對現有RO膜循環系統與結構優化方向的綜述★

周祎明，謝昕邑，吳 燕

(西華大學,四川 成都 610039)

反滲透膜的理論最早可追溯至1748年,Nollet發現滲透現象,但直至1960年醋酸纖維素反滲透膜才得以首次制出,并在20世紀80年代初,它開始被運用于生產高品質的超純水與飲料,于90年代才真正廣泛應用于水處理行業。再次經過數十年的研究發展,目前反滲透膜已被全面普及應用于城市污水處理[1]、海水淡化等各類水處理行業,該技術在當前國內的各項膜分離技術中趨于成熟、普及廣泛,高效、綠色、清潔,是當前水處理領域最為先進的處理技術之一。但如今的反滲透膜使用數量巨大,其回收處理技術存在的一定缺陷決定了其在效率、效益及環境影響方面還存有較大的可提升、可優化空間。

1 微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)以及反滲透膜(RO)基本原理及特點

1.1 微濾膜(Microfiltration Membranes,MF)

微濾即微孔過濾,此方法開發時間最早,過濾精度一般為0.1 μm～50 μm。大致工作原理為:原水進入微濾膜后,因靜壓差的作用,水溶劑可通過微濾膜上的細小微孔向濾膜的低壓側流動,而大于濾膜微孔的不可溶微粒則被濾膜截留,從而使得原水中微粒與溶劑分離?；旌蠟V膜過濾是目前市面上最常使用的微濾膜之一,常見的PP濾芯、陶瓷濾芯等都屬于微濾膜的范疇。微濾膜的孔徑相較于其他濾膜而言較大,其通常用于過濾水中的泥沙、鐵銹及大尺寸膠體等不可溶大顆粒雜質,因其精度較小,不能去除水中存在的細菌等其他極其微小的有害物質。微濾膜根據其制作材料一般可分為無機膜與有機高分子膜,根據作用對象又可分為水系微濾膜、有機系微濾膜及混合濾膜過濾。水系濾膜的材料一般包括:醋酸纖維素、硝酸纖維素、混酯膜再生纖維素、聚醚砜等;常用有機系濾膜的材料常包括:聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯等;混合濾膜材料一般范圍較廣,主要有:尼龍、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯。

1.2 超濾膜(Ultra-filtration Membranes,UF)

超濾因其發明之初過濾精度遠超于濾紙,故稱之為超濾。過濾精度通常小于0.1 μm。超濾膜系統的工作原理與微濾較相似,同樣以濾膜膜絲為過濾介質,以濾膜兩側的壓力差作為溶液流動的驅動力,利用過濾介質對溶液中的不可溶溶質與溶劑進行分離。但超濾膜的過濾精度較微濾膜高,該濾膜無法阻流溶液中的溶劑及無機鹽等小分子類有機物,而對溶液中存在的固體懸浮物、膠體、微生物以及蛋白質等大分子類物質具備較高阻隔率。超濾過濾膜的孔徑大小與截留分子量的范圍定義界限長期以來都存在模糊性與爭議,現較為普及與人們普遍接受的超濾膜過濾孔徑在0.001 μm～0.1 μm之間,截留分子量為1 000 Dalton～1 000 000 Dalton。超濾膜不僅能夠過濾截留水中的鐵銹、泥沙、固體懸浮物、膠體等大顆粒雜質,還能對水中存在的細菌等有害物質進行有效脫除。其通常使用的制作材料主要包括:醋酸纖維素、聚乙烯、聚砜及聚酰胺等高分子材料。

1.3 納濾膜(Nanofiltration Membranes,NF)

