RO膜

RO是英文Reverse Osmosis membrane的縮寫(xiě)，中文意思是逆滲透。一般水的流動(dòng)方式是由低濃度流向高濃度，水一旦加壓之后，將由高濃度流向低濃度，亦即所謂逆滲透原理：由于RO膜的孔徑是頭發(fā)絲的一百萬(wàn)分之五（0.0001微米），一般肉眼無(wú)法看到，細菌、病毒是它的5000倍，因此，只有水分子及部分有益人體的礦物離子能夠通過(guò)，其它雜質(zhì)及重金屬均由廢水管排出。所有海水淡化的過(guò)程，以及太空人廢水回收處理均采用此方法，因此RO膜又稱(chēng)體外的高科技“人工腎臟”。

反滲透

反滲透是60年代發(fā)展起來(lái)的一項新的膜分離技術(shù)，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過(guò)程。反滲透的英文全名是“REVERSE OSMOSIS”，縮寫(xiě)為“RO”。

反滲透膜結構示意圖

RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)是利用滲透壓力差為動(dòng)力的膜分離過(guò)濾技術(shù)，源于美國二十世紀六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉化為民用，目前已廣泛運用于科研、醫藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。

RO反滲透膜孔徑小至納米級（1納米=10*-9米），在一定的壓力下，水分子可以通過(guò)RO膜，而源水中的無(wú)機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質(zhì)無(wú)法通過(guò)RO膜，從而使可以透過(guò)的純水和無(wú)法透過(guò)的濃縮水嚴格區分開(kāi)來(lái)。

一般性的自來(lái)水經(jīng)過(guò)RO膜過(guò)濾后的純水電導率5μs/cm（RO膜過(guò)濾后出水電導=進(jìn)水電導×除鹽率，一般進(jìn)口反滲透膜脫鹽率都能達到99%以上，5年內運行能保證97%以上。對出水電導要求比較高的，可以采用2級反滲透，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理，水電導能小于1μs/cm）, 符合國家實(shí)驗室三級用水標準。再經(jīng)過(guò)原子級離子交換柱循環(huán)過(guò)濾，出水電阻率可以達到18.2M .cm，超過(guò)國家實(shí)驗室一級用水標準（GB 6682—92）。

發(fā)展背景

1950年美國科學(xué)家DR.S.Sourirajan有一回無(wú)意發(fā)現海鷗在海上飛行時(shí)從海面啜起一大口海水，隔了幾秒后，吐出一小口的海水，而產(chǎn)生疑問(wèn)，因為陸地上由肺呼吸的動(dòng)物是絕對無(wú)法飲用高鹽份的海水的。經(jīng)過(guò)解剖發(fā)現海鷗體內有一層薄膜，該薄膜非常精密，海水經(jīng)由海鷗吸入體內后加壓，再經(jīng)由壓力作用將水分子貫穿滲透過(guò)薄膜轉化為淡水，而含有雜質(zhì)及高濃縮鹽份的海水則吐出嘴外，此即往后反滲透法的基本理論架構，并在1953年由University of Florida應用于海水淡化去除鹽份設備，在1960年經(jīng)美國聯(lián)邦政府專(zhuān)案支助美國U.C.L.A大學(xué)醫學(xué)院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士著(zhù)手研究反滲透膜，一年約投入四億美元經(jīng)費研究，以運用于太空人使用，使太空船不用運載大量的飲用水升空，直到1960年投入研究工作的學(xué)者、專(zhuān)家越來(lái)越多，使之質(zhì)與量更加精進(jìn)，從而解決了人類(lèi)飲用水中的難題。

