20分钟，将浓水从压力容器中黜。

3.2.3反渗透运行数据的记录及处理

3.2.3.1运行数据的记录

运行数据可以说明反渗透系统的性能。在整个运行期间都要进行n常采集，这些数据与定期的水分析一起为评

价反渗透装置的性能提供资料。需要记录的主要数据如下：

一一流量(各段产品水和浓水流量)

——压力(保安过滤器先后压力、高压泵出口、各段给水、浓水压力)

-温度(给水)

PH值(给水)

——导电度/TDS(总给水，总产品水)

SDI(给水)

——运行小时数

一偶然事件(SDI、pH和压力失常、不正常停运等)

一一所有仪表的校准(必须按照创造商的建议方法周期进行校准)

流量、压力、温度、pH、导电度，建议每班记录一次；SDI对地表水每班测量一次，对地下水可每周测量一次。

此外，对于加药计量泵，应时常进行校准。

3.2.3.2数据处理

反渗透系统的性能是受给水组份、给水压力、温度和回收率的影响。例于当给水温度下降4℃将会使产品水流量

卜降10%,但是这却是一种正常现象。为了把这种正常现象同反渗透系统性能的真正改变区分开来，就需要对产水流

量和盐透过率进行标准化处理。也就是说在考虑运行参数的情况下，把产品水流量和盐透过率与一个给定的参考性能

相比较，这个参考性能可能是设计指标或者是测量得到的系统刚投运时的性能指标。

以设计的(或者保证的)系统性能作参比来进行标准化时，可以用该标准化来证实设备达到了指定(或者保证

的)性能。

以系统投运时的性能作参比来进行标准化时，可以用该