納濾是一種創新型分子級膜分離技術,目前全球膜分離技術科學研究領域的焦點之一。其濾膜的過濾精度達到0.001 μm,膜孔直徑在1 nm以上,通常位于1 nm～2 nm之間,故稱之為納米級濾,即納濾;RO膜精度極高,幾乎能夠阻隔溶液中所存在的所有溶質。納濾膜的濾水性能則恰好介于RO膜與UF膜之間,特別的,納濾膜只對溶液中部分特定的溶質具備較高脫除率,例如其常常應用于去除溶液中的部分低價離子、Mn≥200的有機物等。納濾膜所具備的最大特征——膜本體帶有電荷,使得它在較低壓力(僅約0.5 MPa)下仍對溶液中的無機鹽具有較高的脫除性能,也使NF膜在運行成本上相較其他類型濾膜而言頗為低廉。納濾膜通常采用聚酰胺材質制成。

1.4 反滲透膜(Reverse Osmosis Membrane,RO)

反滲透膜同樣是一種利用膜兩側壓力差為推動力使溶劑從溶液中分離出來的膜技術。反滲透膜的孔徑在0.1 nm～0.7 nm之間,截留大于0.000 1 μm的物質,過濾精度為0.000 4 μm。在工藝使用過程中常通過使用泵機組于濾膜兩側制造壓差,當一側的壓力超過溶劑的滲透壓時,溶劑就會按自然滲透的反方向進行滲透。滲透液,即透過膜的溶劑從膜的低壓一側產出,溶質濃度較高的溶液,即濃縮液則從濾膜高壓一側產出,故將此膜稱之為反滲透膜。RO膜的水處理性能相比UF膜和NF膜更加優秀,反滲透濾膜技術中,濾膜是核心元件,通常使用非對稱膜或復合膜,根據合成膜材料的不同,又可分為:醋酸纖維膜、聚酷胺膜、聚本病咪膜等,簡言之,其通常使用醋酸纖維素、聚酰胺或者使用兩種以上的材質制成。

2 目前反滲透膜降級使用的常用方法

由第一段的材料內容我們能清楚得知:四種濾膜在運行的基本原理、膜的制作材料上有著極其相似的特點,但它們在運行壓力上:反滲透膜通常在12 bar～70 bar之間,超濾膜一般在1 bar～7 bar的運行壓力下工作,納濾膜的運行壓力一般3.5 bar～30 bar,微濾膜的運行壓力一般為0.7 bar～7 bar。(1 bar=100 kPa),即反滲透膜>納濾膜>超濾膜>微濾膜;在孔徑大小上:則與之相反,反滲透膜<納濾膜<超濾膜<微濾膜(見圖1)。

由此可見,反滲透膜作為運行壓力最大,孔徑范圍最小的最高精度膜材料是能夠在一定條件下轉化或直接降級作為過濾精度相對較小的MF,UF,NF等膜材料再次使用的。當前市場中的RO膜通常使用以下兩種降級方法:直接清洗再利用、化學改性再利用。

