反渗透膜分离技术的发展及其在城市污水处理中的应用

1、反浸透膜别离技术的开展及其在城市污水处理中的应用摘要：本文首先简要地回忆了国内外反浸透膜技术的开展概况，然后详细阐述了反浸透膜别离技术。通过介绍反浸透的根本原理、污染物去除机理、反浸透装置型式、主要性能参数与运行工况条件和根本流程，以美国和日本采用反浸透处理生活污水为例，讨论了反浸透膜别离技术在城市污水处理中的应用情况，最后就其开展方向作出了初步地归纳和展望。关键词：城市污水处理膜别离技术反浸透膜实际应用前景展望近来，物理化学处理技术、光照射技术及膜过滤技术已形成三大水处理技术。在这些技术中引人注目的是膜别离法污水处理技术1。膜别离是通过膜对混合物中各组分的选择浸透作用的差异，以外界能量或化学

2、位差为推动力对双组分或多组分混合物的气体或液体进展别离、分级、提纯和富集的方法。而反浸透膜别离技术作为当今世界水处理先进的技术，具有清洁、高效、无污染等优点，已在海水淡化、城市给水处理、纯水和超纯水制备、城市污水处理及利用、工业废水处理、放射性废水处理等方面得到广泛的应用。膜别离技术作为新的别离净化和浓缩方法，与传统别离操作(如蒸发、萃娶沉淀、混凝和离子交换树脂等)相比拟，过程中大多无相变化，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小等特点。膜别离技术应用到污水处理领域，形成了新的污水处理方法，它包含微滤(F)、超滤(UF)、渗析(D)、电渗析(ED)、纳滤(NF)、和反浸透(R)

3、等，本文仅对反浸透(R)膜法对城市污水处理技术进展讨论。1反浸透膜开展概况膜广泛的存在于自然界中，特别是生物体内。人类对于膜现象的研究源于1748年，但是人类对它的认识和研究那么较晚。1748年，AbbeNllet观察到水可以通过覆盖在装有酒精溶液瓶口的猪膀肌进入瓶中时，发现了浸透现象。然而认识到膜的功能并用于为人类效劳，却经历了200多年的漫长过程。人们对膜进展科学研究那么是近几十年来的事。其开展的历史大致为；30年代微孔过滤；40年代透析；50年代电渗析；60年代反浸透；70年代超滤和液膜；80年代气体别离；90年代浸透汽化2。在国外，其开展概况为：1953年美国的REid提出从海水和苦盐

4、水中获得廉价的淡水的反浸透研究方案，1960年美国的Surirajan和Leb教授研制出新的不对称膜，从此R作为经济的淡化技术进入了实用和装置的研究阶段。20世纪70年代初期开场用R法处理电镀污水，首先用于镀镍污水的回收处理，此后又应用于处理镀铬、镀铜、镀锌等漂洗水以及混合电镀污水。1965年英国首先发表了用半透膜处理电泳涂料污水的专利。此后美国P.P.G公司提出用UF和R的组合技术处理电泳涂料污水，并且实现了工业化。19721975年JJ.Prter等人用动态膜进展染色污水处理和再利用实验。1983年L.Tinghuis等人发表了用R法处理染料溶液的研究结果。1969年美国的J.VSith首

5、先报道了处理城市污水的方法。30年来，反浸透(R)技术先后在含油、脱脂废水、纤维工业废水、造纸工业废水、放射性废水等工业水处理、苦咸水淡化、纯水和高纯水制备、医药工业和特殊的化工过程和高层建筑废水等各类污水处理中得到了广泛的应用。尤其是近几年，一些新型的膜法污水处理技术逐一问世，如膜蒸馏、液膜、膜生化反响器、控制释放膜、膜分相、膜萃取等3。在我国，膜技术的开展是从1958年离子交换膜研究开场的。1958年开场进展离子交换膜的研究，并对电渗析法淡化海水展开了试验研究；1965年开场对反浸透膜进展探究，1966年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产，为电渗析工业应用奠定了基矗1967年海水淡化会

