RO水处理系统

原理
RO（Reverse Osmosis）是利用RO膜的选择性，以膜两侧静压差为动力，克服溶剂（通常是水）的渗透压，允许溶剂通过而截留离子物质，对液体混合物进行分离的膜过程。进行RO分离过程有2个必要条件：一是外加压力大于溶液的渗透压力（操作压力一般为1.5~10.5MPa）；二是有一种高透水性、高选择性的半透膜。RO膜表面微孔孔径一般小于1nm，对绝大部分无机盐、溶解性有机物、溶解性固体、生物和胶体都有很高的去除率。
技术工艺
RO膜自身对进水的pH、温度以及特定的化学物质比较敏感，进水的水质严格要求pH值范围4~10，温度<40℃，淤泥密度指数SDI<5，游离氯<0.1mg·L-1，浊度<1，含铁量<0.1mg·L-1等。为了满足RO膜进水要求，原水在进入RO膜系统之前要进行预处理（沉降、混凝、微滤、超滤、活性炭吸收、pH调节等），然后经加压泵加压进入膜组件，在压力的作用下原水透过RO膜成为产水，而无机盐、有机物及微粒等被RO膜截留在膜的另一侧形成浓液。根据具体工艺的需求，浓液可被回收利用或者再处理。RO可以与超滤、纳滤等膜装置连用，组成集成膜装置。
发展
RO膜的发展大致经历了3个阶段。目前，我国常用的RO膜材料主要有醋酸纤维素膜（CA膜）、芳香聚酰胺膜（PA膜）和壳聚糖膜（CS膜）这3类。CA膜是运用早的膜材料，无臭、无味、，对光稳定，吸湿性强，但是CA膜的化学稳定性、热稳定性、压密性较差，而且易降解。PA膜是工业上常用的RO膜，具有物化稳定性，耐强碱、油酯、有机溶剂，机械强度好等优点，但是PA膜具有带电性，水中颗粒易在膜表面沉积，形成膜污染，缩短使用寿命。CS膜是天然高分子膜材料，、，能抗菌，碱土金属离子的脱除能力强，是更的硬水软化的RO膜，是一种极有潜力的膜材料，在国际受到的关注。
RO膜的新发展包括无机膜、杂化膜和新型有机膜。理论上，无机膜离子截留性能很高，但成本高，制备条件苛刻，不利于工业化应用；杂化膜融合了有机材料与无机材料的优点，在提高膜分离性能及抗污染方面有很好的应用前景，具有很大的发展潜力，有待进一步的理论研究；新型有机膜的制备还在初级阶段，主要目的是改善膜通量及化学稳定性，目前仍未获得突破性进展。
优势
在水处理中的应用
与其他传统分离工程相比，RO分离过程有其特的优势：
（1）压力是RO分离过程的主动力，不经过能量密集交换的相变，能耗低；
（2）RO不需要大量的沉淀剂和吸附剂，运行成本低；
（3）RO分离工程设计和操作简单，建设周期短；
（4）RO净化，环境友好。因此，RO技术在生活和工业水处理中已有广泛应用，如海水和苦咸水淡化、医用和工业用水的生产、纯水和超纯水的制备、工业废水处理、食品加工浓缩、气体分离等。 [3]
应用
海水和苦咸水淡化
20世纪60年代以来，RO脱盐已成为一种获取饮用水的重要途径，是解决淡水资源紧缺的一种有效方法。目前，RO脱盐技术主要应用在两个方面：海水淡化和苦咸水脱盐。
全世界海水淡化装置中约有30%是利用RO技术实现的，通过RO膜可除去海水中99%以上的盐离子，得到可饮用的淡水。以色列的RO海水淡化技术比较，2005年阿什克伦建造了当时世界上大的RO海水淡化装置，产水量为3.3×105m3·d-1，占到以色列全部水需求量的15%，产水成本约为0.53美元·m-3。我国大的RO海水淡化站位于大连市长海县，日产淡水1000m3，淡水成本6元·m-3。