2.1 直接清洗再利用

直接清洗再利用指:廢舊的RO等高精度濾膜在不施用改性處理的前提下通過物理或化學清洗的方法有效去除濾膜中大部分污垢后,直接作為NF等過濾精度相對較低的濾膜進行再利用。法國曾有一項實驗研究表明,廢舊反滲透元件在不經處理條件下的性能與納濾膜極為相似:隨使用時間的推移,反滲透膜元件的凈化效率逐漸降低,純水通量[2]由1.0 L/(m2·h·bar) 增加至2.1 L/(m2·h·bar),脫鹽率更是由 90%以上下降至35%～50%;而澳大利亞的一項更深入的研究實驗則發現:對比已使用的廢舊RO膜元件與NF新膜的性能,與法國實驗結果類似。由此而見,RO膜的使用能夠極其有效地提升水質,特別適合于需要較高精確控制的凈水情況。因此,即使RO膜沒有進行任何特殊的改性處理,這種膜仍能夠被廣泛地應用于需要相對較小精確控制的凈水情況,例如苦咸水的凈化處理、海水的預處理凈化以及咸水的選擇性去礦化等領域。盡管廢棄的RO膜沒有經歷任何額外的改造就能被重新應用看上去并不可靠,但這種方法在理論上、在理想狀態中是可行且環保的。由此,為了確保RO膜降級再利用在實際運用情況中的可靠性,在實施應用之前必須對它們的表面物理情況、實際分離性能和化學組成成分等結構與功效進行全面的測試,而非僅僅依靠簡單的清潔和修復手段。當前,用于測試濾膜完整性的技術主要分為兩種:一種是直接測試,另一種則采用了較先進的技術進行間接測試。其中,前者更加直接明了,如壓力衰減、擴散氣流、真空衰減以及聲學測試,而后者相對較復雜,需要更多的專業知識和技術支持通過檢測所預設的產出水的某一特定參數如粒子計數、濁度、粉狀活性炭等,以此參數來表示該濾膜的完整性。Will Lawler等[3]曾創新出另一種廢舊RO膜的直接再利用方式——多膜混合系統。多膜混合系統簡言之則是指:同時將不同性能(使用程度、老化程度)的RO膜元件使用于一個壓力容器中,具體而言即同時在系統的上、下游部分分別使用脫鹽率、產水率、過濾精度等性能情況不同的濾膜,如圖2所示。這種設計能夠將廢舊RO膜再次利用,減少新膜的使用及其損耗從而實現在降低系統整體工作壓力要求的同時降低工作能耗,并保護新膜免于直接受到較為嚴重的污染。老化、廢舊的RO膜在一定條件下都可直接于該設計中進行再次利用。我們對于RO膜中多層嵌套式的結構改進可以說與之原理較相似,即在總體提高濾水效率的前提下,最大化再利用老化程度不盡相同的廢舊RO膜,并提高RO膜氧化降級的轉化效率。

2.2 化學改性再利用

化學改性再利用是指化學改性處理老化、廢舊的反滲透膜,將濾膜部分或全部活性層去除后降級改用作微濾、超濾和納濾膜等其他過濾精度相對較低的多孔材料。當前,大部分應用于反滲透的是聚酰胺(PA)復合膜,這種復合膜的特殊結構可以通過氧化劑來降解,這樣可以顯著地影響濾膜的外觀、特征以及它們的性能。對于聚酰胺功能活性層而言,使用氧化劑降解此活性層將導致整個濾膜的形態和性能都隨之發生改變,使其在濾水功能上表現出與微濾/超濾/納濾膜極其相似的性質與性能。需注意,原本廢舊反滲透膜的性能狀態、循環利用時的具體水質等多重因素綜合決定了最終降級轉化的多孔濾膜材料。研究人員已經能夠通過改進界面聚合工藝來獲得更好的防污膜性能。根據Zou等的研究,在界面聚合過程中,聚酷胺薄膜生長并作為兩種單體傳質的障礙,這種屏障會抑制兩種單體之間的完全反應,使活性皮膚層表面出現過量未反應的多官能團酸性氯基團。因此,必然會形成過量的未反應薄膜層,沿著這一研究方向,他們在活性皮膚層中加入了多功能胺單體,與表面存在的未反應的酷氯基團發生反應。據報道,他們獲得了表面光滑、防污性能相對較好的RO膜,通過研究含有更多官能團的新單體,膜表面性能的改善也滿足了標準要求。此外,將活性有機改性劑加入到常用的TMC或MPD溶液中,以便將其引入功能屏障層。Kang等在他們的綜述中給出了一個詳盡的表格,總結了迄今為止研究的新型單體和改性劑。防污RO膜的另一個重要發展是將納米級無機顆粒摻入膜中。在膜合成中使用納米顆?？梢酝ㄟ^降低膜污染程度來提高膜的性能,2005年Hoek等首次介紹并申請了通過界面聚合制備建膜納米復合反滲透膜的專利。本專利描述了沸石a-聚酷胺納米復合膜的制備。為此,將沸石A(ZA)納米顆粒加入到tmc-己烷溶液中,并對得到的懸浮液進行超聲波處理1 h,以確保ZA納米顆粒的良好分散然后將zatmc-己烷溶液澆筑在mpd-水浸UF載體上,通過界面聚合形成一層薄膜。反應1 min后,倒出TMC溶液,然后用去離子水沖洗得到的膜。在Hoek的工作之后,人們對薄膜納米復合膜的制備進行了廣泛的研究,目的是提高膜的整體工藝性能。常用的納米顆粒有TiO2、沸石、Si和銀納米顆粒。薄膜納米復合膜的制備可分為三大類米顆粒通過界面聚合過程包含在RO膜的薄膜層中納米顆粒通過浸沒沉淀過程包含在膜聚碩亞層中[25331:iii)納米顆粒同時包含在膜亞層和薄膜層中。有趣的是,納米增強膜也被商業化制造。例如,薄膜制造商NanoH20向市場推出了QuantumFlux薄膜納米復合(TFN)膜,將良性納米材料納入其專利薄膜層中。該公司報告稱,與傳統薄膜RO膜相比,其滲透率提高了50%～100%。遵循同樣的趨勢(為了增強表面親水性以及降低表面粗糙度),許多研究的重點都集中在導電膜的化學或物理表面改性上。3 000×放大倍數下的掃描電鏡圖像見圖3。