工作原理

要了解反滲透，首先要了解“滲透”的概念。

滲透是一種物理現象。當兩種含有不同鹽類(lèi)的水，如用一張半滲透性的薄膜分開(kāi)就會(huì )發(fā)現，含鹽量少的一邊的水分會(huì )透過(guò)膜滲到含鹽量高的水中，而所含的鹽分并不滲透，這樣，逐漸把兩邊的含鹽濃度融合到均等為止，這一過(guò)程稱(chēng)為滲透。然而，要完成這一過(guò)程需要很長(cháng)時(shí)間。但如果在含鹽量高的水側，試加一個(gè)壓力，其結果也可以使上述滲透停止，這時(shí)的壓力稱(chēng)為滲透壓力。如果壓力再加大，可以使方向相反方向滲透，而鹽分剩下。因此，反滲透除鹽原理，就是在有鹽分的水中（如原水），施以比自然滲透壓力更大的壓力，使滲透向相反方向進(jìn)行，把原水中的水分子壓力到膜的另一邊，變成潔凈的水，從而達到除去水中雜質(zhì)、鹽分的目的。

RO膜原理圖

反滲透又稱(chēng)逆滲透，一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對膜一側的料液施加壓力，當壓力超過(guò)它的滲透壓時(shí)，溶劑會(huì )逆著(zhù)自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側得到透過(guò)的溶劑，即滲透液；高壓側得到濃縮的溶液，即濃縮液。若用反滲透處理海水，在膜的低壓側得到淡水，在高壓側得到鹵水。

反滲透時(shí)，溶劑的滲透速率即液流能量N為：N=Kh(Δp－Δπ) （式中Kh為水力滲透系數，隨溫度升高稍有增大；Δp為膜兩側的靜壓差；Δπ為膜兩側溶液的滲透壓差）。稀溶液的滲透壓π為：π=iCRT（式中i為溶質(zhì)分子電離生成的離子數；C為溶質(zhì)的摩爾濃度；R為摩爾氣體常數；T為絕對溫度。）

反滲透通常使用非對稱(chēng)膜和復合膜，所用的設備主要是中空纖維式或卷式的膜分離設備。反滲透膜能截留水中的各種無(wú)機離子、膠體物質(zhì)和大分子溶質(zhì)，從而取得凈制的水。也可用于大分子有機物溶液的預濃縮。由于反滲透過(guò)程簡(jiǎn)單，能耗低，近20年來(lái)得到迅速發(fā)展?，F已大規模應用于海水和苦咸水（見(jiàn)鹵水）淡化、鍋爐用水軟化和廢水處理，并與離子交換結合制取高純水，目前其應用范圍正在擴大，已開(kāi)始用于乳品、果汁的濃縮以及生化和生物制劑的分離和濃縮方面。

經(jīng)典模型

反滲透機理模型有幾個(gè)經(jīng)典模型

（1）先吸附毛細孔模型：弱點(diǎn)干態(tài)電鏡下，沒(méi)發(fā)現孔。濕態(tài)膜標本不是電鏡的樣品。由Sourirajan提出。

（2）溶解擴散模型：不認為有孔。

（3）干閉濕開(kāi)模型：上個(gè)世紀80，90年代，鄧宇等提出的，能夠解釋1和2模型的統一的現代最貼切的逆滲透機理模型。既“干閉濕開(kāi)”反滲透模型，統一了兩個(gè)最經(jīng)典的反滲透機制模型，細孔模型，溶解擴散模型。即

膜干時(shí)，膜收縮致密，孔隙閉合，電鏡下看不到；

膜濕時(shí)，膜材料溶脹，膜的孔隙被溶劑溶脹，孔打開(kāi)。合并就是“干閉濕開(kāi)”脫鹽模型。

參考資料：海水淡化技術(shù)：非加壓吸附滲透海水淡化法。上個(gè)世紀90年代鄧宇的發(fā)明，《美國化學(xué)文摘》收錄。

RO膜的孔徑是頭發(fā)絲的一百萬(wàn)分之五（0.0001微米），也就是1×10^-10m，而水分子的直徑是4×10^10m ，試問(wèn)水分子如何透過(guò)？

RO （干）膜的孔徑=1×10m，應該是“干膜”的孔徑。膜分子結構是有彈性的，當“干RO膜”被水溶脹后，其“濕膜”的孔徑>≥1×10m，達到水分子的4×10m是容易的，況且水分子也不是死硬的，是柔性的，正好似“柔情似水”。

