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張智　張麗穎　張德友?。ㄖ袊?guó)第一汽車集團(tuán)公司車箱廠）

        涂裝行業(yè)所用純水的制造方法，歷來是以離子交換法為主的。但是，近年來，隨著半導(dǎo)體、生物工程及醫(yī)藥行業(yè)對(duì)純水及超純水要求的不斷提高，反滲透（Reverse  Osmosis　簡(jiǎn)稱RO）法制純水以其操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、維修更換等特點(diǎn)，正在以驚人速度發(fā)展，特別是低壓復(fù)合反滲透膜的開發(fā)應(yīng)用，使其脫鹽率已達(dá)99%以上，工業(yè)化價(jià)值越來越大，進(jìn)一步促進(jìn)了反滲透技術(shù)的推廣應(yīng)用。目前反滲透法或它與離子交換相互結(jié)合的方法，向單純離子交換法制純水提出了強(qiáng)烈地挑戰(zhàn)，有取而代之趨勢(shì)。

        一　反滲透（RO）法制純水工藝與設(shè)備

        １．反滲透（RO）法的原理及特點(diǎn)

        RO法是利用半透膜在壓力作用下，對(duì)溶液中水和溶質(zhì)進(jìn)行分離的一種方法。

        當(dāng)不同濃度的溶液被半透膜間隔時(shí)，依自然現(xiàn)象，濃度較低的溶液會(huì)往濃度較高的一側(cè)滲透。純水往鹽水方向滲透就是典型的例子。但如果在鹽水的一方施加足夠的壓力（亦即大于滲透壓），那么就會(huì)產(chǎn)生鹽水往純水方向滲透的反?，F(xiàn)象。這種現(xiàn)象就稱為反滲透或逆滲透。反滲透技術(shù)的特點(diǎn)是液體對(duì)液體的分離技術(shù)過程中無相的變化，屬物理分離。在用反滲透法制取純水時(shí)能將自來水中的98%以上鹽類及微生物完全除去。用反滲透法制純水的工作壓力一般為1.2-3.5Mpa左右。

        RO膜分為醋酸纖維系膜和非醋酸纖維系膜兩大類，而非醋酸纖維系膜又分為合成高分子膜和復(fù)合膜兩大類別，目前復(fù)合膜發(fā)展快，在很多領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。

        同超濾膜（UF膜）一樣，RO膜可做成板式、卷式、中空纖維式和管式組件（不同型式膜組件特點(diǎn)列于表１中），供不同領(lǐng)域選用，目前使用較多的是卷式組件。

        ２．反滲透（RO）法制純水工藝

        有直接制取和與離子交換裝置配套制取兩種工藝：

        （1）反滲透（RO）法直接取代離子交換法制造純水，其工藝流程為：

        （2）RO法和離子交換法相結(jié)合制純水，即RO裝置做為離子交換系統(tǒng)的前處理，預(yù)處理掉大部分雜離子，減輕離子交換裝置的負(fù)擔(dān)，大大延長(zhǎng)離子交換樹脂的再生周期，其工藝流程為：

        究竟選用哪一種工藝制造純水，取決于當(dāng)?shù)刈詠硭乃|(zhì)（主要是電導(dǎo)率指標(biāo)）和所需純水的電導(dǎo)率指標(biāo)。目前，較先進(jìn)的RO膜其脫鹽率可達(dá)99%以上。以我廠涂裝車間為例：當(dāng)?shù)刈詠硭妼?dǎo)率在（270-340）μs/cm范圍內(nèi)，涂裝工藝要求供純水的電導(dǎo)率小于10μs/cm。我們選用配備進(jìn)口膜組件的RO裝置直接代替離子交換裝置，一次出水電導(dǎo)率在3-4μs/cm之間，滿足了工藝要求。