連冠楠、Rodriguez,Ambros等[4]通過不同氧化劑氧化降級實驗不斷證明了化學改性降級使用的可行性與優勢。其生產的再生膜除了可繼續用于過濾廢水外,還可運用其組成材料制成土工織物、鼠標墊、保護網和家庭廚房芳香墻等生活日用品與建筑材料。而經過Veza和黃延平等對濾膜的氧化降級深入的研究實驗發現,KMnO4是對廢舊RO膜進行氧化處理時轉化效果最好的氧化劑,但通過此法轉化產出的再生膜依舊存在著易被污染,污染周期較短且工作壓力要求較高等缺陷。對NaClO氯化廢舊RO膜的實驗,則發現通過氯化降級后的再生膜也能夠與納濾膜在通量、脫鹽率、離子選擇性等濾水性能上基本持平。但僅通過部分或完全去除活性層產生的再生膜普遍存在膜表面粗糙,易吸附污染物,常需高頻率清洗進而導致其使用壽命大幅降低的缺陷。針對RO膜的再生技術存在的使用壽命問題,一些科學家正在努力探索有效的技術手段,包括實施精確的清潔、改性再生等步驟,并且采取了一系列措施,如采用涂覆技術,將膜表層的活性成分進行有效的降解,可以顯著提高膜的性能及壽命。通過多次試驗,覃浩律等人發現:將NaClO氧化處理過的廢棄、衰退的RO膜,然后通過添加氨水以及甲基AA羥乙酯和AA作為膜表面活性劑,并在其中反復浸漬,可以顯著改善膜的光潔度,增強其耐腐蝕性,同時也顯著減少了清潔的次數以及困難程度。研究人員Moradi等人的研究顯示,將經過改良的膜作為基礎,采用沉淀聚合技術制備的NF膜具有良好的性能和穩定性,遠超市面上的NF膜。此外,將廢棄的RO膜經過改造,變換成具有多種功能的膜,不僅有利于節省原始資源,還有助于減少能源消耗,并且有助于改善過濾效果,其應用非常廣泛,表1則簡單的總結了當下廢舊RO膜化學氧化降級為其他多孔材料的普遍方法。

