抗污染节水型反渗透净水机问世作者杜弘道

抗污染节水型反渗透净水机问世作者杜弘道现代饮用水深度净化技术中以反渗透去除杂质精度等级最高，不仅可以高效去除有害成分，而且具有脱盐功能，感官舒适性最好，对无机、有机、生物性污染物都有很好地去除效果，既能满足高端饮水需要，也是民众应对水污染突发事件的最佳利器，为国际所公认。然而，目前家用反渗透净水机仍存在回收率低浪费水资源、净化功能欠完善存在二次污染风险、现有硬水处理方法太麻烦适用性差等突出问题，已成为多年来困扰行业发展的瓶颈，影响产品声誉，其症结之所在归结到一点就是污染。突破污染瓶颈，提高整体性能，是抗污染节水型反渗透净水机核心价值之所在。一、回收率与膜的污染反渗透装置回收率与给水流程长度有重要关系。串联膜数多给水流程长回收率高，反之回收率低。工业反渗透装置一个膜壳可串联6支膜，回收率75%，由18支膜串联的多段反渗透装置回收率达90%。提高回收率，膜的进水侧给水溶质（主要是溶解性盐类）含量会相应增高。当回收率为15%时则给水被浓缩1.18倍（透过产水的盐份忽略不计）、20%时给水被浓缩1.25倍、30%时给水被浓缩1.43倍、40%时给水被浓缩1.7倍、50%时给水被浓缩2倍、75%时给水被浓缩4倍，产水溶质含量也随给水浓缩度的增高而增高。净水机运行时水中的悬浮物、胶体等杂质被反渗透膜所截留浓缩，沉积结垢造成堵塞。污染物中最常见的有碳酸钙、硫酸钙、金属氧化物、无机或有机物胶体、生物粘泥等。污染性质和堵塞速度取决于多种因素，以给水特性（硬度、TDS、PH值、污染密度指数SDI、难溶盐饱和指数LSI等）和回收率影响最大，预处理质量、膜的排列方式、泵膜配置、工作压力、冲洗、水温、背压、运行参数稳定性等也都会造成不同程度的影响。回收率超过一定限度溶质浓度增高，浓差极化加重，渗透压增高，水通量减少，脱盐率降低，结垢污堵倾向加大，从而影响产水质量和设备正常运行。为此，生产厂家“设计导则”对反渗透膜运行条件作了明确规定。工业反渗透装置通常采取膜的级、段组合，串、并结合方式。级，指将膜的产水进行重复过滤；段，指将前面膜排放的浓水作为后面膜的原水；串、并结合目的是在提高回收率的同时使各个膜的负荷相对均衡，无论膜数多少，怎样排列单膜回收率都应该符合“设计导则”基本要求。家用反渗透膜标准测试条件为：测试液（NaCl）浓度250㎎/L、工作压力0.41～0.45Mpa、测试液温度25℃、pH值7.5、回收率15%、脱盐率98%。如果原水可溶性总固体（TDS）、污染密度指数（SDI）较低，可放宽到20～30%。迄今家用反渗透净水机绝大多数仍是单膜配置，回收率在15～30%，浓水占70～85%，大部分当成废水放掉，十分可惜。近年来不少人尝试采用增加膜数串联、浓水循环等措施，通过水的重复利用以提高家用反渗透水机的回收率，虽然取得一定效果。但都因为不能有效地解决膜的污堵问题，迄今未见突破性进展。有的声称其单膜反渗透净水机回收率达到70%而且适用于自来水水源。自来水标准（GB5749）规定：硬度≤450mg/L，可溶性总固体（TDS）≤1000mg/L，从极软水到极硬水、极低盐水到高盐水覆盖面很宽。如果你的水源是软水、低盐水有这个可能；如果是硬度大于280mg/L、TDS大于500mg/L的硬水，当回收率70%时难溶盐饱和指数(郎格利尔指数LSI)已超过临界点许多，结垢倾向严重，不可能正常运行。理论和实践均证明：单膜净水机用符合自来水标准的硬水为水源，如果未采取阻垢措施，回收率大于50%时连续运行几十个小时膜就会堵死；即使是采用软化、阻垢措施回收率也难以稳定在50%。为了解决提高回收率与污堵的矛盾，工业反渗透装置除了膜的优化组合外，还有阻垢、软化、物理冲洗、化学清洗、灭菌、加酸碱调整pH值等一系列措施。工业、民用两种反渗透装置虽然原理一样但在用途、水质要求、使用对象、复杂程度、成本价格等方面差异很大。