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1. 二級(jí)反滲透膜污染來源
對(duì)于二級(jí)反滲透而言， 由于進(jìn)水水質(zhì)較好， 故諸如有機(jī)物微生物等膜污染很少見， 另外， 由于難溶鹽含量也較少，結(jié)垢傾向也比較小。因此，對(duì)于二級(jí) RO 而言， 主要的問題來自于濃差極化的影響。

 

2. 濃差極化對(duì)反滲透性能的影響
反滲透分離過程中， 水分子透過以后， 膜界面中含鹽量增大， 形成較高的濃水層， 此層與給水水流的濃度形成很大的濃度梯度，這種現(xiàn)象稱為膜的濃差極化（ concentration polarization） 。 由于濃差極化現(xiàn)象增大了膜兩側(cè)的滲透壓， 在同等工作壓力作用下， 系統(tǒng)的凈驅(qū)動(dòng)壓減小， 與凈驅(qū)動(dòng)壓成正比的水通量將下降。 與此同時(shí)， 由于濃差極化現(xiàn)象增大了膜兩側(cè)的鹽濃度差， 與鹽濃度差成正比的鹽通量將上升。 因此， 濃差極化現(xiàn)象將使反滲透系統(tǒng)的水通量下降及透鹽率上升。
研究表明： 濃差極化現(xiàn)象存在一個(gè)建立過程， 膜表面的鹽濃度梯度隨運(yùn)行時(shí)間逐步建立， 梯度值逐漸增高， 極化層漸厚， 系統(tǒng)性能持續(xù)下降。

 

3. 減小濃差極化的手段
當(dāng)前， 為了降低濃差極化， 其中一個(gè)主要手段是停機(jī)時(shí)候進(jìn)行低壓沖洗， 確保膜表面的鹽濃度與主體濃度一致。有研究表明反滲透系統(tǒng)在不同β值條件下運(yùn)行 180 分鐘后， 通過沖洗其脫鹽率及產(chǎn)水量恢復(fù)時(shí)間也不同（ 見下圖） 。 該圖表明濃差極化系數(shù)保持在 1.2 以內(nèi)時(shí)，通過 1-2 分鐘的短時(shí)沖洗可以得到恢復(fù)； 而濃差極化系數(shù)大于 1.2 時(shí)， 用沖洗手段恢復(fù)性能所需時(shí)間不斷增加。

 

上圖同時(shí)說明系統(tǒng)濃差極化系數(shù)保持在合理范圍內(nèi)時(shí)， 系統(tǒng)運(yùn)行過程中適時(shí)適量的沖洗對(duì)于*穩(wěn)定地保持能非常重要。

 

 

 

反滲透系統(tǒng)濃差極化因子計(jì)算
濃差極化因子（ β） 可以簡(jiǎn)單定義為膜表面鹽濃度（ Cs） 與本體溶液鹽濃度（ Cb） 的比值：β= Cs/ Cb

通常產(chǎn)水通量的增加會(huì)增加邊界層的鹽濃度，從而增加 Cs； 而給水流量的增加會(huì)增大膜表面流速， 削減邊界層的厚度。 因此 β 值與產(chǎn)水流量成正比， 與平均進(jìn)水流量成反比。 平均進(jìn)水流量采用進(jìn)水量和濃縮液流量的算術(shù)平均值計(jì)算， β 值可以進(jìn)一步表達(dá)為膜元件產(chǎn)水回收率的函數(shù)。
另外， 從上述公式我們可以發(fā)現(xiàn)： 不管進(jìn)水含鹽量大與小， 只要存在濃縮分離過程， 濃水側(cè)含鹽量肯定會(huì)大于給水主體側(cè)含鹽量， 也就說二級(jí)反滲透也會(huì)發(fā)生濃差極化。
我們假設(shè)反滲透進(jìn)水含鹽量為 100ppm， 分別對(duì)于一級(jí)反滲透和二級(jí)反滲透β進(jìn)行粗略計(jì)算：
對(duì)于普通的苦咸水一級(jí)反滲透系統(tǒng)而言， 如果單支膜的zui大回收率限制在 15%內(nèi)， 那么濃水側(cè)含鹽量應(yīng)該為100×（ 1/（ 1-0.15）） ppm =118ppm，此時(shí)β=118/100=1.18。 大部分一級(jí)反滲透系統(tǒng)回收率為 75%， 也就是濃縮了 4倍， 此時(shí)給水到達(dá)zui后一只膜元件時(shí)其含鹽量已經(jīng)接近 400ppm；對(duì)于二級(jí)反滲透系統(tǒng)而言，如果單支膜的zui大回收率限制在 30%內(nèi)， 那么濃水側(cè)含鹽量應(yīng)該為 100×（ 1/（ 1-
0.3）） ppm=143ppm，此時(shí)β=143/100=1.43。大部分二級(jí)反滲透系統(tǒng)回收率為 85%，也就是濃縮了 6.67 倍， 此時(shí)給水到達(dá)zui后一只膜元件時(shí)其含鹽量已經(jīng)接近 667ppm。反滲透膜廠家對(duì)于系統(tǒng)濃差極化因子有上限規(guī)定， 其與回收率有關(guān)。 比如 DOW 規(guī)定單支苦咸水淡化膜元件zui大回收率不超過 15%（ 不同水質(zhì)有上下波動(dòng)） ， 二級(jí)反滲透系統(tǒng)單支膜元件zui大回收率不超過 30%， 其依次對(duì)應(yīng)了一級(jí)反滲透的 β＜1.18，二級(jí)反滲透的 β＜1.43。 而海德能公司在反滲透計(jì)算書中則明確規(guī)定一級(jí) RO 的 β＜1.2， 二級(jí)RO 的 β＜1.4。