表1 廢舊反滲透膜轉換成其他多孔膜的操作情況

3 現有RO膜的組成結構和主要缺陷以及改善方法

3.1 現有RO膜組成結構及主要存在缺陷

隨著技術的進步,膜技術已被廣泛應用于各種工業領域,包括水處理、氣體分離、化學和制藥、食品和飲料、血液透析、紡織加工等。在水處理領域,膜技術在促進安全飲用水供應、廢水回用、海水淡化和環境保護方面發揮著關鍵作用[5]。膜技術與傳統技術相比有幾個關鍵優勢。膜基分離具有選擇性強、設備簡單、結構緊湊等特點。在安裝和操作方面,它也具有很強的適應性和靈活性。但膜元件的壽命有限,對于反滲透膜,通常是3 a～7 a,而對于MF和UF膜,通常是7 a～10 a。據數據統計,全球每年10.16 cm和20.32 cm的RO膜元件銷量約80萬支,自2016年以來每年廢棄膜的數量超過840 000個(約合14 000 t)且仍然在不斷增長,因此如何處理如此數量的磨損反滲透膜成為了世界各國重視的一個問題。如今反滲透膜中的污垢可由許多常見的污穢劑堆積,如無機鹽、 有機質和生物膜和糞便等,在預處理無效或規模抑制無效的膜系統中通常存在的問題。污染物的常年的積累通常會導致產量減少和水質下降。此外,污染現象通過惡化膜的性能,增加了操作和維護成本,并使流量下降且最終縮短了RO膜的使用壽命。直接回收不會干擾組件結構,但作用于壽命終止的RO膜的活性層(聚酷胺)[6]。聚酷胺對氧化劑的低耐受性可以被利用來改變膜的形態和性能。因此,通過化學改性對膜進行直接回收正引起學術界和工業界的興趣:在出現嚴重的膜污染的情況下,需對受污染的膜元件進行調查,這種技術通常被稱為“膜解剖”。當污垢的成分十分復雜,且不了解污染的來源和主要的組分時,膜解剖是一種有用的應對方法,材料在膜表面或目前廢棄反滲透膜有三種主流的處理方法:固體廢置物處置,修復再利用與降級用作其他膜材料,而這三者中固體廢置物處置法會造成生態環境的污染,修復再利用處理則會導致資源上的浪費與不可避免的成本提升。目前能夠同時保證環保和資源利用率的最佳方案以及研究熱點便是高級膜的降級使用,膜的降級使用中對RO膜的處理在上文已經描述,但降級使用同樣存在缺點,即:降級使用的普遍處理方法為氧化降級,其存在著氧化時間過長、氧化效果效率較低、氧化機理不明確等問題,且難以快速投入下級使用。目前螺旋卷式結構是市面中使用率最高的RO膜元件結構,它通常是多葉膜袋構成,多葉膜袋則由多個單葉膜袋組合而成。單葉膜袋主要包含:兩片不對稱膜片、膜片間的產品流道、膜表面的湍流網格狀進水流道三大主要結構。通常對螺旋卷式結構中膜袋的三邊使用膠黏劑密封,而將第四邊于多孔的產水收集管內開口。螺旋卷式結構與其他:如管式、板式和中空纖維式元件結構相較而言,具有水流分布均勻、耐污染程度高、更換費用低、外部管路簡單、易于清洗維護保養和設計自由度大等優點,所以成為了目前膜元件結構的主流形式。但相應的,其拆卸與安裝的不便捷、降級使用的氧化時間過長是它現存主要的缺點。

3.2 改善現有RO膜缺陷的一些具體方法

1)采用新型RO膜的納米復合材料?？茖W界已經證明,如果RO膜使用高滲透性的膜材料,即使處理污水時的通道增加,可以進一步降低淡化水的成本,采用高滲透性的RO膜納米復合材料可以通過在RO膜表面形成的薄膜納米復合膜中適當加入納米顆粒,并將其與當前高水通量的料墊片來提高RO膜的總體通透性[7]?？偟膩碚f,這種納米復合新材料提高了水通量,同時進一步提升了RO膜的性能,同時也改善了在處理污水時對污物和雜質的截留率。納米復合膜的性能已經超過了過去十幾年來基于RO膜使用的標準化聚合物化學的現有商業產品,采用它能夠有效改善現有RO膜的部分性能。

