反渗透膜分离制高纯水实验报告反渗透（Reverse Osmosis, RO ）技术是20世纪60年代发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术，它借助外加压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某些溶质，是一种分离、浓缩和提纯的有效手段。

由于反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、耗费低等特点，在诸多水处理技术中，反渗透被认为是最先进的方法之一，发展十分迅速，已广泛应用于海水、苦咸水淡化、工业污水处理、纯水和超纯水制备领域。

高纯水主要在电子工业、医药工业以及实验室分析使用，按国标GB/T11446.1-1997规定， 电子级水分为四级，即EW-I 、EW-II 、EW-III 和EW-IV ，其电阻率指标分别为≥18cm M ⋅Ω、≥15cm M ⋅Ω、≥12cm M ⋅Ω、≥0.5cm M ⋅Ω。

一． 实验目的(1) 熟悉反渗透法制备超纯水的工艺流程； (2) 掌握反渗透膜分离原理及操作技能； (3) 了解测定反渗透膜分离的主要工艺参数; (4) 掌握利用电导法确定盐浓度的方法。

二．实验原理工业化应用的膜分离包括微滤（Microfiltration ，MF ）、超滤（Ultrafiltration, UF ）、纳滤（Nanofiltration, NF ）、反渗透（RO ）、渗透汽化（Pervaporation, PV ）和气体分离（Gas Separation, GS ）等。

根据分离对象和要求，选用不同的膜过程。

图1 膜截留示意图反渗透膜通常认为是表面致密的无孔膜，可截留1-10Å小分子物质，反渗透膜能截留水体中绝大多数的溶质。

反渗透净水就是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从含有多种无机物、有机物和微生物的水体中，提取纯净水的物质分离过程。

其原理如图1。

图2 反渗透与渗透现象如图（a ）所示，用半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的液位上升，直到某一高度，此所谓渗透过程。

如图(b)所示，当渗透达到动态平衡状态时，半透膜两侧存在一定的水位差或压力差，此为指定温度下溶液的渗透压N 。

如图(c)所示，当咸水一侧施加的压MF UFNFR O 分散颗粒 高分子 离解酸 二价盐、糖 未离解酸一价盐力P大于该溶液的渗透压N，可迫使渗透反向，实现反渗透过程。

此时,在高于渗透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高,超过纯水的化学位，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，使咸水得到淡化，这就是反渗透脱盐的基本原理。

通常，膜的性能是指膜的物化稳定性和膜的分离透过性。

膜的物化稳定性的主要指标是：膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的PH范围，以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性等。

膜的分离透过性指在特定的溶液系统和操作条件下，脱盐率、产水流量和流量衰减指数。

根据膜分离原理，温度、操作压力、给水水质、给水流量等因素将影响膜的分离性能。

三．实验内容反渗透膜是实现反渗透的过程的关键，要求具有较好的分离透过性和物化稳定性。

反渗透膜的分离透过性可用以下几个参数来描述：1.溶质分离率（脱盐率）R式中，2.溶剂透过速率（水通量）J w式中，3.水的回收率Y式中，/h/h/h4.浓缩倍数C F本实验主要实验内容是：a) 测定不同进料流速对膜分离效率的影响，即在同一操作压力下，改变总进料速度，记录不同的浓缩液流速、透过液流速及出口纯水电阻值； b) 计算水通量，作出J – θ 曲线； c) 计算出脱盐率和回收率；d) 分析操作条件变化对反渗透效果的影响。

四．实验装置与设备 4.1 实验流程本装置采用反渗透膜过滤与离子交换技术相结合，以城市自来水为原料，制备超纯水供实验室特殊分析使用，出水水质可自动检测，装置操作简单，稳定性好，具有很高的实用价值。

理想的反渗透膜应耐化学和微生物侵蚀，使之在运行过程中膜的分离性能和机械性能保持稳定。

因此，反渗透净水工艺不是单一的反渗透脱盐过程，还应包括预处理过程，就是通过一些物化手段去除原水中的悬浮物和胶体等杂质，使其满足反渗透膜处理的进水要求，保护反渗透膜的正常使用。

同时，经过反渗透膜脱盐，水的脱盐率可超过95%，但透过液中还存在一定浓度的离子，其电导率、TOC 指标一般还达不到高纯水要求，工业上通常采用混床树脂处理，对水中剩余的阴阳离子进行交换，使水进一步得到净化。

最后，采用紫外杀菌，可降低水中的TOC 。

本实验以自来水为原水，设计了预处理（活性炭、精滤）、反渗透脱盐、混床树脂处理及紫外线杀菌等净化单元，研究了自来水深度处理的反渗透净水工艺。

流程示意图如图1所示。

装置流程图如图4所示。

图4 反渗透膜分离制高纯水装置流程图4.2 主要设备精过滤；(1)自来水预过滤器：10英寸活性炭预过滤和5m(2)原料储槽：容积50升，材质ABS工程塑料；(3)Y预过滤器：材质工程塑料，进口；(4)增压泵：型号FLUID-O-TECH 1533，进口；(5)压力控制器：型号Fannio FNC-K20；(6)反渗透膜组件：2521型低压反渗透膜，纯水通量40-45L/H，脱盐率≥98%(7)膜壳：2521型不锈钢膜壳；(8)电导仪：型号(9)流量计：规格10－（10）紫外杀菌器：在线流过式杀菌器；（11）核级混合树脂床，约3公斤；（12）管道及阀门：UPVC管阀；（13）不锈钢电控柜及不锈钢支架。

