反渗透是在压力的作用下使含有溶解杂质（盐和有机物）的进水通过一个半透膜后分成两股水流：一股是净化水或透过水，另一股是富含被去除的已经浓缩的盐类的水（浓水）。见图1。进水压力被用来克服溶液的渗透压，这是反渗透的概念。

图1 螺旋缠绕膜

    反渗透膜可以使水和气体渗透，而水中存在的离子和有机物则不能透过。进水通过膜时，离子和有机物被截留在浓水中，这一过程将有90%－98%的杂质被去掉。因为浓水中的溶解盐溶解度有限，产水回收率通常限于75%（一级）。（见图2）

图2 反渗透原理

    反渗透和纳滤膜上层是一种薄而致密的膜，覆盖在下层较厚的多孔网上。主要有两种基本类型的膜：醋酸纤维素（CA）和复合膜（TFC）。

    复合膜性能在诸多方面优于醋酸纤维素，醋酸纤维素仅用于特定的环境。表1列出了这两种类型的基本对照。如今大部分运行的反渗透系统使用复合膜。

表1 膜对照

    在总溶解固形物主要为有机化合物而非单价离子（如钠离子和氯离子/根）时，由于操作压力低，纳滤是更为经济的选择，如果大部分溶解盐是多价盐（即硫酸盐或碳酸盐）时，纳滤也不失为好的解决方案。

    结垢、污染和膜降解（复合膜的氧化，醋酸纤维素的水解）。反渗透系统的设计是利用水的流动性和循环（如有不同需求）来确保膜表面无沉淀和污染物。不幸的是，水质和设备质量的变化会造成沉淀，导致产水量降低，水质变差，膜更换，以及意外停工。

    暴露于氧化物（例如：阳光，氯）、pH变化、生物降解或极限温度环境会引起反渗透膜降解或水解。一旦出现水解或降解，会对产水水质、产水量和膜寿命造成负面影响。至关重要的一点是，一定要在设计的pH值和温度范围内使用反渗透膜，避免使用未经膜制造商许可的化学氧化剂。

    污染物是附于膜表面非结晶的软性沉淀。典型的污染沉积物有：胶体、油份、金属氧化物、氧化硅和微生物。沉积物通常由进水中的悬浮物构成。沉积物可以用良好的预处理、定期维护（清洗）和分散剂进行控制。

    矿物质结垢是附于膜表面结晶的硬性沉淀。主要的结垢有：CaCO3，CaSO4，BaSO4，SrSO4和CaF2。矿物质结垢通常由膜中聚积的溶解固形物构成。水垢能迅速造成膜的性能下降，严重时无法恢复，直至报废。矿物质垢可以通过优化预处理、流量、使用阻垢剂和定期维护（清洗）进行控制。

    解决结垢问题的方法包括 ：通过降低回收率、投加阻垢剂、改变pH值、将硫酸换为盐酸或定期清洗系统，而减慢沉淀过程。

    解决沉积问题的方法包括：改善预处理、调整pH值预防沉积或使用分散剂。使用杀菌剂防止微生物生长。保安过滤器可以帮助去除较大的悬浮颗粒（>1微米）。

    这些产品能：

    根据不同的水源,反渗透或纳滤设计的回收率为40%-90%不等。提高回收率将降低浓水流量，浓水流量的降低可以减少原水和预处理的费用，并降低能源消耗。然而，因为提高了回收率，膜结垢和污染的趋势也增加，这样对预处理和阻垢剂的需求也相应增加。

    随着回收率的提高，选用正确的阻垢剂就显得特别重要。正确的阻垢剂用量要根据原水的化学特性而定，同时，保持适当的浓度对确保无故障运行也非常重要。

    以下情形发生一次或多次时应进行反渗透系统清洗：标准化渗透流量或脱盐率降低10％至15％，或压差升高10％至15％。无论何时发现参数过高或不正常，在采取改进措施之前，应检查仪器刻度是否准确。

    MD系列清洗剂专为去除反渗透膜的沉积物配制。可以用两个简单的步骤选择使用正确的清洗剂。

1.测定膜上污垢的成分

2.根据特定的污垢确定使用适当的清洗剂。

    Mondeo公司提供的清洗杀杀菌剂有：PC11，PC33，PC55，PC67，PC77，PC99，7320等等

详细介绍：Mondeo系列RO系统处理剂

    传统悬浮固形物过滤是通过垂直方向使溶液穿过过滤介质来实现。（见图3）

图3 常规过滤和横流过滤

    溶液全部通过过滤介质，仅有一股水流出。此类过滤通常称作端点过滤，包括保安过滤、袋过滤、砂滤和多介质过滤。这些过滤方法一般局限于过滤直径大于1微米的悬浮颗粒。

    横流膜过滤一般由去除的颗粒大小决定。微滤（MF）主要去除直径大于0.1微米的颗粒，超滤（UF）去除颗粒和分子量大于1000摩尔的可溶固体，纳滤（NF）去除可溶固体和大量分子量大于200的多价盐。反渗透（RO）可去除大部分可溶物质，包括分子量为10－20的溶解盐。

