RO水處理系統也稱反滲透水處理系統，是六十年代發展起來的一種膜分離技術，其原理是原水在高壓力的作用下通過反滲透膜，水中的溶劑由低濃度向高濃度擴散從而達到分離、提純、濃縮的目的，由於它於自然界的滲透方向相反，因而稱它為反滲透。反滲透水處理系統可以去除水中的細菌、病毒、膠體、有機物和98%以上的溶解性鹽類。該方法具有運行成本低，操作簡單，自動化程度高，出水水質穩定等特點。與其他傳統的水處理方法相比具有明顯的優勢，廣泛運用於水處理相關行業。
基本介紹
- 中文名：RO水處理系統
- 別稱：反滲透水處理系統
原理,技術工藝,發展,優勢,套用,問題解決方案,操作壓力問題,膜污染問題,濃水處理問題,
原理
RO（Reverse Osmosis）是利用RO膜的選擇性，以膜兩側靜壓差為動力，克服溶劑（通常是水）的滲透壓，允許溶劑通過而截留離子物質，對液體混合物進行分離的膜過程。進行RO分離過程有2個必要條件：一是外加壓力必須大於溶液的滲透壓力（操作壓力一般為1.5~10.5MPa）；二是必須有一種高透水性、高選擇性的半透膜。RO膜表面微孔孔徑一般小於1nm，對絕大部分無機鹽、溶解性有機物、溶解性固體、生物和膠體都有很高的去除率。
技術工藝
RO膜自身對進水的pH、溫度以及特定的化學物質比較敏感，進水的水質嚴格要求pH值範圍4~10，溫度<40℃，淤泥密度指數SDI<5，游離氯<0.1mg·L-1，濁度<1，含鐵量<0.1mg·L-1等。為了滿足RO膜進水要求，原水在進入RO膜系統之前首先要進行預處理（沉降、混凝、微濾、超濾、活性炭吸收、pH調節等），然後經加壓泵加壓進入膜組件，在壓力的作用下原水透過RO膜成為產水，而無機鹽、有機物及微粒等被RO膜截留在膜的另一側形成濃液。根據具體工藝的需求，濃液可被回收利用或者再處理。RO可以與超濾、納濾等膜裝置連用，組成集成膜裝置。
發展
RO膜的發展大致經歷了3個階段。目前，我國常用的RO膜材料主要有醋酸纖維素膜（CA膜）、芳香聚醯胺膜（PA膜）和殼聚糖膜（CS膜）這3類。CA膜是運用最早的膜材料，無臭、無味、無毒，對光穩定，吸濕性強，但是CA膜的化學穩定性、熱穩定性、壓密性較差，而且易降解。PA膜是工業上最常用的RO膜，具有物化穩定性，耐強鹼、油酯、有機溶劑，機械強度好等優點，但是PA膜具有帶電性，水中顆粒易在膜表面沉積，形成膜污染，縮短使用壽命。CS膜是天然高分子膜材料，無毒、無副作用，能抗菌，鹼土金屬離子的脫除能力強，是更優越的硬水軟化的RO膜，是一種極有潛力的膜材料，在國際受到極大的關注。
RO膜的最新發展包括無機膜、雜化膜和新型有機膜。理論上，無機膜離子截留性能很高，但成本高，製備條件苛刻，不利於工業化套用；雜化膜融合了有機材料與無機材料的優點，在提高膜分離性能及抗污染方面有很好的套用前景，具有很大的發展潛力，有待進一步的理論研究；新型有機膜的製備還在初級階段，主要目的是改善膜通量及化學穩定性，目前仍未獲得突破性進展。
優勢
在水處理中的套用
與其他傳統分離工程相比，RO分離過程有其獨特的優勢：
（1）壓力是RO分離過程的主動力，不經過能量密集交換的相變，能耗低；
（2）RO不需要大量的沉澱劑和吸附劑，運行成本低；
（3）RO分離工程設計和操作簡單，建設周期短；
（4）RO淨化效率高，環境友好。因此，RO技術在生活和工業水處理中已有廣泛套用，如海水和苦鹹水淡化、醫用和工業用水的生產、純水和超純水的製備、工業廢水處理、食品加工濃縮、氣體分離等。
套用
海水和苦鹹水淡化
20世紀60年代以來，RO脫鹽已成為一種獲取飲用水的重要途徑，是解決淡水資源緊缺的一種有效方法。目前，RO脫鹽技術主要套用在兩個方面：海水淡化和苦鹹水脫鹽。
