水處理工程系統
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從過濾原理分析實驗室超純水機選購及使用中的誤區[原創]
分割線[摘要] 本文從實驗室超純水機過濾原理出發，介紹了傳統過濾與錯流過濾的原理及優特點，并由此闡述了實驗室超純水機選購與使用過程中的一些誤區。
[關鍵字] 實驗室超純水機,過濾原理,使用誤區
[作者] 成都沛億科技有限公司（http://www.klazzic.net） 張錦云
[日期] 2009年6月
錯流過濾的原理
RO，NF，UF分離技術均采用特定的膜，在一定的工作壓力下，去除或濃縮進水或流體中的物質，其過濾原理為錯流過濾。錯流過濾有別于傳統過濾，基于不同的流體力學原理，這是它的一大優勢。通過錯流過濾，進水被分成兩個部分：產水和濃水。在不同的應用中，可根據用戶的需要，獲得產水或濃水。
如下圖所示，錯流過濾中，進水流經膜表面時，一部分透過膜，成為產水，而另一部分則沿膜表面平行流動，成為濃水。錯流過濾系統不同于傳統的死端過濾，進水并非僅沿著透過濾層的方向流動，而是沿濾層平行方向流動。
錯流過濾的優點
膜截留下來的物質被流體（濃水）不斷沖走，這在一定程度上相當于膜表面被連續地清洗，這樣就延長了膜的使用壽命，并降低了維護和清潔的費用。相反，傳統過濾中被截留的物質累積在過濾介質上，必須定期清洗更換介質，這明顯不經濟，也不利于環保。
錯流過濾的特點
- 進水及濃水方向沿濾層平行方向流動，為保證膜截留下來的物質被流體（濃水）不斷沖走，濃水流量必須大于一定的值，才能保證濾膜表面的干凈，延長濾膜使用壽命。
- RO反滲透濾膜可過濾鹽，勢必導致濃水和產水含鹽量濃度差異巨大，這樣濃水中的水要進入產水中必須克服滲透壓，因此錯流過濾的過濾壓力一般較大，而且相同給水水質條件下，工作壓力越高的反滲透膜一般脫鹽率越高，水質越好。
- 從錯流過濾原理圖可知，原水中的截留物質（如反滲透濾膜中的鹽）在濾膜表面被截留，因此濾膜表面截留物濃度最高，離膜表面距離越遠，相對截留物濃度低一些，從而形成濃差極化，導致實際的產水通量和脫鹽率低于理論估算值。因此必須濃差極化因子必須小于一定的值，也即是系統回收率必須小于一定的值，以減小濃差極化對水質、水量的影響。
- 從上述三個特點可用看出，錯流過濾（RO反滲透過濾）無論是濾膜的使用壽命，還是濾膜產水水質、水量，皆與濾膜工作壓力與系統流量有很大關系。濾膜工作壓力與流量又受到原水水質（原水水質不同系統滲透壓也不同）、原水水溫、回收率、成品水水質要求、濾膜自身品質與污損情況等因素的影響而非一成不變。
- 錯流過濾截留的物質（如反滲透濾膜截留的鹽）全部進入濃水中，濃水的流量一定小于進水的流量，因此濃水截留物濃度值一定高于進水，對于有難溶鹽析出的離子結垢傾向會加劇。為防止濃水中有難溶鹽晶體析出污染濾膜，必須在原水（即進水）中添加阻垢劑阻止污垢形成，或通過離子交換法置換出原水中的結垢離子。
以自來水為原水的實驗室超純水機，其制取純水的工藝一般為反滲透過濾，屬于錯流過濾的一種，具備上述錯有過濾所有的優特點。但由于客戶對錯流過濾不甚了解，導致選購或使用實驗室超純水機的過程中容易出現一些誤區。
實驗室超純水機選購誤區
- 盲目夸大超純水機回收率。 實驗室超純水機銷售商為提高產品銷量、增加賣點，對不知情的客戶夸大產品回收率，以示實驗室超純水機節約原水。其實，對反滲透純水型實驗室超純水機的回收率并非隨意設定，必須考慮產水水質和水量，以及反滲透濾膜的長期使用壽命。一般來說對單支反滲透膜元件的實驗室超純水機來說，從經濟和水質權衡考慮，回收率控制在30%左右為宜。
