反渗透

介绍

反渗透 (RO) 已为人所知一个多世纪，但直到 60 年代初开发出一种特殊膜时，它才成为商业化工艺。

因为反渗透在相对较低的温度下运行并且相对节能，所以它被用于各种应用，例如海水淡化、废水处理、矿物质回收、乳清和其他食品的浓缩以及水的净化。

近年来，反渗透越来越多地用于制造医院透析用处理水以及制药商生产某些化妆品和药物。除了这些应用之外，RO 还能够生产足够纯度的水，用作注射用水 (WFI) 和肠胃外溶液的制备 。

定义和工作原理

反渗透是一种在压力下使用膜将相对纯净的水（或其他溶剂）与纯度较低的溶液分离的过程。

当两种不同浓度的水溶液被半透膜隔开时，由于渗透压，水会朝着更浓溶液的方向穿过膜。如果对浓缩溶液施加足够的反压以克服渗透压，水流将反向。

渗透

反渗透

水分子可以在 RO 膜中形成氢键并融入膜基质中。通过氢键进入膜的水分子可以在压力下通过。

大多数分子量超过 100 的有机物质被筛掉，即油、热原和颗粒，包括细菌和病毒。

另一方面，盐离子被与离子化合价相关的机制排斥。离子被介电相互作用排斥；带较高电荷的离子被排斥到离膜表面更远的地方。

一价离子（例如氯离子）不会像二价硫酸根离子那样有效地被排除。常见离子盐的标称去除率为 85 - 98%。

膜

大多数商业制造的 RO 膜由醋酸纤维素、聚磺酸盐和聚酰胺制成。许多其他种类的由单一聚合物或共聚物制成的膜也可用于特定目的。

该膜由约 0.25 微米的表层和约 100 微米的支撑层组成。皮肤是主动屏障，主要允许水通过。

常用的反渗透结构有两种： 1. 螺旋缠绕---夹有网状垫片的膜片连接并缠绕在渗透管上；2.中空纤维。

这些模块中的任何一个都组装到压力外壳中。这两种类型的膜组件（渗透器）的示意图如下所示。

RO 模块（渗透器）的常见类型

一个典型的反渗透系统. 进水经过pH调节后的预过滤器，在设计压力下泵入膜组件。然后将产品水泵送到储罐中，并排出浓缩物 。

大多数带有醋酸纤维素膜的 RO 装置设计为在 55 F - 86 F. (13 C - 30 C) 之间运行。

在实践中，给水可能经过以下预处理中的任何一种或几种的组合：砂床、氯化器和保留罐、无烟煤过滤器、活性炭过滤器、脱气器、微滤器、中和器和去离子器，这取决于具体条件。

给水和所需的产水质量。由于水的条件可能会不时变化，因此必须进行充分的预处理，使进水的溶解固体和细菌水平，在预过滤后，可以控制在设计范围内。

对于肠胃外溶液，应考虑串联两个 RO 模块，主要是为了减少单价离子和细菌污染物。

运行 RO 系统中的一个主要问题是浓差极化或结垢，这是在进料侧（紧邻膜）处被拒绝的溶质逐渐积聚。冲洗循环通常用于减少堆积。

螺旋缠绕结构比中空纤维单元不易结垢。一个膜组件平均可以使用两到三年。非工作时间的关闭程序应确保最小流量和操作压力以定时的内部冲洗循环继续。

RO产水质量

通过反渗透产生的水中溶解固体的量大约是进水中溶解固体的百分比。

例如，当进水含有 300 ppm 的总溶解固体 (TDS) 时，产品水可能有 15 到 30 ppm（分别为 95% 和 90% 的拒绝率）。

RO 系统设计基于一定范围的给水 TDS、所需的排除百分比和回收百分比。

对于给定的系统，回收率越高或排除率越低，产水的质量就越差。带有去离子器和/或多个串联模块的 RO 净水系统可以产生含有低于 0.1 ppm TDS（电阻率约 1 兆欧-厘米）的水。

在定义肠胃外使用的水时，雷明顿 s Pharmaceutical Sciences 强调，除了满足 USP 热原标准外，还有几个可接受的总固体水平，可用于评估或分级特定应用的产品水。

USP 专论将 WFI 的总固体含量限制为 10 PPM。然而，为了避免干扰生产的稳定性问题，肠胃外药物行业通常将离子污染物的限值设定为 0.1 PPM 或更少。

现在可以从几家制造商处获得生产率从每天几加仑到几百加仑不等的模块化 RO 装置。

这些装置在正确操作时可以产生符合 USP XX 规定的 WFI 化学、微生物和热原测试的水。

RO系统的技术要求

RO系统的几个基本技术要求是：

给水应调节至适当的 pH 值并进行预过滤。预过滤后给水中的TDS和悬浮物含量应控制在设计范围内。

应监测给水和产水的微生物质量。当微生物质量水平超过时，应对该系统进行消毒。

在消毒之前，所有系统组件都应进行机械清洁。应进行适当的测试，以确保消毒中使用的化学品完全从系统中去除。