五．实验操作步骤1.关闭系统排空阀，打开净水出口阀⑥、超纯水出口阀⑦；2.接通自来水与预过滤系统，过滤水进入储槽；3.接通电源，打开总电源开关；4. 打开泵回路阀①、浓水旁路阀②，将浓水流量阀③调至最大；5. 储槽中有一定水位高度后开启输液泵，取储槽中水样，测定其电导率6. 水正常循环后（注意排气），逐步关闭泵回路阀①和浓水旁路阀②，调节压力阀③，使系统压力（膜进口压力）控制在1.0-1.5Mpa 内某一值； 7. 若制备超纯水，切换阀④到混合树脂床，纯水可单独收集，打开浓水出口阀⑤，浓水直接排放，调节一定的自来水进水流速，保持储槽内水位基本不变；8. 稳定20~30分钟后出口水质基本稳定，记录出口纯水电阻值，同时记录浓缩液、透过液流量，计算回收率（混合树脂床中若有空气会影响超纯水质，缓慢打开树脂柱上方排气口进行排气，重新装填树脂或运输后可能夹带空气）；9. 适当打开泵回路阀①，改变总进料速度，重复第6~8操作步骤，比较3个不同流量下超纯水的水质变化；10. 若制备无菌净水，切换阀④到紫外杀菌器，打开紫外杀菌电源，可得到无菌净水；11. 停车时，先打开压力调节阀③、旁路阀②及泵回路阀①，使系统压力小于0.2 Mpa ，再关闭输液泵及总电源，随后关闭自来水进水。

六．实验数据记录及处理1. 给水流速：P M F Q Q Q +=2. 脱盐率：3. 水通量：4. 纯水回收率%100%100⨯+=⨯=P M PFp Q Q Q Q Q NQ F 、Q P 、Q M 分别表示平均给水流量、透过液流量速、浓缩液流速。

1.温度：18℃；自来水电导率：296μs/cm ；操作压力：0.6MPa2.该实验以重碳酸盐水 C p =0.8382e 0.0001828t2-0.032t σ1.0809=12.08mg/L以实验序号1为例，进行计算：水通量J w =L/(m 2•h)脱盐率R=（1—-）x100%=（1—-98.27%水的回收率Y=Q P Q F x100%=Q P Q P +Q M x100%=5454+2.8x60 =54222 =24.32%浓缩倍数C F =Q F Q M =11-Y =1.32（MPa ） （L/h ） 量(L/h) 率（Ω·m ） 1 0.4 254.6 29 11.39 154.08 2 0.6 228.0 54 23.68 155.04 3 0.8 191.0 77 40.31 156.01B ．纯水操作条件对反渗透膜效果影响查阅资料得：RM-220型号电导率仪的电极常数为K= 0.01 cm-1，电阻 R=ρK 1.回收率～纯水电阻值的关系曲线2.水通量～时间的关系曲线实验序号 操作压力（MPa ） 给水流速 （L/h ） 透过液流量(L/h) 回收率（%） 纯水电阻率（Ω·m ）纯水电阻（Ω）1 0.4 250.0 28 11.20 79.18 79.182 0.6 230.0 50 21.74 88.42 88.423 0.8 200.0 74 37.0 110.38 110.38六.注意及维护事项1.活性炭预过滤芯、聚丙烯预过滤芯首次使用，应先接通自来水，冲洗5-8分钟后方可接入水槽，避免污染系统；2.膜组件首次使用，应用低压清水（≦0.2MPa）清洗20～30分钟，去除其中的防腐液，同时切换阀④到紫外杀菌，避免清洗液污染混合树脂；3.储槽储水量不要过少并保持内壁清洁，较长时间（10天以上）停用时，在反渗透组件中充入1％甲醛水溶液作为保护液（保护液主要用于膜组件内浓缩液侧），防止系统生菌，保持膜组件润湿，寒冷季节应注意系统防冻；4.为确保水质，定期更换预过滤系统的各种滤芯，反渗透膜、树脂、紫外灯管亦为耗材，根据实际用水情况而更换(一般情况下反渗透膜每天使用6小时，可连续使用150天，3公斤树脂可满足3吨处理量，可满足出水水质≥10ΩM)；⋅5.本装置设置压力控制器，当系统压力大于1.6Mpa时，会自动切断输液泵电流并停机；6.管道如有泄漏，请立即切断电源和进料阀，待更换管件或用专用胶水粘结后（胶水粘结后需固化4小时）方可使用。

7.增压泵启动时，请注意泵前管道充满液体，以防损坏，如发生上述现象，请立即切断电源，短时间内空转，不一定会损坏泵。

七．结果及讨论1. 分析超纯水水质随回收率变化的原因？答：纯水电阻值随着回收率的增大而增大，原因：操作压力增大，透过液流量增大，透过液离子浓度减小，电阻值增大。

2.结合反渗透脱盐与离子交换技术，说明本工艺的优点？答：在高于渗透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高,超过纯水的化学位，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，使咸水得到淡化；经过反渗透膜脱盐，水的脱盐率可超过95%，但透过液中还存在一定浓度的离子，其电导率一般还达不到高纯水要求，通常采用混床树脂处理，对水中剩余的阴阳离子进行交换，使水进一步得到净化。

本实验脱盐率在98%以上。

3. 反渗透膜是耗材，膜组件受污染后有哪些特征？答：透过液的回收率降低，制得高纯水电导率升高。

4.常规的树脂再生，是如何实现的？答：一阳离子交换树脂A 清水清洗：新树脂装柱后，应先用常温清水（50～60℃的热水更佳）流动清洗或浸洗至出水清澈和不带颜色或泡沫很少时为止。