工业反渗透是根据原水特性和产水要求量身定制的，属专用产品，通常对水质要求是越纯越好；家用净水机是面向千家万户的通用产品，对不同地区、不同环境、不同水源都应该有很好的适应性，对水质要求是纯度适中，保有适量的矿物质，因此两者在产品结构、工艺配置上迥然不同。工业上成熟的技术不一定都适合民用不能照搬，但可以结合家用净水机的特点创造性地加以借鉴。多膜串联、浓水部分循环是提高反渗透装置回收率的主要途径之一，既适合工业用也适合民用，但必须遵循反渗透基本原理并符合家用净水机的特点。虽然制约因素多，难度大但实践证明只要配置合理、措施得当、指标适度，如果能够突破污堵这个瓶颈，大幅度提高回收率是完全可能的。二、工艺配置与水质污染现有家用反渗透净水机基本上都配有压力水罐，用水时由于气囊膨胀增大了流量，给用水带来方便。然而，水罐是一个不能拆卸的密封容器，无法清洗，积水又放不干尽，滞留时间长了会滋生细菌，罐内橡胶气囊产生的异味也会溶入水体。为了消除异味，传统水机均配置有后置活性炭。但是活性炭虽有除臭效果却无除菌功能，超期使用会成为滋生细菌的温床和产生亚硝酸盐的载体。夏季压力水罐里的水6～12小时就检出细菌，一个月不用的水罐经解剖发现其内壁覆盖了一层细菌粘膜。水罐气囊压力0.5kg左右、高压控制开关3,2kg左右。可产生背压2～3.2kg，其反作用力使产水量减少28%，回收率降低10%，如果单向阀失效罐里的高压水回流可能撕裂膜片。从理论上讲反渗透可将细菌、霉菌、病毒、热源、藻类等全部去除，但实际情况并非如此。因为膜法分离对细菌、病毒只有去除作用而无杀灭功能，膜本身也会受到污染。实践中由于自身污染出水菌数大于自来水进水若干倍的情况并不少见，因为自来水标准规定，管道末梢水余氯含量不低于0.05mg/L,具有持续杀菌作用，而反渗透水不含余氯，没有持续抑菌功能。2014年国家食药局曝光444批不合格桶装水其中涉及四川70个批次。70个不合格批次水中菌落总数超标就有68个。笔者发现这些不合格品除矿泉水外几乎含盖了所有水种。制水工艺基本上以反渗透、纳滤、超滤为主，由于设备自身污染，产水、包装消杀不彻底，密封不严，储存时间长，环境温度高等原因极易造成菌数超标。通过几年的实验，当环境温度300C左右，出产时菌数为“0”在正常状态下保存的桶装水放置5～7天以上即逐渐出现细菌超标，酷热的夏季不采取严格措施很难达到保质期要求。家用净水机历次质量抽查也以细菌超标最为突出。矿泉水新标准因为取消了“菌落总数”这项指标，也就不存在超标问题。目前家用反渗透净水机多数没有灭菌单元，即使有也存在一些问题，例如，通常使用的灭菌方法有臭氧，属高效型，杀菌能力强但残留在水中有异味，不能现产现用，如果原水中溴含量较高还存在溴酸盐（一种“可能性致癌物”）超标风险；载银炭、KDF、碘树脂滤芯属中、低效或抑菌型，不仅杀灭效果欠佳，而且控制不当还存在载银炭银离子泄漏、KDF铜锌超标、碘树脂影响水的口感等问题；紫外线属物理灭菌，具有高效、广谱、无污染、不改变水的口味、使用寿命长等优点，再加上反渗透水的浊度低（NTU≤0.3）、透光性好，不会污染石英套管的特点，很适合家用净水机使用。但是，目前家用净水机紫外灯基本上为过流式，紫外线照射水体时间约1秒钟上下，时间短灭菌尚可，杀灭霉菌、藻类、孢子的剂量不足，杀而不死存在光复活隐患。消除污染隐患，完善灭菌功能，确保水质安全是家用反渗透净水机更新改造的核心内容之一。三、结垢污堵与硬水处理硬度（以caco3计）≥280mg/L为硬水，TDS≥500mg/L为次高盐水。这类水感官性状差，带苦涩味，煮肉不易熟，严重影响饭菜质量和茶、水味道，未经处理不宜饮用。反渗透具有脱盐功能，是处理高硬水、苦咸水的克星，但在使用过程中本身也会受到污染。所以对于硬度≥200㎎/L、TDS≥300mg/L、电导率≥500µS/cm的原水需进行软化或阻垢处理以保障水质和设备正常运行。传统树脂软化工艺使用周期短，再生频繁、操作麻烦、耗费食盐、质量不易控制，难以在家庭使用，再生后钠含量增高无益健康。