张智　张丽颖　张德友　（中国第一汽车集团公司车箱厂）

        涂装行业所用纯水的制造方法，历来是以离子交换法为主的。但是，近年来，随着半导体、生物工程及医药行业对纯水及超纯水要求的不断提高，反渗透（Reverse  Osmosis　简称RO）法制纯水以其操作简单、运行成本低、维修更换等特点，正在以惊人速度发展，特别是低压复合反渗透膜的开发应用，使其脱盐率已达99%以上，工业化价值越来越大，进一步促进了反渗透技术的推广应用。目前反渗透法或它与离子交换相互结合的方法，向单纯离子交换法制纯水提出了强烈地挑战，有取而代之趋势。

        一　反渗透（RO）法制纯水工艺与设备

        １．反渗透（RO）法的原理及特点

        RO法是利用半透膜在压力作用下，对溶液中水和溶质进行分离的一种方法。

        当不同浓度的溶液被半透膜间隔时，依自然现象，浓度较低的溶液会往浓度较高的一侧渗透。纯水往盐水方向渗透就是典型的例子。但如果在盐水的一方施加足够的压力（亦即大于渗透压），那么就会产生盐水往纯水方向渗透的反常现象。这种现象就称为反渗透或逆渗透。反渗透技术的特点是液体对液体的分离技术过程中无相的变化，属物理分离。在用反渗透法制取纯水时能将自来水中的98%以上盐类及微生物完全除去。用反渗透法制纯水的工作压力一般为1.2-3.5Mpa左右。

        RO膜分为醋酸纤维系膜和非醋酸纤维系膜两大类，而非醋酸纤维系膜又分为合成高分子膜和复合膜两大类别，目前复合膜发展快，在很多领域占主导地位。

        同超滤膜（UF膜）一样，RO膜可做成板式、卷式、中空纤维式和管式组件（不同型式膜组件特点列于表１中），供不同领域选用，目前使用较多的是卷式组件。

        ２．反渗透（RO）法制纯水工艺

        有直接制取和与离子交换装置配套制取两种工艺：

        （1）反渗透（RO）法直接取代离子交换法制造纯水，其工艺流程为：

        （2）RO法和离子交换法相结合制纯水，即RO装置做为离子交换系统的前处理，预处理掉大部分杂离子，减轻离子交换装置的负担，大大延长离子交换树脂的再生周期，其工艺流程为：

        究竟选用哪一种工艺制造纯水，取决于当地自来水的水质（主要是电导率指标）和所需纯水的电导率指标。目前，较先进的RO膜其脱盐率可达99%以上。以我厂涂装车间为例：当地自来水电导率在（270-340）µs/cm范围内，涂装工艺要求供纯水的电导率小于10µs/cm。我们选用配备进口膜组件的RO装置直接代替离子交换装置，一次出水电导率在3-4µs/cm之间，满足了工艺要求。

表１　不同型式RO组件的特性

        当选择RO与离子交换相结合方法制纯水工艺时，即RO作为离子交换系统的前处理，RO可以处理大部分杂离子有机物及微生物，为后续的离子交换设备减轻负担，同时减轻细菌微生物对离子交换树脂的污染。只要RO膜的脱盐率达到97%以上，至少可延长离子交换系统再生周期30倍以上。

        ３．RO法制纯水设备

        单纯的RO纯水设备主要包括四部分：前处理系统、RO主机、反洗系统和控制系统。

        前处理系统对RO纯水设备是非常重要的，RO膜的使用寿命取决于前处理系统。一般情况下，对进入RO主机的供水质有一定的要求：

        （1）进水温度：5-40℃；（2）PH值：2-11；（3）游离氯：＜0.1mg/L；

        （4）化学耗氧量：＜2mg/L（KMnO4）；（5）污染指数（SDI）：＜４。

        前处理系统是保证供水水质，尤其是要保证供水的SDI在４以下，针对４µm以下的颗粒，采用加絮凝剂，防止其穿过滤层．它主要包括供水泵、砂过滤器、活性碳过滤器及微生物过滤器。

        RO主机主要由多级高压泵和RO组件通过串、并联组成，它是RO纯水装置的心脏部分。

        反洗系统是备用设施，用来对RO膜进行清洗。当膜表面沉积较多的微生物和杂质时，会影响RO膜的透水量，这时在反洗系统中加入专用的药液，对膜进行清洗，去除微生物及杂质，使其恢复原来的透水量。

