家用反渗透膜滤芯的制作及其在净水中的应用
摘要： 本文介绍了家用反渗透膜滤芯的制作过程和常见工艺问题的规避方法，通过去除率不合格、流速不达标、卫生安全不合格三大主要应用问题的原因分析，指导家用反渗透膜滤芯在反渗透净水设备上的合理应用，提供家用反渗透膜滤芯的工艺及性能优化方向。
关键词：反渗透膜组件、过滤单元、反渗透膜滤芯、失效模式、失效规避 The Manufacture of Household Reverse Osmosis Membrane Filter Element and Its Application in Water Purification
Zhang Xin
Abstract: This article introduces the manufacturing process of household reverse osmosis membrane filter elements and the avoidance of common process problems. Through the analysis of the three main application problems of unqualified removal rate, unqualified flow rate, and unqualified health and safety, it guides the application of household reverse osmosis membrane filter elements in the osmotic water purification equipment and provides
设备集电环
the process and performance optimization direction of household reverse osmosis membrane filter elements.
Keywords: reverse osmosis membrane module, filter unit, reverse osmosis membrane filter element, failure mode, failure avoidance
随着净水市场上反渗透净水机的应用占比逐年增大，反渗透膜滤芯作为其核心零部件，产量和销量也逐年增加，反渗透膜滤芯制造和实际应用中反馈出的问题也日益突显，亟待进行改进和优化。本文就反渗透膜滤芯制作及使用过程中出现的主要问题进行归纳和分析，为其制造工艺及性能优化指明方向。
1 反渗透膜组件的组成及主要功能
反渗透膜片是反渗透膜组件的核心组元，其过滤精度约为0.0001µm，可以去除胶体、微生物、重金属离子、有机物、二价及以上的溶解盐以及大部分一价溶解盐。浓水格网放于对折膜页截留层一侧夹层中，主要作用为均匀布水，同时实现对两对折膜页的支撑和隔离，防止膜片润湿后粘黏在一起无法有效过滤。相邻两个对折膜页通过胶水实现三边密封形成 膜袋。纯水滤布位于每个膜袋内部，主要作用为纯水导流。浓水格网、反渗透膜袋、纯水滤布三者构成了反渗透膜组件的核心过滤单元，N页膜（N≥1,为未对折前膜片的页数）由此种的N个核心过滤单元组成。超声波打磨机
图1.1不同分离膜污染物分离尺度示意图
在以上N个过滤单元的基础上，制作成螺旋卷式膜组件可以使填充密度最大化，最小的体积实现最大的通量。源水流经膜组件的过程中，水流分为两路，第一路为浓水，从反渗透膜片截留层表面经浓水格网流出，第二路为纯水，从膜袋中经纯水滤布导流到纯水收集管中。纯水收集管为螺旋卷式反渗透膜组件内流道中的重要组元，纯水从N个膜袋内部的开口流出统一汇集到纯水收集管中，在水流推动下流向组件外部。浓水则在水流压力的推动下经浓水格网流到膜组件外部[1]。
2反渗透膜滤芯的制作及失效规避
2.1膜片的分切和裁剪
确认膜片的平板膜性能满足采购标准后可进行膜片的分切，分切宽度应根据需卷制的膜组
伞齿轮设计
草皮卷件尺寸、两端切割余量以及膜片的最大有效利用率来设计。针对不同膜片应设计不同的收放卷速度和分切参数以规避膜片拉伤，收卷和放卷的相对位置需保持动态平衡，防止相对偏移导致的膜片打折和撕扯损伤。根据膜片应用尺寸可以选择纵切和横切两种方式，采用横切可提高膜片的有效利用率。