6、战对我国膜科学技术的进步起了积极的推动作用。1970年代相继对电渗析、反浸透、超滤和微滤膜及组件进展研究开发，1980年代进入推广应用阶段。1980年代中期我国气体别离膜的研究获得长足进步，1985年中国科学院大连化物所，首次研制成功中空纤维N2/H2别离器，主要性能指标接近国外同类产品指标，现己投入批量消费，每套本钱仅为进口装置的1/3。进入90年代以来，复合膜的制备获得了较大进展2。2反浸透膜别离技术根本理论反浸透膜别离法的根本特点是其推动力为压力差110Pa，传质机理一般认为是溶剂的扩散传递，透过膜的物质是水溶剂，截留物为溶质、盐悬浮物、大分子、离子，膜的类型为非对称膜或复合膜。反浸透的

7、选择透过性与组分在膜的溶解、吸附和扩散有关，因此除与膜孔大小构造有关外，还与膜的化学、物理性质有亲密关系，即与组分和膜之间的互相作用亲密相关4。2.1反浸透原理浸透现象早在1748年已由AbbeNllet首次得到证明，直到20世纪50年代，科学家们才开场利用反浸透或超滤作为溶液中溶质和溶剂的有效别离方法，并使其成为一种实验室技术。浸透是指一种溶剂即水通过一种半透膜进入一种溶液或是从一种稀溶液向一种比拟浓的溶液的自然浸透。但是在浓溶液一边加上适当的压力，即可使浸透停顿，此时的压力称为该溶液的浸透压。假设在浓溶液一边加上比自然浸透压更高的压力，改变自然浸透方向，把浓溶液中的溶剂水压到半透膜的另一边

8、稀溶液中，这是和自然界正常浸透过程相反的，此时就称为反浸透。这就说明，当对盐水一侧施加的压力超过水的浸透压时，可以利用半透膜装置从盐水中获取淡水。因此，反浸透过程必须具备两个条件：一是必须有一种高选择性和高浸透性一般指透水性的选择性半透膜，二是操作压力必须高于溶液的浸透压。2.2反浸透膜的透过机理关于反浸透膜的透过机理，自20世纪50年代末以来，许多学者先后提出了各种不对称反浸透膜的透过机理和模型，现介绍如下：2.2.1氢键理论3这个理论是由里德Ried等人提出的，并用醋酸纤维膜加以解释。这种理论是基于一些离子和分子能通过膜的氢键的结合而发生联络，从而通过这些联络发生线形排列型的扩散来进展传递

9、。在压力的作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点羰基上氧原子形成氢键，而原来的水分子形成的氢键被断开，水分子解离出来并随之转移到下一个活化点，并形成新的氢键，如是通过这一连串氢键的形成与断开，使水分子分开膜外表的致密活化层，由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能畅通流出膜外。2.2.2优先吸附-毛细孔流理论4索里拉金等人提出了优先吸附毛细孔流理论。他们以氯化钠水溶液为例，溶质是氯化钠，溶剂是水，膜的外表能选择性吸水，因此水被优先吸附在膜外表上，而对氯化钠排挤。在压力作用下，优先吸附的水通过膜，就形成了脱盐的过程。这种模型同时给出了混合物别离和浸透性的一种临界孔径的概念。临界孔径显然是选择性

10、吸着界面水层的两倍。基于这种模型在膜的外表必须有相应大小的毛细孔，根据这种理论，索里拉金等研制出具有高脱盐率、高脱水性的实用反浸透膜，奠定了实用反浸透膜的开展基矗2.2.3溶液扩散理论3朗斯代尔Lnsdale和赖利Riley等人提出溶解扩散理论。该理论假定膜是无缺陷的“完好的膜，溶剂和溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶质在膜中的溶解，然后在化学位差的推动力下，从膜的一侧向另一侧进展扩散，直至透过膜。溶剂和溶质在膜中的扩散服从Fik定律，这种模型认为溶剂和溶质都可能溶于均质或非多孔型膜外表，以化学位差为推动力常用浓度差或压力差来表示，分子扩散使它们从膜中传递到膜下部。因此，物质的浸透才能不仅取决于扩

11、散系数，而且取决于其在膜中的溶解度。溶质的扩散系数比水分子的扩散系数小得越多，高压下水在膜内的挪动速度就越快，因此透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。目前一般认为，溶解扩散理论较好的说明膜透过现象，当然氢键理论、优先吸附毛细孔流理论也可以对反浸透膜的透过机理进展解释。此外还有学者提出扩散细孔流理论，结合水-空穴有序理论以及自由体积理论等。也有人根据反浸透现象是一种膜透过现象，因此把它当作非可逆热力学现象来对待。总之，反浸透膜透过机理还在开展和完善中。2.3有机物去除机理对于有机溶质的脱除机理最初认为纯属筛网效应其脱除率主子量大小和形状有关。后来经过大量的研究，发现膜与有机溶质

