ORP數值對反滲透裝置的影響摘要：水中的細菌會在反滲透膜內繁殖增生并侵蝕破壞及阻塞RO膜，影響膜的性能。因此，應使反滲透來水中保持一定量的余氯來抑制微生物的滋生，但由于余氯有較強的氧化性，它能使反滲透膜的表面被氧化，從而影響了反滲透膜的壽命和產水的水質，因此為了使反滲透裝置能安全、穩定運行，對余氯值的要求非常嚴格。在反滲透裝置運行過程中ORP（氧化還原電位）數值是反應來水中余氯值的一個較為直觀的數據，因此ORP數值對反滲透裝置的影響很大。本文著重研究某核電廠反滲透系統ORP數值與來水的余氯值的對應關系，以及影響ORP數值的一些相關因素。

關鍵詞：氧化還原電位、反滲透、膜氧化、余氯值

Abstract:Theincomingwaterofthereverseosmosisunitusuallybycontrollingchlorinetoinhibitthemicrobialgrowth,butbecausethereisastrongoxidizingofthechlorine,itcanmakethesurfaceofReverseosmosismembraneisoxidized,thusaffectingthelifeandproductionofreverseosmosismembranewaterwaterquality,soinordertomakethereverseosmosisunitsafeandstableoperation,it’saverystrictrequirementsoftheresidualvalue.DuringtheoperationofthereverseosmosisunitisareactiontothewaterORP(Oxidation-Reduction?Potential)valueresidualvalueofamoreintuitivedata,thustheORPvaluehasagreatlyaffectedtothereverseosmosisunit.Thispaperfocusesonanuclearpowerplant,thecorrespondencebetweenareverseosmosissystemORPvalueandtheresidualvalueofIncomingwater,aswellassomeoftherelevantfactorsaffectingtheORPvalue.

Keyword:Oxidation-Reduction?Potential、RO（Reverseosmosis）、Membraneoxidation、Residualvalue

前言

反滲透裝置是整個除鹽水處理系統中較為重要的設備，若反滲透裝置運行異常，則無法持續制備除鹽水，因此為了保證反滲透裝置安全穩定的運行，需要了解ORP數值對反滲透裝置的影響，同時掌握影響ORP數值的一些相關因素。本文著重研究某核電廠反滲透系統ORP數值與來水的余氯值的對應關系，以及影響ORP數值的一些相關因素。

一、ORP的基本概念及其測定意義

氧化還原電位，簡稱ORP?（是英文Oxidation-Reduction?Potential的縮寫）或Eh。ORP是介質（包括土壤、天然水、培養基等）環境條件的一個綜合指標，它表征介質氧化性或還原性的相對程度。它是水質中一個重要指標，雖然不能獨立反應水質的好壞，但是能夠綜合其他水質指標來反映水族系統中的生態環境。

在微觀上，每一種不同的物質都有一定的氧化-還原能力，這些氧化還原性不同的物質能夠相互影響，最終構成了一定的宏觀氧化-還原性。氧化還原電位是用來反應水溶液中所有物質反應出來的宏觀氧化~還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強；電位越低，氧化性越弱。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，反之則為還原性。

在生化過濾的同時，水中物質不斷被氧化。生化氧化的過程伴隨著氧化產物的不斷生成，于是在宏觀上來看，氧化還原電位是不斷被提高的。因此，從這個角度上看，氧化還原電位越高，顯示出水中的污染物質被過濾得越徹底。

二、膜氧化的危害和影響

自來水一般通過控制余氯來抑制微生物的滋生，但是余氯有較強的氧化性，它能使反滲透膜表面被氧化，影響膜的壽命和產水水質，因此反滲透系統運行對余氯要求非常嚴格。

例如，某核電廠反滲透膜對進水水質的要求是：SDI＜5，濁度小于1NTU，游離氯小于0.1mg/L等。其中限制進水余氯含量的目的是防止膜被氧化分解。反滲透膜的耐氧化能力與膜材料有關。芳香聚酰胺膜和復合膜比醋酸纖維素膜更易受到水中氧化劑的侵蝕。水中常見的氧化劑有游離氯、次氯酸鈉、溶解氧和六價鉻等。膜被氧化后，化學結構和形態結構發生了不可逆破壞。為了減輕反滲透膜的氧化程度，反滲透裝置進水中允許的游離氯最高含量，醋酸纖維素膜為1mg/L，芳香聚酰胺膜和復合膜為0.1mg/L【1、2】。

