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借你一雙慧眼,科學的認識家用反滲透膜。

更新時間:2022-07-13點擊次數:7176

中國幾十年來的高速工業化發展造成了水資源的持續惡化,一些地區重金屬污染、有機物污染(甚至抗生素污染)嚴重。據環保部數據,約2.8億居民使用不安全的飲用水。所以,中國市場的凈水產品,首要解決的飲水安全問題。而在凈水機的各項技術當中,真正能夠解決重金屬污染、農藥及抗生素污染問題的,商業化成本低,且性能也比較穩定的,還是反滲透膜技術。

  中怡康預測,繼2014年反滲透純水機的市場規模達到68億元,增速高達130%之后,2015年純水機市場規模將會達到161億,同比增速75%,同比增長快的品類。家用/商用反滲透膜行業取得了長足發展,眾多的膜公司及卷膜廠紛紛上馬。但作為凈水機的核心部件,反滲透膜元件質量的優劣,直接影響著凈水機的整體質量,也事關整個行業的健康發展。

家用反滲透膜性能評價指標

  家用反滲透膜使用場合有其自身的特殊性,家用凈水機的預處理、運行壓力等都有別于規模化的工業系統。結合實際使用情況,可從如下幾點對反滲透膜進行評價。

  1、脫鹽率
脫鹽率=(1-產水含鹽量/進水含鹽量)×100%。簡單一點說就是反滲透膜對進水中鹽分的脫除效率。
例如,家用膜脫鹽率為97%,是指原水TDS/電導率被膜截留了97%,有3%透過膜片進入了產水中。原水TDS為500mg/l,則產水TDS為500×3%=15mg/l。
膜元件的脫鹽率在其制造成形時就已確定,脫鹽率的高低取決于膜元件表面超薄脫鹽層的致密度,脫鹽層越致密脫鹽率越高(但同時產水量越低)。家用反滲透膜因為運行壓力較低,所以實際脫鹽率一般為96-98%。

2、產水量

  產水量(水通量):反滲透膜的產能,即單位時間內透過膜水量,通常用噸/小時或加侖/天來表示。例如JRW-1812-75型號膜,產水量≥75GPD(加侖/天)。
1加侖=3.785升,換算成國標單位,75加侖膜通量為:75加侖/天×3.785升=283.9升/tian,即197毫升/分鐘。判斷一只膜通量是否達標其實很簡單,用量筒(空純凈水瓶也可)實際測量每分鐘的產水量,經過簡單計算即可判定該只膜通量是否達標。

  3、膜的使用壽命
相對于脫鹽率、通量兩個因素,膜的使用壽命長短,是評價一只家用膜性能優劣的更重要指標。在相同使用條件下,反滲透膜使用時間長、累計制水量大,要遠比初始脫鹽率高更重要。就好比作一場馬拉松,后贏得比賽的一定是堅持跑到后的,雖然剛開始他可能不是跑的快的選手。所以,膜的脫鹽率和通量的衰減速度,才是判定一只膜優劣的真正指標。這個需要從長期運行中檢測。

反滲透膜性能的影響因素
反滲透膜的脫鹽率、水通量是反滲透過程中關鍵的運行參數,但這兩個參數將受到壓力、溫度、回收率、給水含鹽量、給水PH值因素的影響。
1、進水壓力
進水壓力本身并不會影響鹽透過量,但是進水壓力升高使得驅動反滲透的凈壓力升高,使得產水量加大,同時鹽透過量幾乎不變,增加的產水量稀釋了透過膜的鹽分,降低了透鹽率,提高脫鹽率。當進水壓力超過一定值時,由于過高的回收率,加大了濃差極化,又會導致鹽透過量增加,抵消了增加的產水量,使得脫鹽率不再增加。

  例如,同樣一只家用膜,因為使用的給水泵品牌不同,測試數據會有所偏差。因為某些品牌家用機泵實際揚程、流量達不到標稱,導致膜表現得脫鹽率偏低。

  2、進水溫度
溫度對反滲透的運行壓力、脫鹽率、壓降影響為明顯。溫度上升,滲透性能增加,在一定水通量下要求的凈推動力減少,因此實際運行壓力降低。隨著水溫的增加,水通量也線性的增加,進水水溫每升高1℃,產水通量就增加2.5%~3.0%;其原因在于透過膜的水分子粘度下降、擴散性能增強。進水水溫的升高同樣會導致透鹽率的增加和脫鹽率的下降,這主要是因為鹽分透過膜的擴散速度會因溫度的提高而加快。同時溶質透過速率也隨溫度的升高而增加,鹽透過量增加,直接表現為產品水電導率升高。