    反渗透可经济地处理总溶解固形物（TDS）为中至高（500至3000ppm）且氯化钠导电性低于40,000mmho/cm的水。经过反渗透处理后，产水中留有5％的总溶解固形物，这可能不适合高压锅炉。另一方面，离子交换可经济地处理总溶解固形物为低至中（< 500 ppm）的水,仅留下1%－3%的总溶解固形物，但不能有效去除有机物和硅，这两种物质会导致离子交换系统的频繁再生。

    反渗透系统偶尔在离子交换前使用，以降低总溶解固形物沉积并减少使用危险品。同时使用两种系统能更加经济，因为它们能够：

• 减少再生次数

• 延长树脂寿命

• 延长运行寿命

• 减少离子树脂的有机污染

• 改善进水水质

• 减少人力和维护需求

    例如，典型的总溶解固形物为600ppm的水经反渗透处理后其总溶解固形物约为30ppm；同样的水经离子交换处理后总溶解固形物约为12ppm。如果同样的水在反渗透后再经过离子交换处理，出水的总溶解固形物约为1ppm (见图4)。因此，工厂使用两种系统，产水的纯度将30倍于仅用反渗透处理的产水或10倍于仅用离子交换处理的产水。

图4－反渗透和离子交换水处理系统

    温度对膜的性能有直接的影响。水温的升高会加快渗透流动和盐的通过。因而，如果系统在持续渗透中且温度升高，渗透的质量会降低。温度每升高一度，渗透流量将升高1.0％到2.0％。

    Mondeo系列RO系统维护化学品可解决有关反渗透膜的主要问题：结垢、污染和降解。这些产品与醋酸纤维素和复合膜兼容并得到大多数膜供应商的认可。

    氧化降解仅是复合膜受损的一个方面。为了确保避免氧化降解发生，非常重要的一点是进水不含有任何氧化性物质如氯气或过氧化氢。对于某些含有氧化性物质的进水，有必要添加还原剂，如（焦）亚硫酸氢钠或通过活性碳过滤以确保膜系统的安全运行。

    不可以。保安过滤器的作用是过滤会造成堵塞膜水流通道的碎片。

    这些过滤器可以过滤掉大部分较大颗粒，比如沙子或硬煤，但不能防止细颗粒硅藻土或碳通过1－10微米的过滤器而堵塞膜。因为大多数沉积物小于1微米，因而预过滤仅能提供很少的保护作用。阻止结垢或沉积的最好方法是利用完善的预处理、监控和维护方案。

    分散剂和阻垢剂主要是采用聚合物配方来抑制碳酸盐和硫酸盐、硅、铁等物质的晶体生成。通过改变结垢物质的晶体结构，水垢就不会牢牢附于膜表面且会随浓水排出。

    必须连续投加分散剂和阻垢剂，才能确保系统正常工作。

视频演示：RO膜阻垢剂作用原理

    Mondeo公司提供的RO阻垢剂有：PC191,90002等美国产品，其中PC191通过FDA认证，可用于饮用水、食品、药品行业。

详细介绍：Mondeo RO系统维护方案与化学品

    如果是微生物污垢带来的膜污染问题，可以使用杀菌剂。杀菌剂能够迅速清除系统的微生物生长。建议连续监控系统以确保彻底的去除。

    每天应该监控并做曲线图的三个重要参数为：标准化渗透(产水)量、压差、脱盐率。这些简单的方法有助于反映结垢和沉积的程度。这些问题应尽早发现以防止预处理膜的更换。

    标准化渗透流量/产水量——标准化产水量是反渗透系统中一种灵敏的故障预报参数。沉积会降低产水量，而膜降解则会提高此流量。但是仅仅测量渗透流量是不够的，因为它随进水温度、进水压力和进水总溶解固形物含量的变化而变化。标准化产水量是一种简单的判断方法，校正温度和压力变化并调整至系统在起始压力和25。C运行下的读数。如果绘制出标准化渗透流量曲线，将很容易观察出结垢的趋势。图表将警示操作员在不可挽回的损失发生之前采取改正措施。

    压差——压力差是进水压力和浓水压力的差值，是测量通过反渗透膜和收集管的水压损失。当水流通道被阻塞时，压力差增加。压力差也取决于进水流量和回收率。为确保精确对比不同时段压力差读数， 反渗透回收率和进水流量应调整至相同。

    脱盐率——脱盐率是反渗透过滤掉的总溶解固形物占总量的百分比。反渗透膜出现问题时，脱盐率通常会降低，然而，某些污染会堵塞膜并造成脱盐率增加。

    从经验来看，工业反渗透系统如果需要每月（或少于一月）进行清洗，则必需改进预处理或调整化学品添加量。如果清洗频率大于一个月，预处理的改进或化学品添加则必须要考虑经济因素。市政饮用水系统的清洗频率一般为每3-6个月一次。

    解剖测试是一种破坏性的分析程序，用来确定膜表面上的污垢种类。解剖测试程序包括对膜的化学分析和微生物分析、清洗测试、ESEM和物理测试。

    结合系统设计，运行数据，以及解剖测试获得的信息，在大多数情况下能精确诊断出造成反渗透或纳滤系统性能问题的原因。根据这些诊断，可以采取改进措施来恢复系统性能。