隨著社會經(jīng)濟發(fā)展、科技進步和人民生活水平的提高,人們對生活飲用水的水質(zhì)提出更高的要求，然而，自來水供水現(xiàn)狀的現(xiàn)實問題，短期內(nèi)難以有較大的改觀。此外，城市居民飲用水或烹調(diào)用水僅僅占城市供水系統(tǒng)總體供水量的 0.5~2%，以此要求自來水廠改進生產(chǎn)工藝、進行整體管網(wǎng)改造來提高自來水的整體供水質(zhì)量既不現(xiàn)實也無必要。
基于上述種種原因，要解決飲用水的質(zhì)量問題，*有效、*直接的辦法就是在飲用之前進行處理。在這方面作為提供上等飲用水的家用小型凈化水設(shè)備或小區(qū)凈化水設(shè)備得到了迅速發(fā)展，其主要功能是對城市自來水進行深度凈化，降低和除去水中的各種無機物、有機物、有害離子和余氯等，為居民提供高質(zhì)量的飲用水。這種凈化方式是現(xiàn)階段提高居民飲用水質(zhì)量的的、行之有效的措施。
目前家用凈水器這類繁多，有簡單過濾型、多級過濾型，過濾器的類型又有微濾、超濾、納濾和反滲透等，其中凈化效果*理想的是具有反滲透功能的純水機。這種設(shè)備可以過濾自來水中的各種病毒、重金屬、農(nóng)藥、有機物、礦物質(zhì)和異色異味，產(chǎn)出的是一種可以直接飲用的純水，它的不足是在凈化過程中產(chǎn)生較多的濃縮水（廢水），自來水的消耗量比較大，也有用戶認為該設(shè)備濾掉了水中的微量元素。
本文將從反滲透原理入手對該類設(shè)備的凈化效率、純水廢水比和成本進行分析，以期對反滲透凈水器有一個**客觀的了解，為該類凈化裝置的選用提供參考。
2.反滲透凈水系統(tǒng)
2.1 反滲透原理
反滲透是從海鷗的飲水過程發(fā)現(xiàn)并被推廣應(yīng)用的。1950 年科學家 Sourirajan 發(fā)現(xiàn)海鷗飲水過程是先吸入一大口海水，在口腔內(nèi)部進行處理后又吐出部分海水。解剖發(fā)現(xiàn)海鷗體內(nèi)有一層薄膜（半透膜），把海水吸入在體內(nèi)后加壓，使水分子滲透過薄膜轉(zhuǎn)化為淡水飲用，而含有雜質(zhì)的高濃度鹽水則被吐出，這就是反滲透技術(shù)的基本原理。
高濃度向低濃度溶液滲透是一種自然的物理現(xiàn)象，用一張薄可以透過水分子，其它離子被阻止的膜將透明玻璃容器分隔成兩個空間(如圖 1)，兩邊分別加入不同濃度、等高液面的兩種鹽溶液（如圖a，其中甲溶液的濃度高，乙溶液的濃度低）。一段時間后發(fā)現(xiàn)，濃度高的甲溶液一側(cè)液面上升，濃度低的乙溶液一側(cè)的液面下降，薄膜兩側(cè)出現(xiàn)液面的高度差。在這個過程中，低濃度的乙溶液中部分水分子滲透到甲溶液中，使甲的液位升高，而鹽分不能滲透(如圖 b)。
甲溶液與乙溶液之間的液位差稱為滲透壓。如果在甲溶液一側(cè)施加一個大小等于該滲透壓的壓力則系統(tǒng)恢復至初始的狀態(tài)，兩側(cè)液位平衡；繼續(xù)在甲溶液一側(cè)增加壓力，系統(tǒng)將產(chǎn)生方向相反的滲透，甲溶液一側(cè)的鹽分被阻隔，水分子滲透到乙溶液一側(cè)，此時乙溶液一側(cè)的液面高度上升(如圖 c)。
在含有雜質(zhì)的溶液中施加比滲透壓更大的壓力時，滲透會向相反方向進行，即將雜質(zhì)留在溶液中，水分子壓到膜的另一側(cè)，從而產(chǎn)生純水，*后達到除去水中雜質(zhì)的目的，這個過程就是反滲透。
2.2 反滲透膜
實現(xiàn)低濃度水往高濃度水一側(cè)滲透的過程就是反滲透，反滲透過程的實現(xiàn)需要外部做功，即必須在外部施加高于滲透壓的外部壓力。在高于滲透壓的壓力作用下，將溶液中可滲透的水和不能透的物質(zhì)分離開來的膜稱為反滲透膜。反滲透膜的孔徑非常小 (約為0.1nm 左右)，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等物質(zhì)。反滲透膜是目前*精細的一種膜分離產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
其輸入為含有其它成分的原水，在外加壓力作用下，原水通過反滲透膜后將水和其它物質(zhì)分開，輸出為純水和含有其它物質(zhì)的濃縮水，通常輸出的濃縮水是純水的數(shù)倍。
反滲透膜生產(chǎn)企業(yè)主要有陶氏、海德能、東麗、東電工、世韓等 公司。
一個好的反滲透膜應(yīng)該具有較高的透過速率，較高的除鹽率和較高的產(chǎn)水率。