12、的电荷斥力对脱除率的影响有时不容无视。近年来的研究证明，膜对有机溶质的脱除主要受两方面的影响：一是膜孔径的机械筛除作用；二是膜与有机物间排挤力的作用，这种排挤作用的大小与膜材料和有机物的物理化学特征参数有很大的关系。这些物理比学特征参数及其对别离度的影响(不考虑膜孔径的机械筛除作用)介绍如下5。2.3.1极性参数5极性效应表征的是有关分子的酸性或碱性。以下参数中的任何一个均可以给出极性效应以定量的量度。(1)s(酸性)或s(碱性)s(酸性)是溶质(RH)在14和醚溶液中测得的红外光谱中H谱带最大值的相对位移，s(碱性)是溶质(H3D)在苯中测得的红外光谱中D谱带最大值的相对位移s(酸性)或s(

13、碱性)的数据分别与质子给予体或质子承受体的分子的相对氢键键合才能相联络。氢键键合才能愈大，表示一种酸(如醇或酚)给予质子的才能愈大或一种碱(如醛、酮)承受质子的才能愈大。由于质子给予才能与质子承受才能表现出相反的趋势，因此s(酸性)的增加值等于s(碱性)的减小值。一般来说，有机溶质的s(酸性)增加，表示有关分子与膜的氢键键合才能增强，这种增强的结果就会减小膜与有机溶质间的排挤力。因此，随着s(酸性)的增加，有机物的别离度减校或者说，随着s(碱性)的增加，有机溶质与膜的氢键键合才能减小，因此膜与有机溶质间的排挤力增大，有机物的别离度增加。但当s(碱性)值超过随某一化合物的种类而异的值时，随着s(

14、碱性)的增加，溶质别离度的增加甚微。(2)解离常数Ka或pKa(PKlgKa)解离常数是水溶液中具有一定离解度的溶质的的极性参数。离解常数给予分子的酸性或碱性以定量的量度，pKa减小，对于质子给予体来说，其酸性增加；对于质子承受体来说，其碱性增加。对于酸性有机物来说，随着pKa的减小，一方面，有机溶质与膜的氢键键合才能增强，相当于溶质与膜间的吸引力增加，因此别离度下降；另一方面，它离解成为离子的倾向增加，相当于增强了该有机物与膜之间的静电斥力，从而别离度升高。上述两种作用的相伴相克，起主导作用的因素决定着别离度上下的走向。因此，对于酸性分子来说，酸性的大小和pKa共同影响着溶质别离度。与酸性有

15、机物有所不同，对于碱性有机溶质来说，随着pKa的减小，有机溶质与膜间的静电斥力增加，去除率升高。(3)Haet数或Taft数Haet数是表示芳香族间位或对位取代基的极性常数，Taft数*是表示芳香族邻位化合物或脂肪族化合物中取代基的极性常数。和*两者定量表示取代基对有机分子的极性效应的影响；和*具有加和性；取代基的和*值愈低，它的电子收回才能(或质子给予才能)愈校因此对一给定的官能团，和*值的降低相当于分子的酸性降低或碱性增加。一般来说，无论是酸还是碱，有机溶质的别离度随着和*值的减小而增加。2.3.2位阻参数EsEs是表示有机物原子之间或原子与官能团之间互相排挤力的常数，Es为所有官能团的E

16、s之和。Es减小，说明有机溶质的位阻障碍增大，因此去除率增加。Es正常用来表示对醚的别离度的影响。Es降低，溶质的别离度趋于增加。2.3.3非极性参数Sall数或修正Sall数6Sall数S是表示非极性有机分子间凝聚力的常数，又称摩尔吸引常数：修正Sall数S*是表示非极性有机分子疏水程度相对大小的常数，它是松蒲和Suriragan等利用溶质的溶解度数据对凝聚力进展修正后而得到的，故称修正Sall数。Sall数或修正Sall数常用来表示对碳氢化合物别离度的影响。碳氢化合物的的溶解度越高，修正Sall数越校溶质的Sall数或修正Sall数增大，意味着疏水或非极性增强。松蒲等人通过大量的研究发现，