2)采用大直徑螺旋纏繞元件。20.32 cm膜元件已成為海水淡化和水回收中RO和納濾元件的工業標準尺寸。然而,在大型RO膜工廠中,20.32 cm直徑規格膜的經濟效益很差,因為元件、PV、管道和連接的數量必須與流量的增加成正比,大直徑螺旋纏繞模塊可以顯著降低RO膜在工廠中生產時的磨損,能夠進一步提升單個RO膜的生命周期和降低制造單個RO膜的成本?？紤]到成本節約與更高的模塊和PV相關的額外風險之間的權衡,40.64 cm的RO膜螺旋纏繞原件是最佳直徑。上述直徑允許膜的有效面積和組件的生產力增加到常規20.32 cm元件的4.3倍。舉一個典型的例子,一個典型的3 789 m3/d的20.32 cm元件系統將使用25個PV機和175個元件,而一個類似的45.72 cm元件系統只使用5個PV機和25個元件。O形環元件的數量相比前者減少了14倍,這顯著降低了由于O形環故障而停機的風險。45.72 cm系統的占地面積約為20.32 cm系統的50%,這減少了建筑尺寸,從而減少了與項目相關的民事成本。此外,減少連接數量和膜架的尺寸可以額外節省一些成本。補充一點,成本節約往往是隨項目的需求而動態改變的,需要根據具體情況進行評估,預計對于典型的水處理系統,如半咸水反水系統,使用45.72 cm元件,膜架上的材料成本節約相比于20.32 cm元件的成本要少15%左右。

3)采用高效率的能源回收裝置以及合理選擇回收方式。在海水淡化廠使用時所念壓力交換系統后,該技術的成熟使海水淡化過程的能耗穩定降低,同時如果采用高效率的能源回收裝置,能夠實現更高的效率并延長設備使用壽命。塑料固體廢物的處理和回收方式可分為四類,初級(再擠壓)、二級(機械)、三級(化學)和四級(能量回收)。一次回收通常是在制造工廠內通過重新引入干凈的廢料回到擠壓循環。一般來說,該工藝不能應用于臟廢物,如使用甚至清洗后的RO膜元件,因為回收材料預計不能滿足要求的質量。雖然所討論的過程中只有相對較少的數量直接適用于反滲透膜的回收,但評估其有效性是研究所有回收機會過程中的一個重要步驟。在機械回收過程中,塑料被物理磨成合適的尺寸,與污染物分離、清洗,然后用作生產新產品的原料。盡管機械回收技術已取得一定的進展,但由于不相溶或不相容的聚合物會影響其機械性能,因此,要想實現經濟可行的機械回收,就必須采取有效的措施,如建立大規模、均勻的單聚合物塑料廢物處理系統。因此,為了在經濟上實現機械回收,具備有大量清潔和均勻單聚合物塑料廢物流是很重要的?；瘜W(或原料)回收,是一種將塑料材料分解成更小分子的過程,作為石化過程的原料,使用創建聚合物鏈的方法,如解聚和降解。聚酯材料(如在滲透間隔和膜片的成分)適用于化學循環過程,水解用于逆轉用于制造聚合物的縮聚反應,加入水引起分解?；瘜W回收通常不能與受污染的材料一起使用,雖然比機械和初級回收更昂貴和復雜,但其主要優點是預處理使用有限的異質聚合物可以加工?；瘜W回收工藝是為單個材料量身定制的,并需要進一步的分類,以確定這一途徑是否適合反滲透膜模塊的回收。塑料回收的最后一類是能量回收和熱加工,它可以定義為將固體廢物轉化為二級產品,釋放熱能。工業中常用的熱處理主要類別包括焚燒、熱解或缺氧熱處理,氣化是在有限空氣的部分燃燒產生氣體,催化轉化為燃油。在環境方面,氣化和熱解比簡單的焚燒具有優勢,因為它們產生更少的排放,減少廢物殘留物,并增加能源回收效率。最重要的是,這些工藝可以用于混合組分的廢物。