表１　不同型式RO組件的特性

        當(dāng)選擇RO與離子交換相結(jié)合方法制純水工藝時(shí)，即RO作為離子交換系統(tǒng)的前處理，RO可以處理大部分雜離子有機(jī)物及微生物，為后續(xù)的離子交換設(shè)備減輕負(fù)擔(dān)，同時(shí)減輕細(xì)菌微生物對(duì)離子交換樹脂的污染。只要RO膜的脫鹽率達(dá)到97%以上，至少可延長(zhǎng)離子交換系統(tǒng)再生周期30倍以上。

        ３．RO法制純水設(shè)備

        單純的RO純水設(shè)備主要包括四部分：前處理系統(tǒng)、RO主機(jī)、反洗系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

        前處理系統(tǒng)對(duì)RO純水設(shè)備是非常重要的，RO膜的使用壽命取決于前處理系統(tǒng)。一般情況下，對(duì)進(jìn)入RO主機(jī)的供水質(zhì)有一定的要求：

        （1）進(jìn)水溫度：5-40℃；（2）PH值：2-11；（3）游離氯：＜0.1mg/L；

        （4）化學(xué)耗氧量：＜2mg/L（KMnO4）；（5）污染指數(shù)（SDI）：＜４。

        前處理系統(tǒng)是保證供水水質(zhì)，尤其是要保證供水的SDI在４以下，針對(duì)４μm以下的顆粒，采用加絮凝劑，防止其穿過濾層．它主要包括供水泵、砂過濾器、活性碳過濾器及微生物過濾器。

        RO主機(jī)主要由多級(jí)高壓泵和RO組件通過串、并聯(lián)組成，它是RO純水裝置的心臟部分。

        反洗系統(tǒng)是備用設(shè)施，用來對(duì)RO膜進(jìn)行清洗。當(dāng)膜表面沉積較多的微生物和雜質(zhì)時(shí)，會(huì)影響RO膜的透水量，這時(shí)在反洗系統(tǒng)中加入專用的藥液，對(duì)膜進(jìn)行清洗，去除微生物及雜質(zhì)，使其恢復(fù)原來的透水量。

        控制系統(tǒng)用來保證各部分正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有低壓和高壓保護(hù)裝置，防止高壓泵無水空轉(zhuǎn)及RO組件在過高壓力下運(yùn)行。

        二、新開發(fā)的RO法制純水裝置的使用情況

        我廠與國(guó)內(nèi)某凈水公司聯(lián)合設(shè)計(jì)開發(fā)的5t/hRO純水設(shè)備（見照片及工藝流程圖1），于96年5月在我廠輕卡涂裝車間投入使用，代替了老式的離子交換設(shè)備。一年來的使用證明，該設(shè)備出水量和水質(zhì)穩(wěn)定（參見圖2、3、        4），出水電導(dǎo)率在3-4μs/cm，脫鹽率高，所得純水水質(zhì)（見表2）

        完全滿足涂裝工藝對(duì)純水水質(zhì)的要求（電導(dǎo)率小于10μs/cm），此外，該設(shè)備操作簡(jiǎn)單，維修也很方便。

表2  水質(zhì)分析結(jié)果報(bào)表

        新開發(fā)的RO法制純水裝置的主要構(gòu)件（反滲透膜、泵、計(jì)量泵及儀表）還是進(jìn)口，其中反滲透組件是選用美國(guó)DOW公司的FILMTEC膜，型號(hào)BW30-330，操作壓力1.6Mpa,最高壓力4.1Mpa。

        裝置的設(shè)計(jì)依據(jù)及指標(biāo)：水源-長(zhǎng)春自來水（見表2），其含鹽量TDS約在210mg/L，溶液的滲透壓可以忽略。設(shè)計(jì)指標(biāo)：脫鹽率96-98%，額定產(chǎn)水量5M3/h，回水率75%。

        為了延長(zhǎng)RO組件的壽命，維持穩(wěn)定的出水量和脫鹽率。使用中要注意以下幾項(xiàng)：

        １.每天測(cè)試一次經(jīng)前處理后供RO機(jī)組水的污染指數(shù)，確保指數(shù)小                                                                                于4。

