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中國幾十年來的高速工業(yè)化發(fā)展造成了水資源的持續(xù)惡化,一些地區(qū)重金屬污染、有機物污染(甚至抗生素污染)嚴(yán)重。據(jù)環(huán)保部數(shù)據(jù),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(chǎn)品,首要解決的飲水安全問題。而在凈水機的各項技術(shù)當(dāng)中,真正能夠解決重金屬污染、農(nóng)藥及抗生素污染問題的,商業(yè)化成本低,且性能也比較穩(wěn)定的,還是反滲透膜技術(shù)。
中怡康預(yù)測,繼2014年反滲透純水機的市場規(guī)模達到68億元,增速高達130%之后,2015年純水機市場規(guī)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(yè)取得了長足發(fā)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(zhì)量的優(yōu)劣,直接影響著凈水機的整體質(zhì)量,也事關(guān)整個行業(yè)的健康發(fā)展。
家用反滲透膜性能評價指標(biāo)
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(yù)處理、運行壓力等都有別于規(guī)模化的工業(yè)系統(tǒng)。結(jié)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(chǎn)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(dǎo)率被膜截留了97%,有3%透過膜片進入了產(chǎn)水中。原水TDS為500mg/l,則產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)水量
產(chǎn)水量(水通量):反滲透膜的產(chǎn)能,即單位時間內(nèi)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(chǎn)水量≥75GPD(加侖/天)。
1加侖=3.785升,換算成國標(biāo)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(biāo)其實很簡單,用量筒(空純凈水瓶也可)實際測量每分鐘的產(chǎn)水量,經(jīng)過簡單計算即可判定該只膜通量是否達標(biāo)。
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(yōu)劣的更重要指標(biāo)。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(yōu)劣的真正指標(biāo)。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(guān)鍵的運行參數(shù),但這兩個參數(shù)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(qū)動反滲透的凈壓力升高,使得產(chǎn)水量加大,同時鹽透過量幾乎不變,增加的產(chǎn)水量稀釋了透過膜的鹽分,降低了透鹽率,提高脫鹽率。當(dāng)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(dǎo)致鹽透過量增加,抵消了增加的產(chǎn)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(shù)據(jù)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(biāo)稱,導(dǎo)致膜表現(xiàn)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(chǎn)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(dǎo)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(zhì)透過速率也隨溫度的升高而增加,鹽透過量增加,直接表現(xiàn)為產(chǎn)品水電導(dǎo)率升高。
同一個家庭同樣一臺凈水機,在冬季水溫低時,產(chǎn)水量遠遠低于夏季水溫高時。例如,從溫度校正系統(tǒng)表中可查知,水溫為10℃時,在0.4MP壓力下溫度校正系數(shù)為1.743,即10℃下(實際產(chǎn)水量×1.743)=標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)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(chǎn)水量幾乎沒有影響;但是即使在允許范圍內(nèi),對脫鹽率有較大影響,一方面pH值對產(chǎn)品水的電導(dǎo)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(zhì)的形態(tài)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(zhuǎn)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(shù),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(chǎn)水量降低。透鹽率正比于膜正反兩側(cè)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(dǎo)致脫鹽率下降。對同一系統(tǒng)來說,給水含鹽量不同,其運行壓力和產(chǎn)品水電導(dǎo)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(chǎn)品水電導(dǎo)率也相應(yīng)的增加。
例如,南方水質(zhì)和北方水質(zhì)中鹽濃度差別較大。以山東聊城地區(qū)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(chǎn)水量和脫鹽率差別較大。要想實現(xiàn)相同的產(chǎn)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(chǎn)水量增大而濃水量減小,但是會導(dǎo)致殘留在膜濃水側(cè)的含鹽量變高,濃差極化現(xiàn)象嚴(yán)重,造成膜的結(jié)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?jié)B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(nèi)(廢水比1:3),如采用直接把濃水閥關(guān)小的方式提高回收率,會短期內(nèi)提高產(chǎn)水量,但會導(dǎo)致膜快速結(jié)垢,產(chǎn)水量下降,直至終結(jié)垢嚴(yán)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(biāo)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(zhì)
進水水質(zhì)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(zhì)不同,有些地區(qū)膜使用一個月就*不產(chǎn)水了??赡苤饕蓛蓚€原因造成,一是水中濁度高,膠體物質(zhì)含量高,預(yù)處理不夠完善造成膜的污堵;二是水中硬度高,結(jié)構(gòu)傾向嚴(yán)重,造成了膜的結(jié)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(cè)濃差極化現(xiàn)象越嚴(yán)重,則膜更容易快速結(jié)垢,直接降低使用壽命。家用凈水機回收率一般是30%以內(nèi),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(xiàn)高回收率,都不可通過直接關(guān)閉濃水閥的方式來提高回收率。
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