4)采用低生物污染進料間隔劑。RO膜的性能也可以通過使用特殊的進料墊片來提高,從而最大限度地減少元件上的壓力。這些墊片比傳統的墊片具有更大的進料通道開放橫截面,能夠降低壓力來達成更有效的清洗。新型隔片膜的水動力條件與標準隔片膜的水動力條件不同,這些流動條件減少了生物污染過程。大多數RO螺旋纏繞元件中使用的進給墊片厚度在0.66 mm～0.86 mm之間。普遍而言,這些低生物污染進料間隔劑由聚烯烴材料制成,能夠靈活應對水處理過程中的不同pH情況。

5)采用八元壓力容器。八元壓力容器能夠降低功耗和系統成本,能將RO膜的設計過渡到單級配置,并增加了每個PV的元件數量。目前大多數系統設計是七元RO機架,回收率為40%～45%。一些容量非常大的系統采用8元PV設計和運行,系統恢復率提高到50%以上。一個例子是位于塞浦路斯的54 000 m/d的拉納卡SWRO工廠,該工廠首次使用了八元素配置,五個RO機架的容量9 000 m3/d,每個機架有120個PV,每個配置8個膜。每個PV增加的元件數量有明顯的成本優勢。使用六單元PV的RO系統將比使用相同膜面積但配置八單元PV的系統多需要34%的PV。在過去,八元單通的配置受到批評,因為它導致水通量分布不均勻:鉛元素在非常高的通量下運行,這可能導致過度的毛糙。然而,如果檢查進料鹽度和壓力分布,很明顯能看出在單級系統中,鉛和尾位置之間的水通量差低于在相同回收率下運行的兩級系統。目前八元PV的運行結果表明,大型SWRC工廠(如佛羅里達州的拉納卡、坦帕、以色列的Ashkelon和西班牙的Escombreras)的性能十分穩定,證明了這種設計方法的正確性。

4 多層嵌套式RO膜高效降級再生元件相對于現有RO膜的優化方向及結論

本文著重于RO膜裝置內膜元件多葉膜袋優化:即將原有RO膜裝置內膜元件僅有的單層高品質多葉膜袋,改裝為含有多層高品質可拆卸多葉膜袋,多層多葉膜袋之間,外層多葉膜袋含有項鏈阻隔層,以起到對內層多頁膜袋的保護作用,在更換拆卸時,阻隔層也能夠一并拆卸下來,這樣一來能使多葉膜袋可嵌套結構中被替換下來的磨損多葉膜袋提前進入氧化階段,為降級使用進行處理準備,而嵌套結構中尚未拆卸的內層膜袋能夠直接代替已拆卸的多葉膜袋進行正常的使用,此方案相比于現有的處理方案能夠顯著提升單個RO膜的使用年限,同時可以在一定程度上解決膜的降級使用方法在效率上不足的問題。在本文的新型RO膜的工藝中,上文提到的外層多頁膜袋的相連阻隔層將采用主要成分為硅膠的TPU(Thermoplastic polyurethanes)膜,它是一種熱可塑性的彈性體,是由含NCO官能基的MDI與含OH官能基的POLYOL,1.4 BG等材料押出混煉而制成,由于彈性好、物性佳、各種機械強度都很好,廣泛用于射出、押出、壓延及防水場合,造價相對低廉,通過控制變量法,筆者得出多層嵌套式RO膜高效降級再生元件的單個造價雖然高于市面上的普通單層RO膜,但相對于同樣層數的單層RO膜的造價更低;經過測試,由于多層嵌套式RO膜高效降級再生元件的每一個外層多頁膜袋都含有阻隔層,在處理污水時產生的磨損幾乎不會影響到內層的多頁膜袋,在該多層嵌套式RO膜高效降級再生元件的外層多頁膜袋更換下來之后,經多組實驗數據測驗:在處理污水時內層多葉膜袋仍然具有嶄新單層RO膜97%的性能。綜上所述,多層嵌套式RO膜高效降級再生元件能夠大大提升造價昂貴的高品質RO膜的多級利用率,讓替換下來的磨損多葉膜袋提前進入降級過程前的氧化階段并能更快銜接上后續的水處理工作,減少資源損耗和成本預算,可以真正做到環保、高效、經濟。