17、对于同一张膜来说，S*值增加，溶质的别离度趋于增加。2.4无机物去除机理关于反浸透膜去除无机物的原理有多种理沦，现将几种主要的介绍如下6。2.4.1Sathafd理论该理论认为溶质的别离与膜及溶液的介电常数有关，荷电离子在不同介电常数的介质中具有不同的离子浓度，介电常数越低，该离子浓度也越低。这里把溶液和膜分别记作为I相和II相，相应的介电常数分别为和II，并以“膜一溶液两相界面(记作I)作为计算间隔 的基准。离子浓度是间隔 的函数，因为1I，所以在液相中，间隔 I界面越远，离子浓度越高；在膜中，间隔 III界面越远，离子浓度越低。Sathard认为，膜与溶液的介电常数差异越大，或者说膜的介电

18、常数越小溶液的介电常数越大，那么离子在膜外表处及膜内的渡度越校膜内离子浓度越低，膜对溶质的去除率越高。因此，为了进步膜的别离性能，应选择介电常数较低的膜材料。Sathafd还发现，溶液的浓度越高，膜的去除率越低。2.4.2Glukauf理论Glukauf认为膜存在着细孔，细孔半径为r，如图6-2所示。由于膜与溶液的介电常数不同，离子从溶液中进入膜内需要一定的能氢E)：式中，4为离子电荷；是与Debye-Hukel模型中的离子半径(1/K)和膜孔径有关的常数，为离子半径。孔中B处离子浓度(孔)服从Bltzann分布；孔=expE/K式中，k为Bltzann常数；T为溶液的温度。比照可得：由上式可

19、以看出，溶质的去除率与膜的孔径、膜的介电常数、离子的水化体积、离子所带的电荷、离子的浓度以及溶液的温度有关。2.4.3Bean理论Bean在Glukauf理论的根底上，利用Parsegian的研究成果计算得到去除率R为；式中，为细孔内溶液的粘度；D为水中溶质的扩散系数。由上式可以看出，溶质的去除率与操作压力及膜孔径有关。2.4.4离子与溶剂的互相作用松浦等人为了研究离子与溶剂的互相作用对膜透过性能的影响，提出了的G概念。G是离子从主体溶液进入相界面所需要的自由焙差。即G=GrGB式中，G为相界面处离子与溶剂互相作用的自由烙差，由离子水化自由烩GB为主体溶液中离子与溶剂互相作用自由焙差，由反浸透

20、实验数据推算。G0，说明离子从主体溶液迁移至膜外表为反自发过程，即膜排挤该离子；反之G0，那么离子从主体溶液迁移至膜外表为自发过程，即膜吸引该离子。松浦等人根据醋酸纤维素膜对各电解质别离的实验结果和离子的水化自由焙，求出了离子的G。发现有如下规律；(1)阳离子的G为负值，阴离子的G为正值。这说明膜吸引阳离子而排挤阴离子，可以推测醋酸纤维素膜呈负电性。(2)1价阳离子的G比2价阳离子的G更负，这预示着1价阳离子的别离效果比2价阳离子的差。(3)对于卤素离子，随着离子半径增加G下降，因此去除率随离子半径增大而下降。3反浸透膜及膜装置类型3.1反浸透膜类型一般来说，反浸透膜应具备以下性能：单位面积上

21、透水量大，脱盐率高；机械强度好，多孔支撑层的压实作用小；化学稳定性好，耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀；构造均匀，使用寿命长，性能衰降慢；制膜容易，价格廉价，原料充足。影响膜性能因素7：回收率/转变率；压力；压密；浓差极化。据此，目前较常用的膜类型有：醋酸纤维膜A膜A膜又可以分为平膜、管式膜和中空纤维膜几类。A膜具有反浸透膜所需的三个根本性质：高透水性、对大多数水溶性组分的浸透性相当低、具有良好的成膜性能。聚酰胺膜PA膜聚酰胺膜又可以分为脂肪族聚酰胺膜、芳香聚酰胺膜成膜材料为芳香聚酰胺、芳香聚酰胺-酰肼以及一些含氮芳香聚合物复合膜这是近些年来开发的一种新型反浸透膜，它是由很薄的而且致密的符合层与高空隙