三、如何防止反滲透膜被氧化

水中的細菌會在反滲透膜內繁殖增生并侵蝕破壞及阻塞RO膜，影響膜的性能。因此，應使反滲透來水中保持一定量的余氯以殺菌。但水中的余氯過高，則又會氧化侵蝕膜，影響膜的性能及使用壽命【3】。那么如何防止殘留的氧化劑（一般指水中的余氯）氧化反滲透膜元件呢？現在普遍采用對反滲透裝置進行投加還原劑，但還原劑的具體投加量沒有一個科學的計算公式，即使有對于現場操作也很難把握，比如水質、水量的變化等，都可對還原劑的投加產生一定的影響。

因此，控制反滲透進口母管ORP數值來防止反滲透膜被氧化是目前較為普遍及有效的一種方式。

四、影響ORP數值的因素

1、來水的余氯

ORP的數值與水中的余氯呈線性關系，若來水余氯越來越高，則在其余條件不變的情況下ORP數值也會隨之變大，這時候就難以保證還原劑是否已將水中的余氯全部還原，繼而增加了反滲透膜被氧化的概率。

2、還原劑加藥量

還原劑一般選用亞硫酸氫鈉。【4】亞硫酸氫鈉（SBS）是較大型反滲透裝置選用的典型還原劑。將固體偏亞硫酸氫鈉溶解在水中配制成溶液，商品偏亞硫酸氫鈉的純度為97.5－99％，干燥儲存期6個月。SBS溶液在空氣中不穩定，會與氧氣發生反應，所以推薦2％的溶液的使用期為3－7天，?10％以下的溶液使用期為7－14天。從理論上講，1.47ppm的SBS（或0.70ppm偏亞硫酸氫鈉）能夠還原1.0ppm的氯。設計時考慮到工業苦咸水系統的安全系數，設定SBS的添加量為每1.0ppm氯1.8－3.0ppm。SBS的注入口要在膜元件的上游，設置距離要保證在進入膜元件有29秒的反應時間。推薦使用適當的在線攪拌裝置（管式混合器）。

SBS脫氯反應：?

?Na2S2O5?（偏亞硫酸鈉）+?H2O?＝2?NaHSO3?（亞硫酸氫鈉）??

NaHSO3?+?HOCl?＝NaHSO4?（硫酸氫鈉）?+?HCl?（鹽酸）??

NaHSO3?+?Cl2?+?H2O?＝NaHSO4?+?2?HCl

SBS脫氯的缺點是需要人工混合小體積的藥劑。脫氯過程的監測可采用游離氯監測儀，用以監測殘余亞硫酸根的濃度，還可以采用ORP監測儀。本文考察的核電廠采用的是ORP監測儀。

在反滲透裝置進口母管用ORP表在線監測其讀數變化，通過氧化還原電位的大小確定還原劑添加量是否合適。?水量的變化可以預先調整，一般我們都要求操作工每班檢測一下RO進水余氯（用余氯測試盒）水質波動的話，結合ORP表讀數變化很容易調整。

3、其他影響因素

ORP儀表其實只是個相對的值而已，不同原水的背景值是不同的，還有PH對ORP值的影響也是很大的，同一水樣在不同PH值的情況下，其ORP值相差很大，因此一味的說ORP值低于多少合適進RO系統是不科學的。

阻垢劑是一系列用于阻止結晶礦物鹽的沉淀和結垢形成的化學藥劑。大多數阻垢劑是一些專用有機合成聚合物（比如聚丙烯酸、羧酸、聚馬來酸、有機金屬磷酸鹽、聚膦酸鹽、膦酸鹽、陰離子聚合物等），這些聚合物的分子量在2000－10000道爾頓不等。反滲透系統阻垢劑技術由冷卻循環水和鍋爐用水化學演變而來。阻垢劑加入量的多少可以影響來水的PH值，從而對ORP數值也產生一定的影響，但影響較小。

