1. 二級反滲透膜污染來源

對於二級反滲透而言， 由於進水水質較好， 故諸如有機物微生物等膜污染很少見， 另外， 由於難溶鹽含量也較少，結垢傾向也比較小。因此，對於二級 RO 而言， 主要的問題來自於濃差極化的影響。

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2. 濃差極化對反滲透性能的影響

反滲透分離過程中， 水分子透過以後， 膜界面中含鹽量增大， 形成較高的濃水層， 此層與給水水流的濃度形成很大的濃度梯度，這種現象稱為膜的濃差極化（ concentration polarization） 。 由於濃差極化現象增大了膜兩側的滲透壓， 在同等工作壓力作用下， 系統的凈驅動壓減小， 與凈驅動壓成正比的水通量將下降。 與此同時， 由於濃差極化現象增大了膜兩側的鹽濃度差， 與鹽濃度差成正比的鹽通量將上升。 因此， 濃差極化現象將使反滲透系統的水通量下降及透鹽率上升。研究表明： 濃差極化現象存在一個建立過程， 膜表面的鹽濃度梯度隨運行時間逐步建立， 梯度值逐漸增高， 極化層漸厚， 系統性能持續下降。

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3. 減小濃差極化的手段

當前， 為了降低濃差極化， 其中一個主要手段是停機時候進行低壓沖洗， 確保膜表面的鹽濃度與主體濃度一致。有研究表明反滲透系統在不同β值條件下運行 180 分鐘後， 通過沖洗其脫鹽率及產水量恢復時間也不同（ 見下圖） 。 該圖表明濃差極化係數保持在 1.2 以內時，通過 1-2 分鐘的短時沖洗可以得到恢復； 而濃差極化係數大於 1.2 時， 用沖洗手段恢復性能所需時間不斷增加。

上圖同時說明系統濃差極化係數保持在合理範圍內時， 系統運行過程中適時適量的沖洗對於長期穩定地保持能非常重要。

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反滲透系統濃差極化因子計算

濃差極化因子（ β） 可以簡單定義為膜表面鹽濃度（ Cs） 與本體溶液鹽濃度（ Cb） 的比值：β= Cs/ Cb

通常產水通量的增加會增加邊界層的鹽濃度，從而增加 Cs； 而給水流量的增加會增大膜表面流速， 削減邊界層的厚度。 因此 β 值與產水流量成正比， 與平均進水流量成反比。 平均進水流量採用進水量和濃縮液流量的算術平均值計算， β 值可以進一步表達為膜元件產水回收率的函數。

另外， 從上述公式我們可以發現： 不管進水含鹽量大與小， 只要存在濃縮分離過程， 濃水側含鹽量肯定會大於給水主體側含鹽量， 也就說二級反滲透也會發生濃差極化。我們假設反滲透進水含鹽量為 100ppm， 分別對於一級反滲透和二級反滲透β進行粗略計算：對於普通的苦鹹水一級反滲透系統而言， 如果單支膜的最大回收率限制在 15%內， 那麼濃水側含鹽量應該為100×（ 1/（ 1-0.15）） ppm =118ppm，此時β=118/100=1.18。 大部分一級反滲透系統回收率為 75%， 也就是濃縮了 4倍， 此時給水到達最後一隻膜元件時其含鹽量已經接近 400ppm；對於二級反滲透系統而言，如果單支膜的最大回收率限制在 30%內， 那麼濃水側含鹽量應該為 100×（ 1/（ 1-0.3）） ppm=143ppm，此時β=143/100=1.43。大部分二級反滲透系統回收率為 85%，也就是濃縮了 6.67 倍， 此時給水到達最後一隻膜元件時其含鹽量已經接近 667ppm。反滲透膜廠家對於系統濃差極化因子有上限規定， 其與回收率有關。 比如 DOW 規定單支苦鹹水淡化膜元件最大回收率不超過 15%（ 不同水質有上下波動） ， 二級反滲透系統單支膜元件最大回收率不超過 30%， 其依次對應了一級反滲透的 β＜1.18，二級反滲透的 β＜1.43。 而海德能公司在反滲透計算書中則明確規定一級 RO 的 β＜1.2， 二級RO 的 β＜1.4。

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5. 二級 RO 有沒有必要進行低壓沖洗

上面我們分析了濃差極化與回收率的關係， 也看出了其不管進水含鹽量大或小， 都存在於反滲透濃縮分離過程中。 既然低壓沖洗可以稀釋膜表面的濃度， 使邊界層濃度與給水主體濃度近視一致， 那麼我們建議對二級反滲透系統進行低壓沖洗。那麼什麼時候停機時可以不對二級 RO 進行低壓沖洗呢？1） 二級反滲透濃水側無難溶鹽結垢傾向時；2） 系統回收率足夠低，確保單支膜元件回收率遠小於 30%（ 特別是系統最後一支膜元件的回收率） ；3） 系統基本上每天會運行， 不會超過 1 周停運；4） 進水含鹽量不能太高， 如果含鹽量太高， 造成自然滲透時， 那麼會形成另外一種破壞： 由於自然滲透導致背壓， 以至於膜片剝離（ 此種現象在海水淡化中尤其會出現） 。我們可以假設進水溫度為 20℃， 假設淡水含鹽量略等於零， 考慮膜元件承受的最大滲透壓為 0.3bar，那麼根據滲透壓計算的粗略公式∏=Cfc(T+320)/491000bar（ Cfc:進水含鹽量， T： 進水溫度℃） 可以得出： Cfc(20+320)/491000bar≤0.3bar，那麼 Cfc≤433.2mg/L。也就說： 對於高含鹽量進水的二級 RO， 即使不考慮濃差極化， 考慮自然滲透導致的背壓破壞， 當膜表面含鹽量大於 433.2mg/L 時也需要低壓沖洗， 儘可能降低濃水側和淡水側的濃度差（ 即降低滲透壓差） 。 但此時的低壓沖洗與前面所說降低濃差極化是不同的目的。當然，結合 2） 中的分析， 當二級 RO 系統回收率為 85%時（濃縮倍數為 6.67） ， 為了使最後一支膜元件濃水端含鹽量不大於 433.2ppm 時（ 考慮投加氫氧化鈉後的含鹽量） ， 那麼二級 RO 最大進水含量應該為 433.2/6.67=64.95ppm；理論上， 不管一級反滲透還是二級反滲透， 我們都應該在停機時候進行低壓沖洗， 但是結合多年工程經驗， 當二級反滲透濃水側無結垢傾向， 回收率在合理範圍之內時， 也可以不進行低壓沖洗， 其對膜性能影響甚微。綜上，當二級 RO 進水含鹽量小於 64.95ppm（ 考慮投加氫氧化鈉後的含鹽量） ， 且無難溶鹽結垢傾向時， 而且不會長時間停運可以不進行低壓沖洗。
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