苦咸水在我国北方地区分布较为广泛，含盐离子较多，可通过RO技术进行除盐淡化处理，达到饮用水标准。马莲河流域示范工程利用马莲河上游环江苦咸水资源，采用RO膜技术，建立1000m3·d-1苦咸水淡化工程，出水水质达到国家生活饮用水卫生标准，有效解决了环县城区5万居民饮水问题。杭州湾新区水厂]采用了超滤及RO组合设备处理当地水库的高盐水，投入运行1年多来出水水质稳定，符合国家饮水水质标准。何绪文、姚永毅、孙魏等均对苦咸水进行过RO处理的实验研究，系统脱盐率>95%，出水水质优于国家饮用水标准。
海水和苦咸水淡化是RO技术的传统应用领域，目前存在的问题仍然是操作压力偏高，能耗较大，另外海水中的Cl-对RO膜也有较大的污染，阻碍了RO技术在该领域的进一步推广。目前，低压、低能耗、抗污染、抗氧化的RO膜正在积极的研发之中，以便从根本上解决现在存在的问题。 [3]
纯水和超纯水的制备
清华紫光古汉集团衡阳制药厂采用RO+混床水处理技术改进了原来的全离子交换制水工艺，运行期间，产水增加，水质改善，大幅度降低了制水成本。此外，许多科研人员均对RO+电去离子法制取纯水进行了实验研究，达到了预期结果，证实了RO+电去离子法制取高纯水的可行性。
通过控制RO的级数可制取不同纯度脱盐水。随着RO级数的增加，脱盐水的纯度提高，但是出水量减少，水利用率降低，因此，RO装置连用一般不会超过二级，通常将RO与电去离子技术联用，不仅克服了RO出水不能除盐的不足，还可以提高电去离子装置的进水水质，防止电去离子设备损坏，提高整体净水效果。
工业废水处理
工业废水处理是除脱盐和纯水的制备领域外，RO技术应用多的一个领域。工业废水处理具有降低生产成本，保护环境，实现废水资源化等多重意义。由于RO膜对进水要求较高，运用RO技术对废水进行深度处理时，往往还要结合沉降、混凝、微滤、超滤、活性炭吸收、pH调节等预处理工艺。 [3]
1、重金属废水处理
RO技术在重金属废水处理中应用较早，国内外均对此进行了大量的研究。早在20世纪70年代，RO技术已经在电镀废水处理中有所应用，主要是大规模用于镀镍、铬、锌漂洗水和混合重金属废水的处理。
MohsenNiaa加入Na2EDTA对Cu2+和Ni2+离子进行螯合作用，然后通过RO过滤，对Cu2+和Ni2+的离子截留率可以提高至99.5%。Covarrubias、Bo-dalo等采用RO膜处理制革废水，结果表明，RO膜对皮革工业废水中的铬和有机物有很高的去除率。
长沙力元新材料股份有限公司采用膜分离技术浓缩电镀镍漂洗水，镍离子的截留率大于99%，经纳滤和两级RO浓缩后，浓缩液中镍离子浓度达到50g·L-1，透过液可经处理后再次回用。张连凯对印制电路板加工酸洗车间产生的重金属废水调节pH至中性后采用超滤+RO工艺进行中试，RO系统对Cu2+和溶解性总固体的去除率分别为99.9%和98.9%。
2、印染废水处理
印染纺织废水不仅色度高、水量大，而且成分十分复杂，废水中含有染料、浆料、油剂、助剂、酸碱、纤维杂质以及无机盐等，染料结构中还含有很多较大生物毒性的物质，如硝基和胺类化合物以及铜、铬、锌、砷等重金属元素，如不经处理直接排放，必将对环境造成严重污染。
曾杭城应用超滤+RO双膜技术处理印染废水，超滤能够有效地去除废水中大分子有机物，降低浊度，使进水水质达到RO膜的要求，经RO处理后，有机物和盐的去除率可分别达99%和93%以上，产水化学需氧量小于10mg·L-1，电导率小于80μS·cm-1，产水满足大部分印染工艺用水标准。钟璟采用中空纤维超滤膜和RO技术处理羊毛印染废水，操作压力为0.1MPa，流速为1500L·h-1的条件下，色度、含盐量等指标均有显著的降低，COD值、色度达标排放。