例如：一款75加仑反渗透水机，配置10寸软化滤芯一支，用硬度400mg/L的原水其再生频次估算为4小时/次。计算公式：周期产水量(m3)=树脂填充量(L)×树脂工作交换容量(1.2mol/L)÷总硬度（以CaCO3计mg/L）×50再生周期=周期产水量÷额定出水量（产水+浓水）化学阻垢剂以“硅磷精”居多（主要成份由聚磷酸盐和聚硅酸盐组成）操作比软化简单，但也需要人工添加。剂量不足时效果不好，溶解过度会造成管路堵塞或磷超标。进年来一种抗污染反渗透膜出现在家用净水机上。它是通过改进膜表面粗糙度、电中性、高亲水性、宽给水流道等，可抑制微生物、有机物在膜表面的吸附，减少污染物沉积。这种膜对生物、有机物有很好的抗污性能，但对无机盐垢作用不大，不能替代硬水处理。四、浓水的科学利用反渗透净水机有一个进水（专业术语又称“原水”，浓水侧的水称“给水”）两个出水，分别为产水（专业术语又称“透过水”、“淡水”）和浓水（专业术语又称“浓缩水”、“侧向液流”）。生产时产水从膜面垂直方向渗透，浓水从膜面横向流过将截留附着在膜面上的杂质污物冲洗掉。“设计导则”规定，标准测试条件下家用反渗透膜回收率为15%，即产水、浓水比例1：6.5。膜的额定产水量均以250C水温为准，水温高、水的粘度低水量增加；水温低、水的粘度高水量减少，水温每增减1度水量增减2.5～3%。当水温下降到膜的极限温度5～80C时产水回收率下降到10%，产水、浓水比例1：10。产水、浓水分配比例是保证水质稳定和设备正常运行的必要条件，也是合理利用浓水的准绳。解决家用反渗透净水机浓水量大浪费水资源问题根本出路是提高回收率（不再重复赘述），浓水回收利用是进一步节水的必要措施。浓水回收利用有很多好方法，简单而适用的办法可在水槽上面装一个鹅颈龙头，将龙头固定在开启状态，放一个盆接水，水满溢出顺下水道排放。无论采用什么方法利用浓水，都不能采取增加排放阻力、减少流量、中断排放这种以牺牲膜的使用寿命为代价的杀鸡取卵办法。通常反渗透净水机预处理由粗PP棉、活性炭，细PP棉组成。PP棉孔径为1～5微米，只能去除泥砂、铁锈等大颗粒杂质；活性炭能有效地吸附截留悬浮物、胶体、余氯、致臭物、以及较大分子的有机物，但无法去除小分子有机物，其微孔被悬浮物、微生物污染后成为细菌繁殖的温床，活性炭不但不能去除亚硝酸盐氮，而且一旦过期失效反而使亚硝酸盐升高，对人体健康构成潜在危害。诚然，自来水经过三级预处理其感官、余氯指标（浊度、色度、嗅和味、目前对浓水的利用仍然存在异议。有的称为浓水，有的称为废水，官方文件也不统一：有的认为浓水是优质的洗涤用水，可以用来淘米、洗菜、洗碗、洗衣服、做清洁、冲厕所；有的认为浓水已经过三级预处理，除了含盐量比自来水高，其他多数指标都比自来水好得多；有的认为在浓水之后加上一级超滤就是优质净化水..…。肉眼可见物）有明显改善，但其余指标很难说比自来水好。卫生部涉水卫生许可明确提示：只经过微孔滤芯、活性炭等简单过滤的水是不能生饮的。再则，我们在分析浓水水质的时候不能只看到预处理带来的加分效果而忽视浓缩所造成的减分因素。原水经过反渗透浓缩，水中溶质含量大幅度增加。溶质中含量最多的是无机盐，除此之外重金属、化学毒物、细菌等也随浓缩度的增加而增高，可能超过自来水，浓水问题不可小觑。显然“浓水多数指标比自来水好”的说法缺乏说服力。将浓水作为食用水是不安全的，用浓水淘米、洗菜、刷锅、洗碗等也要视水质具体情况而定：感官知觉良好的可以使用；有的浓水肉眼看清澈透明，干后留有明显迹印，带苦涩异味，说明杂质含量高（其中包含有害物质），建议最好不用这种水洗涤食物餐具。超滤没有脱盐功能，对硬度、重金属等没有降低作用，浓水+超滤并不符合《净水CJ96》标准要求。有的将浓水打入自来水管网，稀释后循环利用，可大大提高回收率。这是国家明令“严禁公共管网与自备水源的供水管道直接连接，不准发生倒流污染”的违法行为。关于浓水类型，美国环境保护局（EPA）把反渗透浓缩水分类为二级工业过程废水。我国在《水质词汇GB6816》国家标准中对反渗透