22、率的基膜复合而成的，它的膜通量在一样的条件下比非对称膜高约50%100%。目前复合膜有以下几种：a.交联芳香族聚酰胺复合膜PA；b.丙烯-烷基聚酰胺和缩合尿素复合膜；.聚哌嗪酰胺复合膜；d.氧化锆-聚丙烯酸复合膜。3.2反浸透装置型式3.2.1板框式反浸透装置这种形式的装置由Aerjet通用公司开展起来的，教合适于小的和低压工厂。膜支撑体在一种圆形平板上，这块平板称为多孔板，常见的有不锈钢多孔板和聚氯乙烯多孔板，产水通过多孔板聚集起来。这种装置存在以下缺点：安装和维护费用高，进料分布不均匀，流槽窄，多级膜装卸复杂，单位体积中膜的比外表积低，产水量少。尽管有这些缺点，但由于它的构造简单可靠，体积

23、比管式装置小，在小规模的消费场所还是有一定的优势的。3.2.2管式反浸透装置这种装置在实际应用中是很有意义的。它可以处理含悬浮颗粒和溶解性物质的液体，像沉淀一样在管式装置中把料液进展浓缩，运行期间系统处处都可以保持良好的排水作用，适当调节水力条件，常常可以预防溶液的浓缩弄脏或堵塞膜。其主要优缺点可以归纳如下：优点：可以处理含悬浮固体的溶液，适宜的流动状态就可以防止浓差极化和膜污染等，并容易调整。缺点：设备端部用膜较多，装置制造和安装费用较昂贵。单位体积中膜的比外表积校必须把管子外部包起来。要使用支撑材料3.2.3螺旋式反浸透装置美国通用原子公司GulfGeneralAti开展了这种装置。这种螺

24、旋式构造的中间为多孔支撑材料，两边是膜的“双层构造，它的末端是冲孔的塑料管。双层膜的边缘与多孔支撑材料密封形成一个膜袋搜集产水，在膜袋之间再铺上一层隔网，然后沿中心管卷绕这种多层材料膜/多孔支撑材料/膜/料液隔网，就形成了一个螺旋式反浸透组件。将卷好的螺旋式组件，放入压力容器中，就成为完好的螺旋式反浸透装置。使用这种螺旋式反浸透装置时应注意：中心管主要褶皱处的泄露膜及支撑材料在粘结线上发生皱纹胶线太厚可能会产生张力或压力不均匀支撑材料的挪动会使膜的支撑不合理，导致平衡线挪动膜上有小孔洞，这是由于膜的质量不合格所致。目前，美国制作螺旋式组件已实现机械化，采用一种0.91滚压机，连续喷胶将膜与支撑

25、材料粘密封结在一起，并滚转成螺旋式组件，结实后不必翻开即可使用。螺旋式组件的主要优缺点是：优点：单位体积中膜的外表积比率大压力导管的设计简单，具有扰性，安装和更换容易，构造可以严密放在一起。缺点：料液含悬浮固体时不适宜料液流动道路短压力消耗高再循环浓缩困难。3.2.4中空纤维式反浸透装置美国杜邦公司和道斯化学公司提出用纯中空纤维素作为反浸透膜，制造出中空纤维式反浸透装置。这种装置类似于一端封死的热交换器，其中含有外径50、内径25；装成一种圆柱形耐压容器中，或是将中空纤维弯成U形装入耐压容器中，由于这种中空纤维极细，通常可以装填几百万根。高压溶液沉着器旁打进去，经过中空纤维膜的外壁，从中空纤维

26、管束的另一端把浸透液搜集起来，浓缩后的料液从另一端连续排掉。中空纤维式反浸透装置的主要优缺点如下：优点：单位体积中膜的外表积比率高，一般可到达16000300002/3，因此组件可以小型化；膜不需支撑材料，中空纤维本身可以受压而不破裂。缺点：膜外表去污困难，料液需经严格预处理；中空纤维膜一旦损坏是无法更换的。由此我们可以给优质反浸透装置作出以下要求：对膜能提供适宜的支撑处理溶液在整个膜面上必须均匀分布在最小能耗情况下，对处理溶液提供良好的流动状态单位体积中膜的有效面积比率高组件容易拆卸和更换便于膜的拆卸和组装在运行压力下，有效的工作时平安与可靠性高外部泄露能尽可能从压力的变化上发现建造、维护费