 

5. 二級(jí) RO 有沒有必要進(jìn)行低壓沖洗
上面我們分析了濃差極化與回收率的關(guān)系， 也看出了其不管進(jìn)水含鹽量大或小， 都存在于反滲透濃縮分離過程中。 既然低壓沖洗可以稀釋膜表面的濃度， 使邊界層濃度與給水主體濃度近視一致， 那么我們建議對(duì)二級(jí)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行低壓沖洗。
那么什么時(shí)候停機(jī)時(shí)可以不對(duì)二級(jí) RO 進(jìn)行低壓沖洗呢？
1） 二級(jí)反滲透濃水側(cè)無難溶鹽結(jié)垢傾向時(shí)；
2） 系統(tǒng)回收率足夠低，確保單支膜元件回收率遠(yuǎn)小于 30%（ 特別是系統(tǒng)zui后一支膜元件的回收率） ；
3） 系統(tǒng)基本上每天會(huì)運(yùn)行， 不會(huì)超過 1 周停運(yùn)；
4） 進(jìn)水含鹽量不能太高， 如果含鹽量太高， 造成自然滲透時(shí)， 那么會(huì)形成另外一種破壞： 由于自然滲透導(dǎo)致背壓， 以至于膜片剝離（ 此種現(xiàn)象在海水淡化中尤其會(huì)出現(xiàn)） 。我們可以假設(shè)進(jìn)水溫度為 20℃， 假設(shè)淡水含鹽量略等于零， 考慮膜元件承受的zui大滲透壓為 0.3bar，那么根據(jù)滲透壓計(jì)算的粗略公式∏=Cfc(T+320)/491000bar（ Cfc:進(jìn)水含鹽量， T： 進(jìn)水溫度℃） 可以得出： Cfc(20+320)/491000bar≤0.3bar，那么 Cfc≤433.2mg/L。也就說： 對(duì)于高含鹽量進(jìn)水的二級(jí) RO， 即使不考慮濃差極化， 考慮自然滲透導(dǎo)致的背壓破壞， 當(dāng)膜表面含鹽量大于 433.2mg/L 時(shí)也需要低壓沖洗， 盡可能降低濃水側(cè)和淡水側(cè)的濃度差（ 即降低滲透壓差） 。 但此時(shí)的低壓沖洗與前面所說降低濃差極化是不同的目的。當(dāng)然，結(jié)合 2） 中的分析， 當(dāng)二級(jí) RO 系統(tǒng)回收率為 85%時(shí)（濃縮倍數(shù)為 6.67） ， 為了使zui后一支膜元件濃水端含鹽量不大于 433.2ppm 時(shí)（ 考慮投加氫氧化鈉后的含鹽量） ， 那么二級(jí) RO zui大進(jìn)水含量應(yīng)該為 433.2/6.67=64.95ppm；
理論上， 不管一級(jí)反滲透還是二級(jí)反滲透， 我們都應(yīng)該在停機(jī)時(shí)候進(jìn)行低壓沖洗， 但是結(jié)合多年工程經(jīng)驗(yàn)， 當(dāng)二級(jí)反滲透濃水側(cè)無結(jié)垢傾向， 回收率在合理范圍之內(nèi)時(shí)， 也可以不進(jìn)行低壓沖洗， 其對(duì)膜性能影響甚微。
綜上，當(dāng)二級(jí) RO 進(jìn)水含鹽量小于 64.95ppm（ 考慮投加氫氧化鈉后的含鹽量） ， 且無難溶鹽結(jié)垢傾向時(shí)， 而且不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)可以不進(jìn)行低壓沖洗。