基本介紹
- 中文名：中空纖維反滲透膜
- 外文名：hollow fiber reverse osmosis film
- 定義：外形像纖維狀、中空
- 性質：具有反滲透作用的分離材料
發展歷史,工作原理,分類,優點,技術概要,性能參數,表現,注意事項,清洗箱容積的確定及清洗液的用量計算,膜清洗過程,
發展歷史
上世紀六十年代，美國為解決宇航人員在太空以及月球的飲水問題，花費了約5億美元才研究出來的。所以，純淨水在美國又稱為“太空水”。反滲透膜是一種高科技的產品。它是經由美國許多的科學家付出無數的心血、時間及金錢研究出來的，並不是一般的過濾器所能類比的。
在21世紀以前，反滲透膜技術都是被國外所壟斷，而中國是直到90年代末期才開始掌握了反滲透膜的生產技術．這個歷史要追述到建國初期，當時我們國家的領導人已經意識到海水淡化的前景和將來在社會中的作用。
早在1958年，石松研究員等首先在我國開展離子交換膜電滲析海水淡化研究。而在此前1953年美國C.E.Reid建議美國內務部將反滲透研究列入國家計畫。
隨後1967年，國家科委組織全國海水淡化會戰，組織全國在水處理和分析化學、材料化學、流體力學等各個學科的精英會戰海水淡化。
1970年，組織了全國第一個海水淡化研究室。此期間，他們一直用電滲析技術進行海水淡化，研製成功海洋監測專用微孔濾膜，建成了世界最大的電滲析海水淡化站——西沙永興島海水淡化站。
1982年，中國海水淡化與水再利用學會經中國科協學會部批准在杭州成立。但是，因為經歷了十年浩劫，畢竟還是衰弱下去了，此時，遠在大洋彼岸的美國的全芳香族聚醯胺複合膜及其卷式元件已經赫然問世。
1984年，國家海洋局以海水淡化研究室為主體，組建國家海洋局杭州水處理技術研究開發中心，中國開始對膜技術重視了，但是，美國海水淡化用複合膜及其卷式元件已經大面積商業化了，投入到了國家和民用中去了。
1992年，國家為了追趕膜方面技術與世界的差距，，國家科委、軍委，以“中心”為依託，組建國家液體分離膜工程技術研究中心，並開始悄悄研製國產反滲透膜。
2001年，“中心”實行集團化分體管理，所轄三個控股的中外合資公司，兩個中資公司和一個研發中心。 反滲透膜當年正式公開問世，從此，中國有了自己的反滲透膜產品，享有完全自主智慧財產權、由中國製造、具有民族品牌的高性能複合膜元件開始投放市場，中國成為世界上第四個掌握自主反滲透膜技術的國家。
但是，作為反滲透膜的最高點，中空纖維反滲透膜一直是空白。
工作原理
反滲透，簡稱RO（Reverse Osmosis）
反滲透的基本工作原理是：運用特製的高壓水泵，將原水加至6—20公斤壓力，使原水在壓力的作用下滲透過孔徑只有0.0001微米的反滲透膜。化學離子和細菌（細菌的體積是反滲透膜孔徑的500倍）、真菌、病毒體不能通過，隨廢水排出，只允許體積小於0.0001微米的水分子通過。通過反滲透膜產出的水可以直接飲用，它被廣泛用來處理一般的自來水從而提供優質的飲用水（俗稱太空水）。
分類
反滲透膜有以下幾類：中空纖維式、卷式、板框式和管式。
目前中空纖維式是最先進、最科學的。
優點
中空纖維反滲透膜與其他結構膜體相比：同樣條件下與流體接觸面積顯著增加、裝置結構緊湊、安裝簡單、操作簡便、能耗低，並可在常溫下操作。中空纖維反滲透膜的孔的尺寸非常小，它小到最小的細菌和病毒都無法通過，完全可以能保證水的純淨。是理想的反滲透膜。 廣泛套用於飲用水淨化、有機化工、釀造工業、三廢處理等領域。
技術概要
在反滲透系統運行過程中，反滲透膜表面會由於原水中泥澤、膠狀物、有機物、微生物等污染物質的存在及膜分離過程中對難溶物質的濃縮而產生的沉積，進而形成對反滲透膜的污染。我們都知道，反滲透系統的預處理裝置是為儘可能多地去除引起膜污染的物質而專門設計的，儘管如此，即便系統有著相當完善的預處理設備也不能完全避免膜在使用過程中的污染，所以需要在設備運行的過程中進行周期性的去除膜系統中污染物的作業，這個操作過程就叫做反滲透系統的就地清洗。
反滲透膜被污染後，就會出現系統產水量減少、鹽的透過率增加等膜性能方面的衰退。但由於反滲透設備在使用過程中，影響膜性能的其它主要因素(壓力、溫度等)的變化，膜污染的現象有可能被其它因素掩蓋，因此應予以注意。
性能參數