綜上所述，針對某些因素對反滲透進口母管ORP數據的影響，以某核電廠的實際工況為依據，做了ORP數值與余氯值對應關系的化學實驗。

五、ORP值與余氯值對應關系化學實驗

1.實驗步驟：

（1）驗證NaHSO3（某核電廠所用的還原劑）對ORP值的影響。取超濾產水箱（即反滲透系統來水）中樣品水，測量樣品初始的pH值、余氯值與ORP值。

向800ml的樣品水中逐滴加入次氯酸鈉（NaClO）溶液使得余氯值接近1.0ppm。再逐滴加入亞硫酸氫鈉溶液（NaHSO3）至過量，在加藥的過程實時監測樣品水的pH值、余氯值以及ORP值的變化，記錄實驗數據。

（2）驗證在余氯值為0時，加入少量NaClO，記錄ORP表的變化情況。取超濾產水箱中樣品水800ml，逐滴加入NaHSO3至樣品水中余氯為0ppm，測量該過程中ORP值的變化，記錄實驗數據。

（3）驗證阻垢劑對ORP數值的影響。取超濾產水箱中的水，并加入NaHSO3至余氯讀數為零，測量ORP數值。

加入適量阻垢劑，測量pH值、ORP值，看是否發生明顯變化。

2.實驗樣品水選擇超濾產水箱中存水。

3.NaHSO3試劑選擇NaHSO3加藥箱中原液，濃度10%，并稀釋100倍。

4.NaClO試劑選擇NaClO加藥箱中原液，濃度30%，并稀釋100倍。

5.阻垢劑選擇阻垢劑加藥箱中原液，濃度10%，。

6.此次試驗采用現場取樣，實驗室化驗的方式進行，得出的數據結果會與實際系統應用有可能存在誤差。

六、實驗數據及分析

根據實驗數據進行分析加入還原劑NaHSO3對ORP、余氯、pH的影響，余氯值為0ppm后加入NaClO對ORP值的影響，并制圖如下：

實驗1加入還原劑NaHSO3對ORP、余氯、pH的影響

由上面三幅趨勢圖可以看出：

a.余氯由0.4ppm接近0ppm（階段一）時ORP值相對其他時間出現明顯下降（從700mv多降至300mv多），另pH值維持在一個相對穩定的區間。

b.在余氯降至零點之后，加入過量的還原劑，起初ORP值繼續緩慢下降，之后隨著還原劑的過量加入，ORP值基本維持穩定，另pH值在還原劑過量加入后呈穩定下降趨勢。

該實驗結果與之前反滲透裝置的實際運行的情況基本一致，即在沖洗ORP步序的過程中，ORP降至一定數值后，繼續加大還原劑用量，ORP值并無明顯變化。

實驗2余氯值為0ppm后加入NaClO對ORP值的影響

由上圖可以看出在余氯值降至零點后，加入NaClO，在余氯值上升的同時ORP值大幅上升。

七、結論

1.當在反滲透母管上加入還原劑NaHSO3后，余氯會很快反應消除，ORP值將會基本穩定一個固定值，此時的余氯可能已經為0ppm，之后加入的還原劑為過量的。反滲透在ORP數值穩定后出現下降可能會影響反滲透膜的出水水質。

2.ORP對余氯值較為敏感，當有余氯出現時，ORP值將大幅上升，因此，可通過關注ORP值來判斷來水中的余氯是否被還原劑反應消除。同時，在短時間內出現ORP上升后又迅速下降時，說明ORP表或加藥系統存在缺陷，需進行排除檢查。

3.從實驗的角度來看，若是將ORP的報警設定值設定過低，將導致還原劑的過量投入，造成不必要的浪費。并且pH值的變化也有一定的規律，可以在參考ORP數值的同時考慮pH值（試驗中pH降至6.7以下時，余氯已經為0ppm）。

4.ORP電極在震動較大的情況下會存在向上波動的現象，故啟動反滲透升壓泵時，應盡量減慢升壓泵的升頻速率，建議以5Hz/30s的速度升頻，避免ORP表計波動造成誤報警，導致反滲透裝置跳停。