井水深量仪

水，是生命之源。随着人们生活水平的提高，老百姓对饮水安全的关注度越来越高，越来越多的人选择在家中装上净水器。在市面上的各类净水器产品中，一款叫做RO净水器的产品受到了越来越多人的关注。据说，经过这种净水器过滤后，水里面的一切杂质，不管是重金属、有机物，还是细菌、病毒，统统都会被一扫而光，普通的自来水就可以变成纯净水直接饮用。是不是很神奇？当然，带RO膜的净水器的价格也是挺贵的。　　其实，这款RO纯水机的神奇之处，是其里面安装的一张膜。什么膜那么神奇，可以过滤一切有害物质？除了净水器，它还在哪里有用武之地？来，让我们一起围观一下这一净水神器——反渗透膜。　　[b]反渗透膜是何方神圣？[/b]　　超纯水机，其实就是使用反渗透和离子交换原理进行水过滤的净水器。所谓RO，也就是Reverse Osmosis的缩写，意为反渗透。一般来说，一台RO净水器由以下5级过滤装置组成：第1级为5微米PP棉，用于阻垢和去除铁锈杂质等；第2级为颗粒活性炭，用于吸附化学物质；第3级为1微米PP棉或压缩活性炭；第4级为RO膜，是整个过滤系统的关键；第5级为离子交换树脂组成的超纯化柱，用于进一步清除水中的阴、阳离子，制取电阻率18-18MΩ的UP超纯水。[align=center]今天我们不讲超纯化，只讲讲这个RO膜[/align]　　在RO净水器中，最关键的部件就是反渗透膜，也就是所谓的RO膜。那么，何为反渗透呢？在中学时代，我们接触过半透膜的概念，即只能透过小分子量溶剂而不能透过大分子量溶质的膜。我们知道，如果半透膜两侧溶液存在浓度差，低浓度溶液中的溶剂会向高浓度溶液转移，直到达到渗透平衡状态。这种状态只与溶液性质有关，与半透膜无关。　　而在反渗透膜应用的场合，在浓溶液一侧存在外界压力作用，此时高浓度溶液的溶剂会向低浓度溶液转移，这就是反渗透膜。而RO净水器除了关键的半透膜——反渗透膜以外，还有一个关键部件，就是压力泵。RO净水器的工作压力约为0.5兆帕。　　不过，不是什么半透膜都能够达到反渗透膜的应用标准的。要作为反渗透膜，需要具备几大特征：一是在高流速下应具有高效脱盐率；二是具有较高机械强度和使用寿命；三是能在较低操作压力下发挥功能；四是能耐受化学或生化作用的影响；五是受pH、温度等因素影响较小；六是制膜原料来源广泛，加工简便，成本低廉。这样一来，只有很少的材料可以满足反渗透膜应用要求。　　目前能够满足这样苛刻条件的，只有几种高分子材料，如醋酸纤维素、芳香聚酰肼和芳香聚酰胺等具有较强强度的亲水树脂，其中芳香聚酰胺最为常见，脱盐率最高。这些材料的表面微孔直径一般在0.5～10纳米之间。当然，为保证反渗透膜的强度，净水用反渗透膜上还要添加增强材料，如陶氏的反渗透膜就由约120微米厚的聚酯增强无纺布、40微米厚的聚砜多孔中间支撑层(孔径15纳米)以及作为核心部分的0.2微米厚的芳香聚酰胺超薄分离层组成，并根据实际的功能需求进行优化设计与制造。如果用于其他用途，增强层和支撑层的用料也会相应作出改变。[img=,395,198]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905111203314320_6035_2206495_3.gif!w395x198.jpg[/img][img=,400,298]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905111414205835_779_2206495_3.jpg!w400x298.jpg[/img][img=,690,291]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905111414212507_4464_2206495_3.jpg!w690x291.jpg[/img]　从结构和技术要求，我们就能一窥反渗透膜的技术含量，这毫无疑问是尖端科技的产物。　　[b]家用净水只是小case[/b]　　其实，家用净水对于反渗透膜来说，只是个小领域罢了。反渗透膜最厉害最主要的应用，是海水淡化。　　