反滲透設備的性能參數與壓力、溫度、pH值、系統水回收率及原水含鹽濃度等諸多因素的變化有關。因此，依據初始試機時而得到的正常技術參數(產品水流量、壓力、壓差及系統脫鹽率)作為依據及與標準化後現時系統數據比較是非常重要的。此外，清洗時間的選擇也因使用反滲透設備地區的原水水質條件及環境特性的差異而有所不同，因此，有必要根據設備現場的條件施以適當的管理措施。但是無論如何，對於任何一個設計優良和管理完善的反滲透系統來說，化學清洗的最短周期均應保證在累計連續運行3個月以上，運轉時間一般達到6-12個月左右最好，否則就必須考慮對原有系統的預處理設備或其運行管理有所改善。
表現
(1)碳酸鹽垢
結垢後表現：標準滲透水流量下降，或是脫鹽率下降。
原因：膜表面濃差極化增加
(2)鐵/錳
污染後表現：標準壓差升高(主要發生在裝置前端的膜元件)，也可能引起透水量下降。通常錳和鐵會同時存在。
(3)硫酸鹽垢
若發生沉積，首先影響鹽濃度最高的系統最後面的膜元件，表現為二段壓差明顯升高。需要用專用清洗劑。
(4)矽
顆粒矽：污堵膜元件水流通道，導致系統壓差升高。採用0.4%二氯胺對於溶解嚴重污染的矽垢是有效的。
膠矽：與顆粒矽相似。
溶解矽：形成矽酸鹽析出，應採用二氯胺清洗。
(5)懸浮物/有機物
污堵表現：透水量下降，一段壓差明顯升高。若給水SDI大於4或濁度大於1，有機物污染的可能性較大。
(6)微生物
污堵表現：標準壓差升高或標準透水量下降。可採用非氧化性殺菌劑加鹼進行清洗。
(7)鐵細菌
污堵表現：標準壓差升高。可採用EDTA鈉鹽加鹼進行清洗。
注意事項
■ 應把清洗排放廢液對環境的影響(EDTA，殺菌劑等)降低到最低限度。
■ 應儘可能使本次清洗過程去除污染物最大化。
■ 應在清洗時對膜的損傷最小化(應首先考慮選擇對膜性能 影響小的藥劑)。
■ 在實際清洗操作時，在保證清洗效果的前提條件下，儘可能使清洗費用最低化
清洗箱容積的確定及清洗液的用量計算
清洗箱的容積和清洗液的用量可以通過以下幾種方式計算而獲得：
1)運用壓力容器的空體積和管道的空體積進行估算：
壓力容器的空體積為：
V1 = NπR2L
其中： N = 每次清洗時的壓力容器數目
R = 壓力容器的半徑
L = 壓力容器的有效長度
管道空容積體積為：
V2=L1πd2/4
其中： L1 = 為清洗管道總長度
d = 為清洗管道直徑
清洗箱總容積(即清洗液配製量)：
V= 1.2(V1+ V2)
2)根據膜元件的型號規格和污染程度來計算清洗箱的容積和清洗液的配製量：
對於正常污染情況：一般按每根4英寸的膜元件配製8.5升的清洗液;每根8英寸的膜元件按34升來配製清洗液的方法來計算反滲透清洗箱的容積。
對於污染較為嚴重的情況：每根4英寸膜元件配製16升清洗液;每根8英寸膜元件按55升配製清洗液並由此而得到清洗箱的容積和清洗液的配製量。
膜清洗過程
1)首先用反滲透產品水(最好採用反滲透產品水，也可以用符合反滲透進水標準的軟化水或過濾水)沖洗反滲透膜組件和系統管道，
2)用反滲透產品水至少應該是合格的軟化水配製清洗液，並且保證混合均勻;在清洗前應反覆確認清洗液pH值和溫度是否適宜。
3)首先用正常清洗流量的1/2及40~60PSI的運行壓力向反滲透設備打入清洗液，並去除膜容器內部存留的水。並把剛開始循環回來的部分清洗液排掉，防止清洗液被稀釋。
在正常清洗時，清洗系統壓力控制準則是採用幾乎使系統不能產出純水時的壓力為最好(即清洗系統供給壓力與原水和濃縮水間的壓差大小相等)。因為合適的清洗運行壓力可使反滲透膜面上重新堆積異物質的可能性降到最低的程度。
4)清洗時，先將以前在壓力容器內部存留的水排淨.然後再把清洗過程產生濃縮水和產出水向清洗槽循環，並注意保持清洗液溫度穩定。在開始進行循環清洗前，要首先確認清洗液溫度和pH值是否已符合標準。並對其回流清洗液的濁度等直觀情況進行確認：如果回流清洗液已明顯變色或變濁則應重新準備清洗液;若回流清洗液pH變化值超過0.5時，最好重新調整PH值或更換清洗液。
5)在對系統進行化學清洗時，一般操作方法是：首先對需要清洗的壓力容器採用低流量(1/2標準清洗流量)循環清洗5~15分鐘，然後再採用中流量(2/3標準清洗流量)循環清洗10~15分鐘。
6)然後停泵並關掉閥門，使膜元件浸泡在清洗液中，浸泡時間大致為1個小時。如膜污染情況較為嚴重或是清洗較難去除的污染物，該過程的浸泡時間可適當延長。為保證長時間浸泡時的清洗液溫度，也可採用反覆進行循環與浸泡相結合的方式。一般說來清洗液的溫度至少應保持在20℃以上和40℃以下，適宜的清洗液溫度可增強清洗效果;請注意:溫度過低的清洗液可能在清洗過程中發生藥品沉澱。當清洗液溫度過低時，清洗應安排在將清洗液溫度升高到較為合適的溫度後在進行。