全世界海水淡化裝置中約有30%是利用RO技術實現的，通過RO膜可除去海水中99%以上的鹽離子，得到可飲用的淡水。以色列的RO海水淡化技術比較領先，2005年阿什克倫建造了當時世界上最大的RO海水淡化裝置，產水量為3.3×105m3·d-1，占到以色列全部水需求量的15%，產水成本約為0.53美元·m-3。我國最大的RO海水淡化站位於大連市長海縣，日產淡水1000m3，淡水成本6元·m-3。
苦鹹水在我國北方地區分布較為廣泛，含鹽離子較多，可通過RO技術進行除鹽淡化處理，達到飲用水標準。馬蓮河流域示範工程利用馬蓮河上游環江苦鹹水資源，採用RO膜技術，建立1000m3·d-1苦鹹水淡化工程，出水水質達到國家生活飲用水衛生標準，有效解決了環縣城區5萬居民飲水問題。杭州灣新區水廠]採用了超濾及RO組合設備處理當地水庫的高鹽水，投入運行1年多來出水水質穩定，符合國家飲水水質標準。何緒文、姚永毅、孫魏等均對苦鹹水進行過RO處理的實驗研究，系統脫鹽率>95%，出水水質優於國家飲用水標準。
海水和苦鹹水淡化是RO技術的傳統套用領域，目前存在的問題仍然是操作壓力偏高，能耗較大，另外海水中的Cl-對RO膜也有較大的污染，阻礙了RO技術在該領域的進一步推廣。目前，低壓、低能耗、抗污染、抗氧化的RO膜正在積極的研發之中，以便從根本上解決現在存在的問題。
純水和超純水的製備
清華紫光古漢集團衡陽製藥廠採用RO+混床水處理技術改進了原來的全離子交換制水工藝，運行期間，產水增加，水質改善，大幅度降低了制水成本。此外，許多科研人員均對RO+電去離子法製取純水進行了實驗研究，達到了預期結果，證實了RO+電去離子法製取高純水的可行性。
通過控制RO的級數可製取不同純度脫鹽水。隨著RO級數的增加，脫鹽水的純度提高，但是出水量減少，水利用率降低，因此，RO裝置連用一般不會超過二級，通常將RO與電去離子技術聯用，不僅克服了RO出水不能徹底除鹽的不足，還可以提高電去離子裝置的進水水質，防止電去離子設備損壞，提高整體淨水效果。
工業廢水處理
工業廢水處理是除脫鹽和純水的製備領域外，RO技術套用最多的一個領域。工業廢水處理具有降低生產成本，保護環境，實現廢水資源化等多重意義。由於RO膜對進水要求較高，運用RO技術對廢水進行深度處理時，往往還要結合沉降、混凝、微濾、超濾、活性炭吸收、pH調節等預處理工藝。
1、重金屬廢水處理
RO技術在重金屬廢水處理中套用較早，國內外均對此進行了大量的研究。早在20世紀70年代，RO技術已經在電鍍廢水處理中有所套用，主要是大規模用於鍍鎳、鉻、鋅漂洗水和混合重金屬廢水的處理。
MohsenNiaa加入Na2EDTA對Cu2+和Ni2+離子進行螯合作用，然後通過RO過濾，對Cu2+和Ni2+的離子截留率可以提高至99.5%。Covarrubias、Bo-dalo等採用RO膜處理製革廢水，結果表明，RO膜對皮革工業廢水中的鉻和有機物有很高的去除率。
長沙力元新材料股份有限公司採用膜分離技術濃縮電鍍鎳漂洗水，鎳離子的截留率大於99%，經一級納濾和兩級RO濃縮後，濃縮液中鎳離子濃度達到50g·L-1，透過液可經處理後再次回用。張連凱對印製電路板加工酸洗車間產生的重金屬廢水調節pH至中性後採用超濾+RO工藝進行中試，RO系統對Cu2+和溶解性總固體的去除率分別為99.9%和98.9%。
2、印染廢水處理
印染紡織廢水不僅色度高、水量大，而且成分十分複雜，廢水中含有染料、漿料、油劑、助劑、酸鹼、纖維雜質以及無機鹽等，染料結構中還含有很多較大生物毒性的物質，如硝基和胺類化合物以及銅、鉻、鋅、砷等重金屬元素，如不經處理直接排放，必將對環境造成嚴重污染。