我们知道，海水中含有大量的无机盐以及其他杂质，其杂质含量远比处理过的自来水要高。在水资源匮乏的今天，海水受到了科学家们的关注，如何快速处理海水得到纯净的水资源，一直是研究者们的研究重点。反渗透膜的出现，正好解决了这一问题。　　通过反渗透膜处理海水，得到的淡水非常洁净，可以直接饮用，免除了其他的处理步骤，方便快捷。反渗透后得到的高浓度海水，还可以用于其他物质的提取生产。因此，不少国家和地区都建立或正在筹划建立反渗透膜海水淡化工厂。[img=,600,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905111204163230_1599_2206495_3.jpg!w600x400.jpg[/img]　不过，由于海水淡化用的反渗透膜造价昂贵，还需要其他装置过滤海水中的浮游生物，而且压力要求也很高，因此反渗透法并不是目前海水淡化应用最多的方法。但随着反渗透膜反渗透效率的不断提高、生产成本的逐渐降低，反渗透法的应用比例也将不断提高。　　反渗透膜的另一大应用是超纯水制备。在实验室中，为尽量减小杂质对实验结果的影响，实验室人员会选择使用超纯水进行实验。超纯水的制备完全依赖于超纯水机，它实际上就是一种更高端的反渗透膜净水器，其工作压力和RO膜的质量都要高于家用净水设备。　　反渗透膜还在浓缩饮料生产上有广泛应用。这个原理也很类似于净水器，不过，此时取用的是浓缩液部分。比起其他浓缩方法，反渗透法更加简便迅速，正成为饮料生产企业生产浓缩饮料的首选方案。　　反渗透膜还可以用于军事行动中，方便军队在特殊环境下，利用本来不能使用的污水提取饮用水，保证行军过程中的水供应。这也是反渗透膜最早的用途之一。　　同样，反渗透膜在国际空间站也有一席之地。由于宇航员需要长期居住在空间站，而空间站上又不可能保存太多淡水，因此，反渗透膜被用于将各种废水转化为饮用水。　　在核电站等核设施中，反渗透膜也用于提纯废水，防止核反应堆的放射性物质流出，造成污染。　　现在，一些较高端的水族馆和观赏鱼缸也会使用反渗透膜来保持鱼缸里的盐分。随着反渗透膜技术的不断发展、价格的不断降低，反渗透膜将会更加广泛地走入我们的生活。　　[b]美日技术领先[/b]　　目前，在世界市场范围内，美国和日本在反渗透膜产能和市场份额中具有领先地位。其中，陶氏化学和日东电工两家企业的市场份额就占据了世界总产量的一半以上。随着韩国、中国、印度和巴西等国企业的加入，全球反渗透膜市场正在不断增长。目前，反渗透膜全球市场总值约为14亿美元，到2020年这一数字可能将达到17.5亿美元。　　目前，我国膜材料产量和销量也居世界前列，部分品种正在打入国际市场。不过，在高端反渗透膜领域，国外企业仍是市场主力，占据市场份额的85%。随着我国时代沃顿、杭州华滤和碧水源等企业在科研和技术方面的进步，相信这一情况可以有所改观。　　在全球范围内，海水淡化仍是反渗透膜的最大应用方向，在电力、冶金、石油石化、医药、食品、市政工程、污水回用等领域，反渗透膜也都得到较为广泛的应用。　　在我国，由于经济与地理等因素的影响，反渗透工程项目在山东省以及辽宁大连地区较为集中。随着我国北方地区干旱化的加剧，以及工业、民用对水量和水质要求的不断提高，膜法海水淡化必然从现在的船用、岛用为主，向工业、市政领域发展，市场潜力巨大。　　■[i][b]相关链接[/b][/i]　　[b]反渗透技术诞生的故事[/b]　　1950年美国科学家索里拉金博士（DR.S.Sourirajan）在观察海鸥时发现，海鸥首先会吸一大口海水，然后过一段时间，再吐出一部分。他感到非常好奇，因为海鸥这种使用肺呼吸的陆生动物是绝对不可能直接摄入高含盐量的海水来补充水分的。　　出于这种好奇，索里拉金博士和他的团队对海鸥进行了解剖，发现海鸥并没有直接把海水喝下，而是把海水存在喉管里，海水经由海鸥吸入体内后加压，再经由压力作用将水分子贯穿渗透过粘膜转化为淡水,海鸥把淡水吸收到身体内部，然后把剩下的高浓度海水再吐出来。海鸥喉管中的这层粘膜组织，就是反渗透膜的原型。　　