        控制系统用来保证各部分正常运转，有低压和高压保护装置，防止高压泵无水空转及RO组件在过高压力下运行。

        二、新开发的RO法制纯水装置的使用情况

        我厂与国内某净水公司联合设计开发的5t/hRO纯水设备（见照片及工艺流程图1），于96年5月在我厂轻卡涂装车间投入使用，代替了老式的离子交换设备。一年来的使用证明，该设备出水量和水质稳定（参见图2、3、        4），出水电导率在3-4µs/cm，脱盐率高，所得纯水水质（见表2）

        完全满足涂装工艺对纯水水质的要求（电导率小于10µs/cm），此外，该设备操作简单，维修也很方便。

表2  水质分析结果报表

        新开发的RO法制纯水装置的主要构件（反渗透膜、泵、计量泵及仪表）还是进口，其中反渗透组件是选用美国DOW公司的FILMTEC膜，型号BW30-330，操作压力1.6Mpa,最高压力4.1Mpa。

        装置的设计依据及指标：水源-长春自来水（见表2），其含盐量TDS约在210mg/L，溶液的渗透压可以忽略。设计指标：脱盐率96-98%，额定产水量5M3/h，回水率75%。

        为了延长RO组件的寿命，维持稳定的出水量和脱盐率。使用中要注意以下几项：

        １.每天测试一次经前处理后供RO机组水的污染指数，确保指数小                                                                                于4。

        ２.停运一周以上时，每天要运转设备0-1小时，停运一个月以上时，用纯水配制1%甲醛溶液对RO组件进行保护处理。

        ３.RO纯水设备出水量是在２５℃时给定的，当水温降低时，对出水量影响较大，此时为获得恒定出水量，要对RO组件操作压力进行适当调节。

        ４.严格按操作规程步骤进行操作。 

        三、反渗透（RO）法与离子交换法制纯水的对比

        RO法制纯水是通过膜分离方法除杂质和离子的，它可以有效地去除那些不带电荷的微粒子、胶体、微生物、有机物等。而离子交换法却无法做到这一点，它只能去除带电荷的离子。另外，RO法制纯水不像离子交换法那样周期性地用氢氧化钠和盐酸来再生处理离子交换树脂，从而没有含酸、碱的废水排放，利于环境保护。

        RO法制纯水较大的缺点是水的利用率较离子交换法低，因为它有20-25%的浓缩水要排放。对这部分浓缩水要加以利用。例如：在涂装车间可用于补充冷却循环系统用水，冲刷设备、地面和厕所用水。

        RO法制纯水综合成本要比离子交换法低。据资料介绍美国通用汽车公司某工厂25m3/h纯水设备，每天运转20小时，采用ro法比离子交换法

        每天节约资金223.51美元，日本某公司日产100m3纯水设备（每天运转20小时，每年300天），RO法比离子交换法制纯水每立方米成本低70日元．我厂涂装车间5t/h纯水设备，用RO法代替离子交换法后，通过1年使用看，年降低成本14万元左右．杭州华新净水有限公司和我厂对两种制纯水的方法作为认真的经济分析，造水成本RO法便宜3.0元/M３，其经济技术效益对比列于表３中．

表３　两种纯水制取法对比表（产水量5m3/h）

       四、　结 语

       一年来的使用证明，RO法制纯水工艺上完全可行，用它取代离子交换法制纯水，大大减轻了工人的劳动强度，改善了作业环境，避免了含酸碱水排放，降低了制水成本．随着科学技术的发展，反渗透（RO）膜质量在逐年提高，膜组件成本在逐年下降，不久的将来RO法纯水设备终将取代单纯的离子交换设备，在涂装行业中得到更广泛的应用。

 1997年5月     长春

       编者评语：本论文中介绍的一汽车箱厂和国内某净水公司联合开发的国产RO纯水装置的性能和所制纯水水质已达到或优于国外同类产品（请参见下列资料作对比）。

       日本伸荣化学产业株式社开发的RO法制纯水装置“SUPER　　MEMBRANE”特长：

       １）对自来水的脱盐约90%以上，除脱盐外，能除去COD、TOC、胶体、菌类、微粒子等10A°程度的物质。

       ２）比原来的RO膜的操作压力低，可在15Kgf/cm2下运行。

       ３）膜材质是聚酰胺（ポりアシド）系的复合膜，卷式，使用PH范围广，耐氧化剂（氯和过氧化氢等）性有改善。

其运转实例列于下表中：

       RO透过水的主要用途：表面处理（涂装和电镀）：洗净用水、

       锅炉用水、加湿器用补给水、医药用水等。