27、用都是方便的。目前流行的这四种装置的一些主要特性比拟见表3-1表3-1四种反浸透装置的主要特性比拟种类膜装填密度2/3操作压力Pa透水量3/2*d单位体积产水量3/3*d板框式管式螺旋式中空纤维式49333066092005.65.65.62.80.21.021.020.073500336673673注：原料液为500g/LNal，脱盐率为92%96%4反浸透膜的主要性能参数与运行工况条件4.1反浸透的主要性能参数81)透水率。是指单位时间透过单位膜面积的水量。主要取决于膜的材质和构造等因素,但一定的反浸透膜其透水率那么取决于运行条件；a.透水率随温度的升高而增加,随工作压力的增加成比例的上升

28、;b.透水率随进水浓度的增加而下降;.透水率随回收率的增加而下降。2)回收率。即供水对浸透液的转换率,直接影响除盐系统的本钱。对于苦盐水的回收率大约为90%;高苦盐水降为60%65%;工业海水系统回收率是35%45%。3)膜通量。是说明通过膜外表的一个特定区域的水流速度。对于地表水是8GFD14GFD(13L/3h23L/3h);经过反浸透出水是14GFD18GFD(23L/3h30L/3h);对于海水为7GFD8GFD。4.2反浸透装置的运行工况条件8为了确保反浸透装置平安可靠运行,选择一定适宜的工况条件是非常必要的。反浸透装置的主要工况条件为进水pH值、进水温度与运行压力。1)进水pH值。

29、对于醋酸纤维膜运行时,水以偏酸性为宜，pH值一般控制在47之间，在此范围外加速膜的水解与老化。目前认为pH值在56之间最正确。膜的水解不仅会引起产水量的减少，而且会造成膜对盐去除才能的持续性降低，直至膜损坏为止。2)进水温度对产水量有一定的影响,温度增加1，膜的透水才能增加约2.7%。反浸透膜的进水温度底限为58,此时的渗滤速率很慢。当温度从11升至25时，产水量进步50%。但当温度高于30时,大多数膜变得不稳定，加速水解的速度。一般醋酸纤维膜运行与保管的最高温度为35，宜控制在2535之间。3)运行压力。浸透压与原水中的含盐量成正比，与膜无关。进步运行压力后，膜被压密实，盐透过率会减少，水的

30、透过率会增加，进步水的回收率。但当压力超过一定限度时会造成膜的老化，膜的变形加剧，透水才能下降。4.3影响反浸透运行参数的主要因素9膜的水通量和脱盐率是反浸透过程中关键的运行参数，这两个参数将受到压力、温度、回收率、给水含盐量、给水PH值因素的影响。1压力给水压力升高使膜的水通量增大，压力升高并不影响盐透过量。在盐透过量不变的情况下，水通量增大时产品水含盐量下降，脱盐率进步了。2温度温度对反浸透的运行压力、脱盐率、压降影响最为明显。温度上升，浸透性能增加，在一定水通量下要求的净推动力减少，因此实际运行压力降低。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加，盐透过量增加，直接表现为产品水电导率升高。温度

31、对反浸透各段的压降也有一定的影响，温度升高，水的粘度降低，压降减少，对于膜的通道由于污堵而使湍流程度增强的装置，粘度对压降的影响更为明显。3回收率回收率对各段压降有很大的影响，在进水总流量保持一定的条件下，回收率增加，由于流经反浸透高压侧的浓水流量减少，总压降降低，回收率减少，总压降增大，实际运行说明，回收率即使变化很小，如1%，也会使总压差产生0.02Pa左右的变化。回收率对产品水电导率的影响取决于盐透过量和产品水量，一般说来，系统回收率增大，会增加浓水中的含盐量，并相应增加产品水的电导率。4进水含盐量对同一系统来说，给水含盐量不同，其运行压力和产品水电导率也有差异，给水含盐量每增加l00p

32、p，进水压力需增加约0.007Pa，同时由于浓度的增加，产品水电导率也相应的增加。5pH值各种膜组件都有一个允许的pH值范围，即使在允许范围内，pH值对产品水的电导率也有一定的影响，这是因为反浸透膜本身大都带有一些活性基团，pH值可以影响膜外表的电场进而影响到离子的迁移，另一方面pH值对进水中杂质的形态有直接影响，如对可离解的有机物，其截留率随pH值的降低而下降。5反浸透的流程反浸透的流程是由反浸透的设计根据确定的。5.1反浸透的流程的设计根据R过程应视为一个总的系统，它包含各组成局部及根据。这些根据可作为设计R系统时的入门指南。每一局部与每一交接处都将有合宜的操纵开关及连接，以保证系统的长期