索里拉金博士认为此项重大发现很可能是人类获取饮水的方法的一个重大突破，随即就投入了该原理工业化的研究，美国政府得知此事，投入了4亿美元（约合现在31.6亿美元）的资金，资助美国U.C.L.A大学医学院教授西德尼洛德博士（Dr.S.SidneyLode）配合索里拉金博士博士着手研究反渗透膜。在巨大的资金支持和众多科学家的努力之下，反渗透膜的最初模型诞生。　　1968年，美国阿波罗登月的各项技术准备都紧锣密鼓地开展着，其中最让人头痛的难关竟是最普通的水。当年阿波罗登月计划的人员和设备的总需水量，竟达到6吨之多。航天是一项对重量要求很高的工作。毕竟宇航员多一斤肥肉，发射成本可能就要多上百万美元，更别说以吨计的水了……　　如何回收提纯工业废水、洗漱用水和尿液成为最大的攻关课题。于是反渗透膜这一技术很快被引用到宇航领域。　　采用反渗透技术将使用过的污水，包括尿液等排泻物，净化处理，成为达到饮用标准的再生水，使太空船不用运载大量的饮用水升空，为阿波罗登月计划做出了巨大贡献。　　几十亿美元的投入终结硕果，就是反渗透膜制水技术。在当时此项技术被美国宇航局列为绝密等级专利。[img=,600,380]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905111204399377_5083_2206495_3.jpg!w600x380.jpg[/img]　　反渗透技术在航天领域成功应用之后，又转移到军工领域，自70年起开始装备美国潜艇、航母和作战舰艇，用于海水直接制成饮水，在美国人们把反渗透形象的比喻为“体外肾脏”。　　我国在90年代初开始引进此项技术，装备军舰和潜艇。1992年，中南海建立了一座反渗透水厂，保证国家领导人饮水安全，同时为外宾提供饮水，从此反渗透技术走进了新华门，如今，反渗透技术被应用于净水器的生产中，从此也走进了千家万户。

[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/04/200804262345_86819_1605728_3.jpg[/img]“超滤给饮用水带来的革命，就像一百年前，1915年时现代的过滤技术正式大规模在饮用水中的应用。一百年后的今天，我相信超滤给饮用水深度处理带来的革命，可以和它相媲美的。”中荷水务投资集团副总裁王同春充满信心地说。4月1日下午，在2008城市水业战略论坛中，他以“超滤膜组合工艺技术及其大规模饮用水处理应用案例”为主题进行了发言。王同春博士将超滤和一百年前的砂滤技术进行了对比，他认为超滤以及它的组合工艺对饮用水深度处理来说，会带来一场的革命。现在饮用水的水质要求越来越高了，但是我们能得到的高品质的水源水是有限的，这是一个矛盾的。特别是当我们进入第三代饮用水处理以后，生物安全性和生物稳定性作为一个新的要求提出来。超滤变成了我们认为是最佳的，不敢说是唯一的技术。用了超滤或者它的组合技术以后，我们能解决现在第一代和第二代无法解决，或者是难以解决的问题。在20年的超滤应用过程中，存在一系列的争论。如超滤和常规技术的关系的问题。王同春说，超滤技术基本的功能是一个过滤、筛分，不能除溶解性的物质，如，氨氮是除不掉的。去除氨氮最好的方式是生物方式，如果我们把超滤膜和生物氧化结合在一起，我们就能提高对氨氮的去除率，能提高对COD、BOD的去除率。他坦言，膜技术和常规技术是相辅相成的，如果了解了它的技术本身，再结合传统工艺，这个超滤技术就能发挥得更好。还有一个争论，在饮用水深度处理时，用臭氧技术好呢？还是用混凝炭技术好呢？还是用膜技术好呢？王同春认为对不同的水来说，要解决饮用水深度处理全面解决的问题，应该是这三个技术的有机组合。臭氧也好，或者氧化技术也好，它解决的是一方面的问题，活性炭是有机物吸附问题，而超滤解决的是一个过滤的问题，他说。王同春还介绍了荷兰PWN水厂、英国、德国和美国蹬几个运用大型的超滤的水厂的例子。最后他说，从6万多吨到几十万吨应用的案例告诉大家，发展到今天，膜技术已经非常成熟了，它的综合运行成本可以和常规技术相竞争，甚至更低了！

