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借你一双慧眼,科学的认识家用反渗透膜。

发布时间:2018-10-31浏览:4594次

中国几十年来的高速工业化发展造成了水资源的持续恶化,一些地区重金属污染、有机物污染(甚至抗生素污染)严重。据环保部数据,约2.8亿居民使用不安全的饮用水。所以,中国市场的净水产品,首要解决的饮水安全问题。而在净水机的各项技术当中,真正能够解决重金属污染、农药及抗生素污染问题的,商业化成本低,且性能也比较稳定的,还是反渗透膜技术。

  中怡康预测,继2014年反渗透纯水机的市场规模达到68亿元,增速高达130%之后,2015年纯水机市场规模将会达到161亿,同比增速75%,成为市场份额大,同比增长快的品类。家用/商用反渗透膜行业取得了长足发展,众多的膜公司及卷膜厂纷纷上马。但作为净水机的核心部件,反渗透膜元件质量的优劣,直接影响着净水机的整体质量,也事关整个行业的健康发展。

家用反渗透膜性能评价指标

  家用反渗透膜使用场合有其自身的特殊性,家用净水机的预处理、运行压力等都有别于规模化的工业系统。结合实际使用情况,可从如下几点对反渗透膜进行评价。

  1、脱盐率
  脱盐率=(1-产水含盐量/进水含盐量)×100%。简单一点说就是反渗透膜对进水中盐分的脱除效率。
  例如,家用膜脱盐率为97%,是指原水TDS/电导率被膜截留了97%,有3%透过膜片进入了产水中。原水TDS为500mg/l,则产水TDS为500×3%=15mg/l。
膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定,脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度,脱盐层越致密脱盐率越高(但同时产水量越低)。家用反渗透膜因为运行压力较低,所以实际脱盐率一般为96-98%。

2、产水量

  产水量(水通量):反渗透膜的产能,即单位时间内透过膜水量,通常用吨/小时或加仑/天来表示。例如JRW-1812-75型号膜,产水量≥75GPD(加仑/天)。
  1加仑=3.785升,换算成国标单位,75加仑膜通量为:75加仑/天×3.785升=283.9升/tian,即197毫升/分钟。判断一只膜通量是否达标其实很简单,用量筒(空纯净水瓶也可)实际测量每分钟的产水量,经过简单计算即可判定该只膜通量是否达标。

  3、膜的使用寿命
  相对于脱盐率、通量两个因素,膜的使用寿命长短,是评价一只家用膜性能优劣的更重要指标。在相同使用条件下,反渗透膜使用时间长、累计制水量大,要远比初始脱盐率高更重要。就好比作一场马拉松,后赢得比赛的一定是坚持跑到后的,虽然刚开始他可能不是跑的快的选手。所以,膜的脱盐率和通量的衰减速度,才是判定一只膜优劣的真正指标。这个需要从长期运行中检测。

反渗透膜性能的影响因素
反渗透膜的脱盐率、水通量是反渗透过程中关键的运行参数,但这两个参数将受到压力、温度、回收率、给水含盐量、给水PH值因素的影响。
1、进水压力
进水压力本身并不会影响盐透过量,但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高,使得产水量加大,同时盐透过量几乎不变,增加的产水量稀释了透过膜的盐分,降低了透盐率,提高脱盐率。当进水压力超过一定值时,由于过高的回收率,加大了浓差极化,又会导致盐透过量增加,抵消了增加的产水量,使得脱盐率不再增加。

  例如,同样一只家用膜,因为使用的给水泵品牌不同,测试数据会有所偏差。因为某些品牌家用机泵实际扬程、流量达不到标称,导致膜表现得脱盐率偏低。

  2、进水温度
  温度对反渗透的运行压力、脱盐率、压降影响为明显。温度上升,渗透性能增加,在一定水通量下要求的净推动力减少,因此实际运行压力降低。随着水温的增加,水通量也线性的增加,进水水温每升高1℃,产水通量就增加2.5%~3.0%;其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降,这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加,盐透过量增加,直接表现为产品水电导率升高。

  同一个家庭同样一台净水机,在冬季水温低时,产水量远远低于夏季水温高时。例如,从温度校正系统表中可查知,水温为10℃时,在0.4MP压力下温度校正系数为1.743,即10℃下(实际产水量×1.743)=标准产水量(25℃)。

  3、 进水pH值
  各种膜组件都有一个允许的pH值范围,进水pH值对产水量几乎没有影响;但是即使在允许范围内,对脱盐率有较大影响,一方面pH值对产品水的电导率也有一定的影响,这是因为反渗透膜本身大都带有一些活性基团,pH值可以影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移,pH值对进水中杂质的形态有直接影响,如对可离解的有机物,其截留率随pH值的降低而下降;另一方面由于水中溶解的CO2受pH值影响较大,pH<3.5时以二氧化碳气体形式存在,容易透过反渗透膜,所以pH低时脱盐率也较低,随pH升高,二氧化碳气体转化为碳酸氢根(HCO-3)和碳酸根(CO2-3)离子,脱盐率也逐渐上升,在pH7.5~8.5间,脱盐率达到高。

   4、 进水盐浓度
  渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数,含盐量越高渗透压也增加,进水压力不变的情况下,净压力将减小,产水量降低。透盐率正比于膜正反两侧盐浓度差,进水含盐量越高,浓度差也越大,透盐率上升,从而导致脱盐率下降。对同一系统来说,给水含盐量不同,其运行压力和产品水电导率也有差别,给水含盐量每增加l00ppm,进水压力需增加约0.007MPa,同时由于浓度的增加,产品水电导率也相应的增加。

  例如,南方水质和北方水质中盐浓度差别较大。以山东聊城地区地下水为例,TDS指甚至达到2000mg/l以上,相较南方有些地方TDS值不足100mg/l,装有同样一只膜的同样的一台机器,实际运行时产水量和脱盐率差别较大。要想实现相同的产水量,必须提升进水压力。

  5、回收率
  回收率对膜的脱盐率很大的影响,在进水总流量保持一定的条件下,回收率增加,意味着初始产水量增大而浓水量减小,但是会导致残留在膜浓水侧的含盐量变高,浓差极化现象严重,造成膜的结垢,自然渗透压增大,将抵消进水压力的推动作用,减慢或停止反渗透过程,使渗透通量降低 或甚至停止。同时降低膜的脱盐率。

  家用反渗透膜通常回收率为30%以内(废水比1:3),如采用直接把浓水阀关小的方式提高回收率,会短期内提高产水量,但会导致膜快速结垢,产水量下降,直至终结垢严重堵死。

影响反渗透膜寿命的因素
  从以上5点可看出,进水压力、温度、回收率等等指标对膜的脱盐率和通量影响较大,那么哪些因素对膜的使用寿命影响大呢?
  1、进水水质
  进水水质不同,膜的使用寿命差距非常大。很直观的就是南方和北方水质不同,有些地区膜使用一个月就彻底不产水了。可能主要由两个原因造成,一是水中浊度高,胶体物质含量高,预处理不够完善造成膜的污堵;二是水中硬度高,结构倾向严重,造成了膜的结垢。
  2、反渗透膜的回收率
  回收率能影响膜的脱盐率和通量,更会对膜的使用寿命造成影响。回收率过高,膜的浓水侧浓差极化现象越严重,则膜更容易快速结垢,直接降低使用寿命。家用净水机回收率一般是30%以内,也有些厂家通过工艺改进,把回收率做到了60%以上,但是,无论如何实现高回收率,都不可通过直接关闭浓水阀的方式来提高回收率。

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