2.3 基于反滲透技術(shù)的凈化水裝置 ，
圖 3 是一種常用的四級過濾凈化裝置的基本結(jié)構(gòu)。它由顆粒過濾器、前級活性炭過濾器為預處理系統(tǒng)，除掉自來水中的鐵銹、膠體資源。等大顆粒雜質(zhì)，而后進行增壓進入反滲透 RO 膜將有機物、重金屬離子、致病菌等進行分離過濾。RO 膜的孔徑約為 0.1nm，且具有選擇性能，經(jīng)過膜分離過濾后幾乎阻隔了所有 H2O 以外的其他雜質(zhì)， 得到約 15~20%左右的純凈水，同時 80%或更多的濃縮水被排放掉。調(diào)節(jié)濃縮水排放閥的開度，可以調(diào)節(jié)純凈水的產(chǎn)水率和廢水比。
試驗中實驗室自來水的電導率為 535uS/cm，經(jīng) RO 膜過濾后，純水的電導率為 21uS/cm，達到直飲水的衛(wèi)生指標。
煩透1.jpg
3 .凈化效率分析
3.1 渦輪流量計
流量是指單位時間流過單位面積的流體的量。為了準確掌握凈化系統(tǒng)的產(chǎn)水效率，需對純水流量、廢水流量進行測量。流量測量儀表種類繁多，在實際應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)工況環(huán)境進行選擇。
本系統(tǒng)對
純水流量計的要求如下：純水、小流量，食品級衛(wèi)生要求，螺紋或插入式連接，直流供電，輸出電信號。基于上述要求，本系統(tǒng)選用了霍爾原理的食品級小型渦輪流量計，測量范圍為 0-3l/min，輸出為串行脈沖，滿足純水和廢水流量的要求，流量計安裝在 RO膜的純水出口和濃縮水出口處。計算機采集與流量成正比的脈沖信號，運算后可在屏幕上顯示實時流量和累積流量。累積流量值可作為配件更換的主要參考數(shù)據(jù)。
3.2 綜合性能分析
對凈化系統(tǒng)的性能指標要進行**、綜合分析，既包括裝置本身的技術(shù)、經(jīng)濟指標，又要考慮用戶的使用、維護成本.
反滲透膜元件的產(chǎn)水率是由生產(chǎn)廠在標準測試條件下得到，是由膜表面濃差極化因子的極限值決定的。目前，絕大多數(shù)膜元件的標準產(chǎn)水率為 15%，*大不超過 19%。實際使用中，為了降低膜元件的污染速度，保證膜元件的使用壽命，設(shè)計的產(chǎn)水率往往更低一些。但是為了減少系統(tǒng)濃縮水(廢水)的排放，在許多家用小型凈化系統(tǒng)中設(shè)計了較高的產(chǎn)水率。這樣的結(jié)果從表面看系統(tǒng)節(jié)約了部分自來水資源，但卻影響了 RO 膜的壽命及過濾效果，反而增加了用戶的使用維護成本。由此可知，在設(shè)計小型凈化裝置時，不要追求過高的產(chǎn)水率，要做系統(tǒng)的整體優(yōu)化設(shè)計。
凈化效率受到自來水原水質(zhì)量，增壓泵壓力、環(huán)境溫度和排放閥的開度等參數(shù)的影響。凈水器生產(chǎn)單位或銷售商用單一的產(chǎn)水率來評價凈化系統(tǒng)并不十分科學，更重要的指標是 RO 膜的使用壽命和更換周期。
圖 4 是 RO 膜凈化裝置的增壓泵壓力與產(chǎn)水量的關(guān)系曲線。在其它條件不變時，給水壓力增大，可以提高純水產(chǎn)水量。圖 5 是排放閥的排放壓力(與開度成反比)與廢水流量的關(guān)系曲線，在其它條件不變時，排放壓力越高(排放閥的開度越小)則廢水越少。
煩透2.jpg
實驗結(jié)果表明：可以用增大給水泵壓力或減小排放閥的開度的 措施來減少廢水的排除，提高凈化效率。但要兼顧 RO 膜所能夠承受的壓力和產(chǎn)水率指標，將廢水比設(shè)定在 3-5 左右，要綜合考慮各種影響因素，提高系統(tǒng)的綜合指標。另外排除的廢水雖然不能飲用,但仍可以用來洗衣服，洗車，澆花，擦地等，做到充分利用每一滴水資源。
4.結(jié)論
如何使系統(tǒng)的設(shè)計*優(yōu)化，既能得到合格的高品質(zhì)的純凈水，又能使充分利用水資源，實現(xiàn)節(jié)約用水，*大程度的延長反滲透膜的使用壽命，已成為凈水系統(tǒng)設(shè)計者的工作目標和努力方向。市場上有多種自來水凈化設(shè)備，過濾效果和價格也千差萬別,用戶在選用時應(yīng)根據(jù)自身的需要和經(jīng)濟條件，選用適合自己的凈水設(shè)備。
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