响应疯子哥的活动，将一个山泉水和井水中的重金属检测过程发上来跟大家分享一下。出于个人习惯和各个实验室的检测要求，涉及的相关隐私就暂且不表了。有些操作不当的地方还请大家多多包含。 我们实验室基本上能完成水质106项（出放射性外）的检测要求，而且通过了相关部门的验收。为了把实验室的这个能力给上面呈现出来，专门接了8个样来搞全分析，全部做完耗时近2个月。要完全按照相关规范来做，采样尤其困难。好像每个样品最好总共采了大约60升。不过我负责的元素检测相对来说要简单很多，多亏了ICP-MS这个利器！ 废话不多说。山泉水样来自中南部省份的一个小山区，山泉水从山上流入山下的一个天然池塘，我们从这个池塘采集的样本。井水来自该区一普通农户家的自挖井（以上样本信息来自另外科室，具体详情未知）。 先看我拍来的井水样本图片。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081553_429144_1615758_3.jpg 样本前处理。元素这一块可以说超级简单了，因为采集水样的时候采样人员已经按照我们的要求加酸酸化了以保证稳定。所以我做的时候仅仅是拿这个玩意（如下图）过滤一下直接上机检测。当然空白为酸化的超纯水，也同样经过过滤，以保证引入的污染一致性。过滤的注射器和虑头曾经在ICP-MS版面讨论过金属残留问题。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081553_429145_1615758_3.jpg 我总共做了18个元素，包括铝、锰、铁、铜、锌、砷、硒、镉、汞、铅、硼、铍、镍、锑、银、钡、钼、铊。因为牵扯的测量数据比较多，估计不能全部都呈现出来。先看我以前做的精确度实验吧，包括重复性、线性、加标回收率。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081554_429146_1615758_3.jpg 重复性方面，所有元素的相对标准偏差在0.3%至1.5%之间；http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081605_429154_1615758_3.jpg线性实验，相关系数均在0.9993以上；http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081555_429152_1615758_3.jpg加标回收率在97%至111%之间。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081605_429155_1615758_3.jpg 有一点值得跟大家讨论一下。做这么多元素，配置标准是件苦差事。前的随仪器附送的混标用完了，有没有及时买来，只能所有的单标加一起了。这中间有些单标基质不同，有些又互相有反应。苦不堪言！经过多次试验，我们配制了四种混合标准溶液。上部分元素的标曲吧。（手机拍的图，模糊得很）检测结果汇总。（未完待续，准备上图）镉 、钡、铊http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081607_429156_1615758_3.jpg铁 、钴、镍、铜http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081608_429157_1615758_3.jpg砷、硒http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081609_429158_1615758_3.jpg其中山泉水中的锌的检测结果就让人匪夷所思了。居然高达11ppm之多，（没想到啊，可怜我的检测器啊，只好重新再做）上图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303081615_429161_1615758_3.jpg