反渗透水处理在食品饮料中的应用及注意

黄恒峰

生产高质量的饮料，必须要有高品质的饮料用水。反渗透从六十年代开始已经是一项新型膜分离技术，特别是随着最近几年反渗透系统中核心部分----反渗透膜技术不断更新进步而应用更加广泛，它从传统的海水淡化（除盐），水质的软化（去除钙镁离子、有机物、悬浮物和胶体），发展到二级反渗透的细菌、病毒的分离和饮料果汁的浓缩。

一、原理

在一个容器中用渗透膜把容器隔成两部分，一边注入浓溶液，另一边注入淡溶液，并使两边液位相等，这时淡溶液中的水分会自然透过渗透膜渗透到达浓溶液一边，浓溶液自然升高到一定高度，产生一定的内压，此时压力即为渗透压，如图（A）。如果在浓溶液一侧外加一个大于来之渗透压的压力，浓溶液就会通过渗透膜渗透到达淡溶液一侧，这种现象称之为反渗透，如图（B）。

反渗透膜以前使用较为广泛的有：1、醋酸纤维素膜；2、芳香聚酰胺纤维膜；3、聚苯并咪唑膜；4、多孔玻璃膜；5、磺化聚苯醚膜；6、氧化石墨膜。前几年较多使用美国OSMONICS公司生产的复合膜，国内有的厂家称为太空膜，现在则广泛使用美国海德能公司的复合膜，不同的膜处理出来的水质成分也有差别，应根据饮料侧重于硬度还是PH值，或者两者兼顾来选择合适的膜。

二、注意

1、活性氯是反渗透膜的致命杀手，故反渗透进水要求余氯小于0.1ppm，当进水是市政自来水时必须在反渗透前根据自来水中残留氯的多少加入相当的亚硫酸氢钠（NaHSO3）还原水中的残余活性氯。如果进水是深层地下水（一般余氯都会小于0.1ppm，最好一个季度检验一次余氯），一般就不需要加亚硫酸氢钠。

2、为了防止水中的矿物质在浓缩时产生沉淀或者其他有机物污染膜元件，需要加入一定量的阻垢剂，原理是它能在膜表面形成一层光滑的薄膜对反渗透膜起保护作用，加入量一般为3—5ppm。

国外一般加入除垢剂，但因其成本较高，国内目前常用的阻垢剂是六偏磷酸钠，它能和钙、镁离子起螯合作用，化学反应式为：Na6P6O18+3Ca2+Ca3P6O18+6Na+

Ca3P6O18+2Na6P6O18=3Na4CaP6O18生成可溶性螯合物。

加药量的大小根据水质情况而定，在保证产水合格的情况下，加药量越小越好，假如加入量为3ppm，即每吨水建议加药4g，若每小时砂罐进水为60m3/hr，则每小时需加药4×60=240g/hr，配制浓度为10%，则注入量为240/0.1=2400mL。计量泵满刻度加药量为4000mL/hr,调节到加药刻度为2400/4000=60%。每次调配药剂时，建议不要一次调配过多阻垢剂，小量多次配药为好。此外，每次都清洗一下加药桶。

3、反渗透膜一旦运行后，任何时候都应保持反渗透膜湿润，并且不能让膜内水结冰，而且停机时必须关闭所有阀门保持膜与外界隔绝，以免膜和空气中的氧发生反应而失去功效。

4、CIP中膜的清洗理想顺序是先酸洗，后碱洗，酸洗时配制0.2%的盐酸（HCL）或柠檬酸，控制PH值在2左右，用CIP泵将药液循环清洗，在酸洗过程中要监测PH值的变化，当PH值高于2.5时，应再加入一定量的酸液药剂，若膜太脏可浸泡一个晚上，但冲洗排放时间不少于30分钟；碱洗时配制按重量计0.1% NaOH和按重量计0.1%Na-EDTA(乙二胺四乙酸钠),控制PH值不低于11。用CIP泵将药液打入反渗透循环清洗。同样碱洗过程监测PH值的变化，当PH值低于10.5时，再加入一定量的碱液，若膜太脏时可浸泡一个晚上，最后冲洗排放时间应不少于30分钟。

5、反渗透膜长时间停机的保养：若反渗透系统暂停使用，要每隔2—3天运行一定时间（10—20分钟）；当反渗透系统停机超过3天，系统里的膜要作适当保养，可以用1%的亚硫酸氢钠（NaHSO3）溶液保存，但必须要求管道密封，不能接触空气，否则NaHSO3能和空气发生反应，以致强烈腐蚀不锈钢管。如需停机超过一个星期，可用福尔马林（甲醛0.5%CH3CHO溶液来保养，但在保养之前，最好首先进行化学清洗，保证膜元件完全清洁，配好的甲醛溶液循环时先排掉20%溶液，重新启用时必须冲洗不少于2小时）。

三、特殊清洗

反渗透系统标准化渗透水流量下降10—15%，或者是标准化系统压增加10—15%，出现其中一种情况，系统清洗就应该开始，也就是前面所说的酸洗和碱洗，当酸洗和碱洗都没有效果的时候，就应该想到系统可能已被严重污染，需做特殊清洗。一般有以下几种情况：

1、碳酸钙、磷酸钙、金属氧化物

先用性质比较温和的20%柠檬酸清洗，PH值控制在4.0，效果不明显的可用0.2%盐酸溶液清洗，并观察情况可适当增加溶液浓度，甚至加入有刺激性气味的氨水，直至打开浓水排放时有浑浊的水垢排出。

2、硫酸钙、胶体、微生物、小分子有机物

先用0.2% NaOH溶液清洗，PH值控制在10以上。如果效果不明显，可用0.2%三聚磷酸钠溶液清洗。

3、二氧化硅垢

对于沉淀在膜上的溶解性硅，很难去除，只能用较高的冲洗速度和较长时间的循环、浸泡。一般是2—3天，白天循环，晚上浸泡，温度保持在400C这样容易去除硅垢。

4、细菌分解物、生物粘泥、真菌

先低PH清洗，再高PH清洗，然后用生物剂消毒，如甲醛或双氧水。

5、大分子天然有机物、微生物

用2%三聚磷酸钠溶液，0.25%十二烷基苯磺酸钠溶液，温度控制在400C，PH值控制在10.0。

需要注意：1、弄不清楚是何种污染物时，务必先酸洗后碱洗。2、从酸洗转到碱洗时，要彻底把酸液冲洗干净，一般要30分钟。

四、结论

反渗透水处理系统一般都应用了微电脑智能化控制，通过接受传感器送来的信号，发出指令到电磁阀来控制蝶阀开关，实现全自动化操作，但平时保养至关重要。一般是通过观察控制仪表的参数变化，及时维修保养，常见办法是酸碱清洗，控制初级进水要达标和阻垢剂的加入要畅通无阻。