        ２.停運(yùn)一周以上時(shí)，每天要運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備0-1小時(shí)，停運(yùn)一個(gè)月以上時(shí)，用純水配制1%甲醛溶液對(duì)RO組件進(jìn)行保護(hù)處理。

        ３.RO純水設(shè)備出水量是在２５℃時(shí)給定的，當(dāng)水溫降低時(shí)，對(duì)出水量影響較大，此時(shí)為獲得恒定出水量，要對(duì)RO組件操作壓力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。

        ４.嚴(yán)格按操作規(guī)程步驟進(jìn)行操作。 

        三、反滲透（RO）法與離子交換法制純水的對(duì)比

        RO法制純水是通過膜分離方法除雜質(zhì)和離子的，它可以有效地去除那些不帶電荷的微粒子、膠體、微生物、有機(jī)物等。而離子交換法卻無法做到這一點(diǎn)，它只能去除帶電荷的離子。另外，RO法制純水不像離子交換法那樣周期性地用氫氧化鈉和鹽酸來再生處理離子交換樹脂，從而沒有含酸、堿的廢水排放，利于環(huán)境保護(hù)。

        RO法制純水較大的缺點(diǎn)是水的利用率較離子交換法低，因?yàn)樗?0-25%的濃縮水要排放。對(duì)這部分濃縮水要加以利用。例如：在涂裝車間可用于補(bǔ)充冷卻循環(huán)系統(tǒng)用水，沖刷設(shè)備、地面和廁所用水。

        RO法制純水綜合成本要比離子交換法低。據(jù)資料介紹美國(guó)通用汽車公司某工廠25m3/h純水設(shè)備，每天運(yùn)轉(zhuǎn)20小時(shí)，采用ro法比離子交換法

        每天節(jié)約資金223.51美元，日本某公司日產(chǎn)100m3純水設(shè)備（每天運(yùn)轉(zhuǎn)20小時(shí)，每年300天），RO法比離子交換法制純水每立方米成本低70日元．我廠涂裝車間5t/h純水設(shè)備，用RO法代替離子交換法后，通過1年使用看，年降低成本14萬元左右．杭州華新凈水有限公司和我廠對(duì)兩種制純水的方法作為認(rèn)真的經(jīng)濟(jì)分析，造水成本RO法便宜3.0元/M３，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益對(duì)比列于表３中．

表３　兩種純水制取法對(duì)比表（產(chǎn)水量5m3/h）

       四、　結(jié) 語

       一年來的使用證明，RO法制純水工藝上完全可行，用它取代離子交換法制純水，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，避免了含酸堿水排放，降低了制水成本．隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，反滲透（RO）膜質(zhì)量在逐年提高，膜組件成本在逐年下降，不久的將來RO法純水設(shè)備終將取代單純的離子交換設(shè)備，在涂裝行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。

 1997年5月     長(zhǎng)春

       編者評(píng)語：本論文中介紹的一汽車箱廠和國(guó)內(nèi)某凈水公司聯(lián)合開發(fā)的國(guó)產(chǎn)RO純水裝置的性能和所制純水水質(zhì)已達(dá)到或優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品（請(qǐng)參見下列資料作對(duì)比）。

       日本伸榮化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式社開發(fā)的RO法制純水裝置“SUPER　　MEMBRANE”特長(zhǎng)：

       １）對(duì)自來水的脫鹽約90%以上，除脫鹽外，能除去COD、TOC、膠體、菌類、微粒子等10A°程度的物質(zhì)。

       ２）比原來的RO膜的操作壓力低，可在15Kgf/cm2下運(yùn)行。

       ３）膜材質(zhì)是聚酰胺（ポりアシド）系的復(fù)合膜，卷式，使用PH范圍廣，耐氧化劑（氯和過氧化氫等）性有改善。

其運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)例列于下表中：

       RO透過水的主要用途：表面處理（涂裝和電鍍）：洗凈用水、

       鍋爐用水、加濕器用補(bǔ)給水、醫(yī)藥用水等。