33、使用性能即可靠性。每一局部及每一系统均有可考虑满足各个用户需要的经济/性能的折中方法。我们沿与流程相反的方向来讨论：最终用处：首先的考虑是产品水的详细用处，它决定了为满足用户需要的水质和水量。对饮用水，通常要求满足公共卫生标准或世界卫生组织标准。对超纯电子工业用水，水电阻率需达18。然而产品的性能并不严格的要超过所需值，因为高于所需的产水量或产水水质将增加产品水的费用，产生明显的负面影响。后处理：在R透过液使用前，通常需要对其作些后处理。至少，需要脱气以去除为控制结垢对进料水酸化而产生的2和进展pH调节，以防止下游系统发生腐蚀。后处理的要求取决于应用，需按详细情况加以确定。对许多工业应用，后处

34、理包括采用树脂除盐和紫外线消毒。对城市应用要附加pH调节、脱气及用氯消毒。膜：膜为系统的心脏，其性能可受与膜本身及其构型无关的一些因素的影响，例如预处理及系统的操作与维护，然而，需根据进料水的水质及最终用处仔细考虑选择膜材料及膜构型。操作与维护：操作与维护是成功的系统性能的关键。为了尽早的发现潜隐的问题，须搜集系统性能数据并定期分析。假设发生了问题，应该采用合宜的寻找故障的技术，并与膜制造商和/或系统设计者商讨商量合宜的消除问题的措施。对不能控制的结垢、污染或堵塞，那么需经常清洗膜以保持膜的性能。在膜装置中，这些物质不可逆的积累将导致流体分布不均和产生浓差极化，这将造成膜通量与盐截留率的减退，

35、有时会使膜材料发生降解。这些导致了昂贵的膜单元的更换。已开发出的用于恢复因结垢或污染造成的不良的膜性能的技术，假设能及早的识别出膜需清洗，那么这些技术是非常有效的。明晰剂可用以从膜装置中将微粒、胶体、生物和有机物移出。通常的做法是将清洗液按正向流动，低压下通过膜装置进展循环，直至污染物被去除。很少推荐进展反洗。高压泵：高压泵提供膜消费所需产水流量及水质的压力。常用泵的类型是单级、高速离心泵；柱塞泵；多级离心泵。通常单级离心泵效率最低，柱塞泵效率最高。对于小系统采用高速离心泵，对于大系统采用多级离心泵为佳。预处理：预处理即垢的控制，方法有pH值的调节、缓蚀剂软化、微生物控制、氯化/脱氯，对悬浮固

36、体、胶体、金属氧化物、有机物等的去除。5.2预处理过程总的来讲反浸透系统是由预处理过程和膜别离过程组成的。预处理过程是指被处理的料液在进入膜别离过程前需采用的预先处理措施。预处理一般有物理处理、化学处理和光化学处理三种。在预处理过程中可使用各种单元操作，也可以将几种方法组合使用，预处理过程的好坏是反浸透膜的别离过程成败的关键，因此必须严格认真的做好预处理工作。目前流行的方法主要有以下几种：1物理法物理方法包括沉淀法或气浮别离法，砂过滤、预涂层助滤剂过滤、滤筒过滤、精过滤等，活性炭吸附法，冷却或加热。2化学法化学方法包括氧化法：利用臭氧、空气、氧、氯等氧化剂进展氧化，复原法，pH值调节法3光化学

37、法光化学预处理方法主要指紫外线照射。采用哪一种预处理方法，不仅取决于料液的物理、化学和生物学性质，而且还要根据在膜别离过程中所用组件的类型构造作出判断。实际运行中的故障，一方面是由于膜外表上的别离所带来的直接污染；另一方面与膜组件本身的构造有关。预处理所需要到达的标准，根据所用的膜件的不同也不一致。5.3反浸透膜别离常见的流程反浸透膜别离工艺设计中常见的流程有如下几种：一级一段法这种方式是料液进入膜组件后，浓缩液和产水被连续引出，这种方式水的回收率不高，工业应用较少。另一种形式是一级一段循环式工艺，它是将浓水一局部返回料液槽，这样浓溶液的浓度不断进步，因此产水量大，但产水水质下降。一级多段法当