3、电厂循环废水处理
电厂循环冷却水系统对水的消耗量很大，占到纯火力发电厂用水的80%，热电厂用水的50%以上，对循环排放水进行回收处理，产水作为循环补充水或锅炉补给水系统的水源，不仅防止了对环境造成污染，还可以有效节约水资源，降低生产成本。
北京京丰天然气燃机联合循环电厂采用超滤+RO技术联合操作对电厂循环排污水进行处理，投运以来，RO系统运行良好，产水量68m3·h-1，电导率小于35μS·cm-1，脱盐率97%。邯郸钢铁集团有限责任公司电厂脱盐水站同样采用双膜法水处理工艺，经过超滤+二级RO+混床处理后的精脱盐水可供电厂锅炉及干熄焦使用，日产精脱盐水15000t。此外，郭青[39]在临沂发电有限公司，对超滤-RO组合工艺处理循环冷却排污水做了现场试验，RO系统各段运行压力平稳，产水满足回用的要求。陈颖敏采用连续微滤+RO技术对循环排污水进行预除盐，RO系统脱盐率达98%以上。
4、化工废水处理
采用离子交换法生产K2CO3的生产过程中，会产生大量的NH4Cl废水，为了节约用水和解决NH4Cl废水排放问题，张继臻采用选择离子交换、RO膜分离和低温多效闪蒸相结合的方法，将低浓度NH4Cl废水进一步浓缩回收，使废水由达标排放转变为全部回收利用，达到零排放。
石油化工废水成分复杂，除含有油、硫、苯、酚、氰、环烷酸等有机物以外，还含有金属盐、反应残渣等，污染物浓度高且难降解，水量及酸碱度波动较大，传统的水处理工艺很难达到资源回收再利用的目的。兰州石化公司于2006年新建的500t·h-1脱盐水装置，5年间运行稳定，脱盐率高，效果良好。李宇航采用超滤+RO双膜法进行了石化废水再生利用的中试，超滤系统产水SDI99%，终端产水达到循环冷却补水水质要求。
RO一般作为工业废水终端处理，对水中的无机盐、有机物、重金属离子等都有很高的截留率，出水水质优良，可回用作冷却水或工艺用水循环利用，不仅节约了新鲜水的使用量，节约生产成本，还减少了污水的排放量，对环境保护和可持续发展都有着重要意义，对缺水地区具有的经济效益。
操作压力问题
RO技术较之传统分离工艺在能耗方面有着特的优势，但是在RO的传统脱盐领域和废水处理领域，降低能耗仍然是人们关注的，尤其是海水淡化中，RO所需能耗远大于RO膜的成本。为了减小操作压力，提高通量，RO材料正在向皮层超薄型和低压型RO膜方向发展；对出水要求不是很高的工业废水处理，可选择采用纳滤膜代替RO膜，在产水水质满足用水要求的前提下，降低能耗。
膜污染问题
RO膜污染是制约RO技术广泛应用的另一重要因素，膜污染不仅影响了膜的稳定运行和出水水质，还缩短了膜的使用寿命。针对膜污染，主要的方法有：
（1）完善预处理系统，RO系统进水水质；
（2）对RO膜进行清洗，对膜污染物进行化学分析，选择佳的清洗剂和清洗方法；
（3）定期对RO膜装置进行停车保养。
浓水处理问题
RO水处理工艺对进水进行分离后，不可避免地会产生浓水，浓水的主要特点是含盐量比较大，由于RO进水严格，因此浓水的色度，浊度，以及有机物的含量都比较低。根据RO浓水的特点，可加入阻垢剂后回用RO系统，调节浓水和进水比例，达到循环利用；如浓水中某贵重离子含量较高，可对该离子进一步浓缩提纯。詹金坤还验证了RO浓水作为超滤反洗水的可行性，也是一种RO浓水利用的新方法。