RO膜內部結構剖析

污染的分析與判斷

為了提高清洗效果，清洗前需要對膜污染的狀況進(jìn)行分析，確定污染物的種類(lèi)，根據反滲透膜污染、結垢的具體情況，選擇有針對性的清洗劑進(jìn)行清洗。
　　
　　1.1分析途徑
　　
　　(1)分析系統運行數據。
　　
　　(2)分析給水中潛在的污染、結垢成分。
　　
　　(3)分析SDI儀的膜過(guò)濾器收集的污染物。
　　
　　(4)分析濾芯過(guò)濾器的污染物。
　　
　　(5)檢查管道內表面和膜元件兩端的狀況。
　　
　　(6)必要時(shí)剖開(kāi)膜元件進(jìn)行分析,查找污染、結垢成分。
　　
　　1.2分析方法
　　
　　RO膜污染嚴重時(shí)，可通過(guò)染色試驗、顯微鏡分析、傅立葉變換紅外線(xiàn)光譜(FTIR)分析、掃描電子顯微鏡(SEM)分析、能源頻射X光線(xiàn)(EDX)分析等查找原因判斷故障位置。實(shí)際應用中常采用以下簡(jiǎn)便易行的分析方法。
　　
　　(1)目測
　　
　　在確定系統已經(jīng)發(fā)生污染，需要實(shí)施化學(xué)清洗時(shí)，最好先打開(kāi)壓力容器端板，直接觀(guān)察污染物在壓力容器端板與膜元件之間的間隙內累積的情況。一般根據直接觀(guān)察即可基本確定污染物的類(lèi)型，從而確定相應的清洗方案。
　　
　?、偾岸挝廴居^(guān)察
　　
　　預處理濾料(石英砂、活性炭)泄漏、膠體污染、有機物污染和生物污染時(shí)，前端最嚴重，可以從前端膜元件入口觀(guān)察到顆粒物及粘液狀污染；發(fā)生生物污染時(shí)會(huì )發(fā)現腥臭味粘液物質(zhì)，灼燒刮取的生物粘泥(粘膜)，會(huì )有蛋白質(zhì)的焦臭氣味。
　　
　?、谀┒宋廴居^(guān)察
　　
　　無(wú)機鹽結垢在系統末端最為嚴重,在末端膜元件端頭處可以摸到粗糙的粉狀物。用鹽酸(pH3~4)溶解時(shí)有氣體冒出，說(shuō)明沉淀物極可能是CaCO3。硫酸鹽垢、硅垢在pH很低時(shí)也很難溶解。如果垢在0.1mol/LHF溶液中是可溶的，則可能是硅垢。

用途

RO膜，是Reverse Osmosis membrane 的縮寫(xiě)，中文意思是:逆滲透或者反滲透，滲透是水的一種物理現象。由于水存在濃度的差異，而水的滲透方式是由低濃度流向高濃度，反滲透，顧名思義即水一旦加壓之后，將由高濃度流向低濃度，亦即所謂逆滲透原理。

逆滲透凈水機就是在高濃度水的一邊加壓，使水份從高濃度穿過(guò)RO膜迫往低濃度的一邊，從而達到把水凈化的目的。由于RO膜的孔徑是頭發(fā)絲的一百萬(wàn)分之五( 0.0001 微米) , 一般肉眼無(wú)法看到，細菌、病毒是它的5000倍，因此，只有水分子及部分有益人體的礦物離子能夠通過(guò)，其它雜質(zhì)及重金屬均由廢水管排出，所有海水淡化的過(guò)程，以及太空人廢水回收處理均采用此方法，因此 RO 膜又稱(chēng)體外的高科技人工腎臟。

RO膜民用方面最多是用于純水機方面，作為純水機凈化的過(guò)濾裝置之一，在自來(lái)水到凈水的過(guò)濾中起了最核心的作用。RO膜能夠有效的去除水中鈣、鎂、細菌、有機物、無(wú)機物、金屬離子和放射性物質(zhì)等，經(jīng)過(guò)該裝置凈化出的水晶瑩清澈、甜美甘醇。該裝置適用于家庭和賓館、酒店、醫院等企事業(yè)單位飲用凈水使用。