38、用反浸透作为浓缩过程时，一次浓缩达不到要求时，可以采用这种多步式方式，这种方式浓缩液体体积可减少而浓度进步，产水量相应加大。两级一段法当海水除盐率要求把Nal从35000g/L降至500g/L时，那么要求除盐率高达98.6%如一级达不到时，可分为两步进展。即第一步先除去Nal90%，而第二步再从第一步出水中去除Nal89%，即可到达要求。假如膜的除盐率低，而水的浸透性又高时，采用两步法比拟经济，同时在低压低浓度下运行时，可进步膜的使用寿命。多级反浸透流程在此流程中，将第一级浓缩液作为第二级的供料液，而第二级浓缩液再作为下一级的供料液，此时由于各级透过水都向体外直接排出，所以随着级数增加水的回收

39、率上升，浓缩液体体积减少浓度上升。为了保证液体的一定流速，同时控制浓差极化，膜组件数目应逐渐减少。当然，在选择流程时，对装置的整体寿命、设备费、维护管理、技术可靠性也必须考虑。例如，需将高压一级流程改为两级时，那么就有可能在低压下运行，因此对膜、装置、密封、水泵等方面均有好处。6反浸透技术在城市污水的应用反浸透技术是20世纪60年代初开展起来的以压力为驱动力的膜别离技术。该技术是从海水、苦咸水淡化而开展起来的，通常称为“淡化技术。由于反浸透技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、占地面积孝投资盛耗电低等优点，因此在水处理中得到了大量的运用。目前反浸透技术已广泛应用于海水苦咸水淡化，纯水、超

40、纯水制备，化工别离、浓缩、提纯等领域。工程遍布电力、电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业。6.1在美国反浸透法生活污水处理1在美国，反浸透法曾作为生活污水是一种深度处理方法而进展研究。过去深度处理一般是将污水的二级处理的排水(活性污泥生化处理后的出水)再进展混凝、过滤、活性炭吸附处理等，但对除盐过程却一直未予考虑。目前由于全球性水源紧张，各国都在大力推行节约用水，在大型工业城市，将城市污水处理后再回用于工业是今后的开展方向。或将城市污水深度处理后作为大型建筑物、家庭洗刷的用水、灌溉及绿化用水，即“中水来源。以往的除盐方法主要有离子交换树法和电渗析法，但这些方法不能去除水中的有机物及不

41、溶性杂质，把反浸透法作为弥补这一缺乏的一种方法，并进展研究，其中加里福尼亚的波莫纳(Pna)的试验是与联邦污水管理局(FPA)进展协作，主要是确定反浸透的脱盐效果、对有机物及富营养化成分的去除程度，还对运行中防止污染的方法及经济性作出评价，波莫纳的试验流程如图1所示。试验分两组进展，第一组用85个膜组件，第二组用68个膜组件，第一组水的回收率初期为80%，后期降为78%，第二组水的回收率初期为80%，后期降为64%。6.2在日本反浸透法生活污水处理1在日本东京，建筑面积在3万2以上的高层建筑，其循环用水量在1003/d的场所，如不建立中水道就拿不到建筑答应证。大楼排水可分为；比拟干净的排水，如

42、洗手、洗脸、空调排水、洗衣排水;比拟脏的排污水，如厨房水等。对这类生活污水的处理要求处理设备效率高，对负荷的变动适应性强，运转容易，水的回收率大，设备体积小，不发出恶臭。而反浸透可以满足这些要求。在北九州地区及大阪地区，用反浸透(中压及低压)进展2022/d的下水再生利用试验，再生水水质见表2。采取的流程如下；北九州地区；经二级处理的下水细滤网斜板沉淀池精过滤反浸透(中空纤维2.02.5Pa)再生水(2022/d)。大阪地区；经二级处理的下水斜板沉淀污无烟煤过滤反浸透(螺旋式组件2.03.0Pa)。表2原水和再生水水质组别工程料液/g/L透过水/g/L浓缩液/g/L去除率/%1D10.81.7

43、43.893.8NH3N9.21.749.094.2N3-N2.40.87.584.0P4P10.10.257.799.4TDS62373340296.413D12.21.937.292.3NH3N5.31.526.190.1N3N12.26.034.974.6P4P9.01.443.294.6TDS543145273891.22D11.40.737.497.1NH3N17.12.959.992.5N3N2.10.88.985.5P4P9.70.0739.899.7TDS55251257696.76.3在我国反浸透法生活污水处理反浸透技术于80年代初在我国得到应用，首先用于电子工业超纯水及饮料业用水的制备，而后用于电厂用水处理，90年代起在