膜片裁剪参照膜组件的尺寸和页数要求进行，膜片对折用力过大将导致折痕处截留层损伤，进而导致膜组件脱盐率降低。人工裁膜和对折可以采用缓冲工具辅助，若采用设备操作则需要根据不同膜片的机械受力属性进行相应参数设计以最大化减小对折对膜片截留层带来的损伤。对折完成后需要在截留层夹层中放上格网，为膜组件卷制做好准备。格网尺寸按照膜组件尺寸规格设计，格网长度建议超出膜片长度2∽3cm（此长度根据不同厂家工艺控制情况设定）以防止格网在膜片卷制过程中滑移收缩进入膜袋内部导致无格网的区域两膜页湿润后粘合在一起导致纯水流速偏低。
2.2膜组件的卷制和切割
常规膜组件的卷制主要有中心管焊接滤布、切割线定位、放膜片、打胶、放滤布、卷制、缠外保护膜这七个过程。中心管焊接滤布需要预先将滤布平整展开与中心管圆周面紧密贴
合，然后启动焊接，焊接后需检查滤布在中心管上的焊接情况，确认焊接点附近滤布粘合平整对称后空卷一圈半滤布，确认滤布与中心管的相对位置平衡后，拉紧并固定滤布后端。按照膜组件的尺寸要求在中心管两侧标记好切割线的位置。将对折好的膜片平整放在焊接好的滤布上并贴近中心管圆周，同时确认膜片与中心管、滤布的相对位置周正，如果膜片放歪将导致后期胶线被切割，最终导致膜组件报废。设置好打胶走位并试运行，胶水的用量根据膜片和滤布压合后铺展开的胶线宽度要求来设置，如果工艺控制水平较高，胶量可以适当减少，若切割后单边胶宽太窄容易有漏盐风险。打胶设备需要定期点检，重点检查A胶和B胶的出胶速度和比例。 A胶和B胶出胶不一致可能会导致两者混合时出现微气泡，胶线处会产生毛细渗漏现象。A胶和B胶配比失当将造成胶水粘合效果不佳，胶位漏盐。打完胶水后在膜片上放上滤布，对折膜页可设置一定的错位以提高膜片利用率，滤布长度与对折后的最长膜页保持一致，滤布长度可与格网长度保持一致。对于具有N（N≧2）页膜的膜组件，每个折叠页打完胶水并放好滤布之后需要预卷一段距离，该距离为中心管周长（C=πd（d为中心管直径））与卷制的膜页数(N)之商，即C/N，这样操作是为了使膜袋均匀分布在中心管四周，防止卷制过程中由于膜组件圆周面应力分布不均造成膜片跳动损伤以及膜袋和中心管之间的粘合不良问题。当所有膜页送卷完成后，通过顶杆
辅助空卷2圈以适当增加膜组件卷制紧度，然后采用游标卡尺量取当前的卷制尺寸，若偏小则可多卷适当长度的滤布来控制直径，若偏大则需要综合评估膜组件的要求通量和设计参数，修改相应配合结构件的尺寸或者修改膜片、格网以及滤布的长度尺寸以满足装配要求。将蓝胶带端头平整粘贴在膜组件上，缠绕一圈半后切断完成整个膜组件的卷制过程。
按照膜组件图纸上的尺寸要求调节好切割刀位和切割速度。第一个膜组件可以作为试切样品，根据切割下来的两个端头余料的胶水宽度可以判断设置的切割位是否合理。若切割参数设置合理且膜片卷制过程中膜片、滤布、格网均放置到位且周正，则单纯由切割造成的不良率较小。
2.3膜组件的装配及气密性检测
对于1812和3012等尺寸的普通膜组件，膜组件的2个端面，即自来水进水端和浓缩水出水端不需要胶封，可以直接装上中心管上的密封圈后进行气密性检测。对于其它工艺特殊的膜组件，例如从圆周面进水且两个端面密封或者半密封的侧流膜，由于自来水进水流道、浓缩水出水流道以及纯水出水流道需相互隔离，因而需要采用上下端盖辅助进行胶封以形成相互隔离的流道。同时由于膜组件需要与外部滤芯壳体（CAP和BODY）相互配合，需
采用水路转换件和密封圈辅助完成内外流道隔离。因此，示例中（图2.2 右图）的侧流膜可以在切割完成和封装上下端盖之后装上中心管上的密封圈（特殊中心管采用转接头辅助）分别进行一次气密性检测，以便提前筛选出不良品进行报废。待气密性检测合格后，普通的1812或者3012等型号的膜组件可以装上大密封圈（隔离进水和浓缩水）并采用白胶带缠绕固定，侧流膜等特殊膜组件则需要安装上水路转换件等其它辅助件，然后采用白胶带等辅助固定。
地埋式消防栓
图2.1 普通反渗透膜组件示意图
左侧：普通膜组件 右侧：侧流膜组件（示例）
图2.2 普通膜组件和侧流膜组件密封示意图防粘贴
2.4反渗透膜滤芯的封装
可以将制作完成的膜组件装进通用膜壳，通过螺纹旋合密封，再通过快接件等进行水路连接使用，或者将制作完成后的膜组件外部通过滤瓶盖和滤瓶体等形式的结构件配合旋焊密封，再通过不同结构滤瓶盖上的不同接口方式与水路板配合形成水路通路后使用。
3反渗透膜滤芯应用失效模式及规避
家用反渗透膜滤芯的应用失效模式主要为去除率不合格、流速不达标，卫生安全不合格这三大类。
3.1 去除率不合格的主要原因及规避方式
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