- 選購離子交換軟化濾芯預處理型實驗室超純水機，又不及時更換濾芯耗材。 通過錯流過濾的第五個特點可以看出，反滲透純水型實驗室超純水機必須對原水進行防垢處理。當前市面上的實驗室超純水機大多數使用離子交換軟化濾芯置換原水中的結垢離子（鈣、鎂等），軟化濾芯的尺寸主要有10英寸或20英寸兩種規格，尺寸為Φ70×250mm或Φ70×500mm，其裝填離子交換樹脂的容量約為1升或2升。按濾芯內裝填目前國內品質比較優異綠寶732樹脂工作交換容量800~1000mmol/L計算（規格參數點擊http://www.klazzic.net/KJ_GG_732717.html查詢），原水硬度假設為南方水質較優自來水約2mmol/L，則濾芯過濾水量為[(800~1000)×1]/2=400~500升原水或[(800~1000)×2]/2=800~1000升原水。假設實驗室超純水機回收率為30%，則每制取約150升或300升純水即需更換軟化濾芯，考慮到反滲透膜可以容忍約0.3mmol/L的原水硬度，純水制取量最多也只能達到約200升（10英寸濾芯）或400升（20英寸濾芯）。
因此客戶在選購實驗室超純水機產品時，最好不要選購離子交換軟化濾芯預處理型實驗室超純水機，即使要選購也一定要及時更換軟化濾芯。（注：成都沛億科技有限公司第二代全系列實驗室超純水機產品，全面采用活性阻垢濾芯替代離子交換軟化濾芯，使用壽命可達1年左右，有效保護后級反滲透濾膜。） - 實驗室超純水機產水水質、水量相同就是同質化的產品，購買決定性的因素便是價格。 一般客戶對實驗室超純水機不甚了解，選購實驗室超純水機產品時往往僅了解實驗室超純水機每小時可以產多少升水，產水水質可以達到多少。其實，通過上述反滲透純水型實驗室超純水機過濾原理及特點的分析，用戶可以知道，實驗室超純水機初期產水水質、水量與長期穩定產水水質、水量完全是兩回事，一臺優秀的實驗室超純水機必須工作在最佳運行參數條件下（包括運行壓力、流量、回收率等），才能持續不斷的產出優質的超純水。而所謂最佳運行參數也并非一成不變，具備系統運行壓力、流量、回收率調節功能的實驗室超純水機（如沛億Ultimate系列大流量實驗室超純水機），才能適應不同工況，工作在最佳運行參數條件下，以持續產出優質的實驗室超純水機。
實驗室超純水機使用誤區
- 預處理濾芯如PP過濾芯沖洗后又繼續使用。 預處理PP濾芯過濾原理為典型的傳統過濾方式，過濾掉的雜質全部被截留在濾芯上。由于濾芯濾層厚度大概有20mm，過濾雜質被截留在濾層中，沖洗濾芯僅僅能夠清除濾芯表面雜質，濾層內部的雜質無法清除，再次使用這種濾芯過濾效果會大打折扣，而且還會增加預處理壓降，甚至導致后級反滲透供水不足。
- 超純水機耗材更換周期固定不變。 經常有客戶問這樣的問題：“你們生產的實驗室超純水機耗材可以使用多久？”而客戶想要得到的答案往往是越久越好，最好是不需要更換耗材。也正是基于這樣的考慮，某些品牌超純水機銷售人員會夸大耗材使用壽命，以博取客戶的選擇。其實，通過上述過濾原理可知，原水水質、產水量、設備工況等因素皆會影響耗材使用壽命，只有通過科學的計算，才能大概算出耗材可以過濾多少水。沒有固定不變的耗材更換周期。
- 為了節約水盲目提高系統回收率。 像沛億Ultimate大流量實驗室超純水機那樣可調節系統回收率的超純水機，必須根據原水水質、純水水質要求、反滲透膜工況，嚴格按照廠家建議值設定系統回收率，以保證設備處于最佳工況。客戶不可為了節約原水，提高系統回收率，這樣會降低純水水質，減少反滲透膜使用壽命，得不償失。
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