清洗方案

清洗RO膜元件的一般步驟：

一、用泵將干凈、無(wú)游離氯的反滲透產(chǎn)品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。

二、用干凈的產(chǎn)品水在清洗箱中配制清洗液（不同的膜需不同的清洗液）。

三、將清洗液在壓力容器中循環(huán)1小時(shí)或預先設定的時(shí)間。

四、清洗完成以后，排凈清洗箱并進(jìn)行沖洗，然后向清洗箱中充滿(mǎn)干凈的產(chǎn)品水以備下一步?jīng)_洗。

五、用泵將干凈、無(wú)游離氯的產(chǎn)品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。

六、在沖洗反滲透系統后，在產(chǎn)品水排放閥打開(kāi)狀態(tài)下運行反滲透系統，直到產(chǎn)品水清潔、無(wú)泡沫或無(wú)清洗劑(通常15~30分鐘)。

膜元件的儲存

反滲透純凈水設備膜元件在裝入壓力容器前，不要打開(kāi)密封包裝，在陰涼干燥處存放，避免陽(yáng)光直射。

不可受凍結冰。[1]

膜元件的安裝

ge純水機在安裝膜元件前，應保證系統已經(jīng)完成清潔工作。

膜元件在裝入系統時(shí)，要適當潤滑O型圈和濃水密封圈，可使用硅基膠或50%甘油水溶液，禁止使

用油、油脂、凡士林或石油類(lèi)化合物。

在將膜元件逐一裝入壓力容器時(shí)，在壓力容器端板處通過(guò)加入墊圈的方法消除間隙，以防止在系統

啟動(dòng)和停機時(shí)膜元件在壓力容器中躥動(dòng)，同時(shí)可降低膜元件外連接處滲漏的可能性。

新膜清洗

新系統在安裝膜元件后要進(jìn)行徹底沖洗，將系統中殘留的雜質(zhì)、溶劑和保護液完全清洗干凈。

產(chǎn)水用于飲用時(shí)，需至少沖洗24小時(shí)。

系統的啟動(dòng)與運行

在系統啟動(dòng)之前，濃水閥門(mén)應保持完全開(kāi)啟。系統啟動(dòng)后可逐漸緩慢關(guān)閉濃水閥門(mén)，使系統達到設定的回收率。濃水閥關(guān)閉時(shí)嚴禁啟動(dòng)設備。

在系統運行期間，任何時(shí)候(包括系統的預啟動(dòng)、常規操作、沖洗及化學(xué)清洗)都不可關(guān)閉產(chǎn)水管路上的閥門(mén)。

在高壓運行之前，通過(guò)軟啟動(dòng)機構或變頻調速進(jìn)行低壓沖洗以排出空氣。

特別注意

保證給水濁度<1.0 NTU或SDI15<5，給水溫度<45℃，進(jìn)水中不含可能對膜造成物理及化學(xué)損傷的有害物質(zhì)。

任何時(shí)候膜元件進(jìn)水中的余氯含量不得超過(guò)0.05mg/L，否則將會(huì )導致膜元件不可恢復的氧化損壞。

維護保養

在正常運行一段時(shí)間后，膜元件會(huì )受到給水中可能存在的懸浮物或難溶物的污染。在標準條件下系統性能下降10%，或顯然發(fā)生結垢或污堵時(shí)，應及時(shí)進(jìn)行清洗。定期地進(jìn)行水沖洗和化學(xué)加藥清洗可恢復膜元件的性能，延長(cháng)膜元件的使用壽命。

系統在短期停止運行期間，應每隔5天沖洗系統，沖洗后關(guān)閉閥門(mén)。

系統長(cháng)期停運(30天以上)，添加1%亞硫酸氫鈉溶液，以防止細菌繁殖。