曾杭城套用超濾+RO雙膜技術處理印染廢水，超濾能夠有效地去除廢水中大分子有機物，降低濁度，使進水水質達到RO膜的要求，經RO處理後，有機物和鹽的去除率可分別達99%和93%以上，產水化學需氧量小於10mg·L-1，電導率小於80μS·cm-1，產水滿足大部分印染工藝用水標準。鐘璟採用中空纖維超濾膜和RO技術處理羊毛印染廢水，操作壓力為0.1MPa，流速為1500L·h-1的條件下，色度、含鹽量等指標均有顯著的降低，COD值、色度達標排放。
3、電廠循環廢水處理
電廠循環冷卻水系統對水的消耗量很大，占到純火力發電廠用水的80%，熱電廠用水的50%以上，對循環排放水進行回收處理，產水作為循環補充水或鍋爐補給水系統的水源，不僅防止了對環境造成污染，還可以有效節約水資源，降低生產成本。
北京京豐天然氣燃機聯合循環電廠採用超濾+RO技術聯合操作對電廠循環排污水進行處理，投運以來，RO系統運行良好，產水量68m3·h-1，電導率小於35μS·cm-1，脫鹽率高於97%。邯鄲鋼鐵集團有限責任公司電廠脫鹽水站同樣採用雙膜法水處理工藝，經過超濾+二級RO+混床處理後的精脫鹽水可供電廠鍋爐及乾熄焦使用，日產精脫鹽水15000t。此外，郭青[39]在臨沂發電有限公司，對超濾-RO組合工藝處理循環冷卻排污水做了現場試驗，RO系統各段運行壓力平穩，產水滿足回用的要求。陳穎敏採用連續微濾+RO技術對循環排污水進行預除鹽，RO系統脫鹽率達98%以上。
4、化工廢水處理
採用離子交換法生產K2CO3的生產過程中，會產生大量的NH4Cl廢水，為了節約用水和徹底解決NH4Cl廢水排放問題，張繼臻採用選擇離子交換、RO膜分離和低溫多效閃蒸相結合的方法，將低濃度NH4Cl廢水進一步濃縮回收，使廢水由達標排放轉變為全部回收利用，達到零排放。
石油化工廢水成分複雜，除含有油、硫、苯、酚、氰、環烷酸等有機物以外，還含有金屬鹽、反應殘渣等，污染物濃度高且難降解，水量及酸鹼度波動較大，傳統的水處理工藝很難達到資源回收再利用的目的。蘭州石化公司於2006年新建的500t·h-1脫鹽水裝置，5年間運行穩定，脫鹽率高，效果良好。李宇航採用超濾+RO雙膜法進行了石化廢水再生利用的中試，超濾系統產水SDI99%，終端產水達到循環冷卻補水水質要求。
RO一般作為工業廢水終端處理，對水中的無機鹽、有機物、重金屬離子等都有很高的截留率，出水水質優良，可回用作冷卻水或工藝用水循環利用，不僅節約了新鮮水的使用量，節約生產成本，還減少了污水的排放量，對環境保護和可持續發展都有著重要意義，對缺水地區具有巨大的經濟效益。
問題解決方案
操作壓力問題
RO技術較之傳統分離工藝在能耗方面有著獨特的優勢，但是在RO的傳統脫鹽領域和廢水處理領域，降低能耗仍然是人們關注的重點，尤其是海水淡化中，RO所需能耗遠大於RO膜的成本。為了減小操作壓力，提高通量，RO材料正在向皮層超薄型和低壓型RO膜方向發展；對出水要求不是很高的工業廢水處理，可選擇採用納濾膜代替RO膜，在產水水質滿足用水要求的前提下，降低能耗。
膜污染問題
RO膜污染是制約RO技術廣泛套用的另一重要因素，膜污染不僅影響了膜的穩定運行和出水水質，還縮短了膜的使用壽命。針對膜污染，主要的方法有：
（1）完善預處理系統，保證RO系統進水水質；
（2）對RO膜進行清洗，對膜污染物進行化學分析，選擇最佳的清洗劑和清洗方法；
（3）定期對RO膜裝置進行停車保養。
濃水處理問題
RO水處理工藝對進水進行分離後，不可避免地會產生濃水，濃水的主要特點是含鹽量比較大，由於RO進水嚴格，因此濃水的色度，濁度，以及有機物的含量都比較低。根據RO濃水的特點，可加入阻垢劑後回用RO系統，調節濃水和進水比例，達到循環利用；如濃水中某貴重離子含量較高，可對該離子進一步濃縮提純。詹金坤還驗證了RO濃水作為超濾反洗水的可行性，也是一種RO濃水利用的新方法。