  同一個家庭同樣一臺凈水機,在冬季水溫低時,產水量遠遠低于夏季水溫高時。例如,從溫度校正系統表中可查知,水溫為10℃時,在0.4MP壓力下溫度校正系數為1.743,即10℃下(實際產水量×1.743)=標準產水量(25℃)。

  3、 進水pH值
各種膜組件都有一個允許的pH值范圍,進水pH值對產水量幾乎沒有影響;但是即使在允許范圍內,對脫鹽率有較大影響,一方面pH值對產品水的電導率也有一定的影響,這是因為反滲透膜本身大都帶有一些活性基團,pH值可以影響膜表面的電場進而影響到離子的遷移,pH值對進水中雜質的形態有直接影響,如對可離解的有機物,其截留率隨pH值的降低而下降;另一方面由于水中溶解的CO2受pH值影響較大,pH<3.5時以二氧化碳氣體形式存在,容易透過反滲透膜,所以pH低時脫鹽率也較低,隨pH升高,二氧化碳氣體轉化為碳酸氫根(HCO-3)和碳酸根(CO2-3)離子,脫鹽率也逐漸上升,在pH7.5~8.5間,脫鹽率達到高。

   4、 進水鹽濃度
滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度的函數,含鹽量越高滲透壓也增加,進水壓力不變的情況下,凈壓力將減小,產水量降低。透鹽率正比于膜正反兩側鹽濃度差,進水含鹽量越高,濃度差也越大,透鹽率上升,從而導致脫鹽率下降。對同一系統來說,給水含鹽量不同,其運行壓力和產品水電導率也有差別,給水含鹽量每增加l00ppm,進水壓力需增加約0.007MPa,同時由于濃度的增加,產品水電導率也相應的增加。

  例如,南方水質和北方水質中鹽濃度差別較大。以山東聊城地區地下水為例,TDS指甚至達到2000mg/l以上,相較南方有些地方TDS值不足100mg/l,裝有同樣一只膜的同樣的一臺機器,實際運行時產水量和脫鹽率差別較大。要想實現相同的產水量,必須提升進水壓力。

  5、回收率
回收率對膜的脫鹽率很大的影響,在進水總流量保持一定的條件下,回收率增加,意味著初始產水量增大而濃水量減小,但是會導致殘留在膜濃水側的含鹽量變高,濃差極化現象嚴重,造成膜的結垢,自然滲透壓增大,將抵消進水壓力的推動作用,減慢或停止反滲透過程,使滲透通量降低 或甚至停止。同時降低膜的脫鹽率。

  家用反滲透膜通常回收率為30%以內(廢水比1:3),如采用直接把濃水閥關小的方式提高回收率,會短期內提高產水量,但會導致膜快速結垢,產水量下降,直至終結垢嚴重堵死。

影響反滲透膜壽命的因素
  從以上5點可看出,進水壓力、溫度、回收率等等指標對膜的脫鹽率和通量影響較大,那么哪些因素對膜的使用壽命影響大呢?
1、進水水質
進水水質不同,膜的使用壽命差距非常大。很直觀的就是南方和北方水質不同,有些地區膜使用一個月就*不產水了。可能主要由兩個原因造成,一是水中濁度高,膠體物質含量高,預處理不夠完善造成膜的污堵;二是水中硬度高,結構傾向嚴重,造成了膜的結垢。
2、反滲透膜的回收率
回收率能影響膜的脫鹽率和通量,更會對膜的使用壽命造成影響。回收率過高,膜的濃水側濃差極化現象越嚴重,則膜更容易快速結垢,直接降低使用壽命。家用凈水機回收率一般是30%以內,也有些廠家通過工藝改進,把回收率做到了60%以上,但是,無論如何實現高回收率,都不可通過直接關閉濃水閥的方式來提高回收率。

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