反渗透膜简介

反渗透膜简介反渗透E1、反渗透现象渗透是指一种溶剂（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较浓的溶液的自然渗透。但是在浓溶液一边加上适当的压力，即可使渗透停止，此时的压力称为该溶液的渗透压。若在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边稀溶液中，这是和自然界正常渗透过程相反的，此时就称为反渗透。渗透是在所有活细胞中存在的一种自然过程，水可以透过半透膜而悬浮固体、盐类、大分子物质被截留，这些半透膜的孔径大概在0.0005微米左右。渗透过程-在纯水溶液和盐溶液两种环境之间，水分子有从纯水溶液向盐溶液渗透的倾向。水流通过半透膜从纯水溶液向盐溶液渗透，该过程的作用力是两种环境的浓度差。渗透半透膜盆港液 纯水流向反渗透过程-膜渗透过程中，在盐溶液的方向施加压力可以使渗透过程反向进行。外加压力的作用下，水透过半透膜与溶液中的离子分离，当渗透过程进行到一定程度时，渗透压与外加压力相等后反渗透过程结束。1/651/65反渗透膜简介压力V反渗透压力V反渗透半透膜盐溶液纯水盐溶液纯水在实际应用中，在反渗透压力显著上升前盐溶液需要不断更换。为有效利用切向流理论，半透膜表面的溶液需要不断更新，因此，商业膜组件设计有一个进水口和两个出水口，进水口作为给水入口，而出水出口分别作为处理后纯水和浓缩液的排出口。给水纯水耨向旗1给水纯水耨向旗1渗透现象早在1748年已由AbbeNollet首次得到证明，直到20世纪50年代，科学家们才开始利用反渗透或超滤作为溶液中溶质和溶剂的有效分离方法，并使其成为一种实验室技术。2、反渗透技术反渗透是60年代发展起来的一项新的膜分离技术,是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程.反渗透的英文全名是“REVERSEOSMOSIS”，缩写为“RO”。反渗透技术是当今最先进和最节能有效的膜分离技术。其原理是在高于溶2/652/65反渗透膜简介液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小（仅为10A左右），因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等（去除率高达97—98%）。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。反渗透膜的透过机理关于反渗透膜的透过机理，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渗透膜的透过机理和模型，现介绍如下：1、氢键理论这个理论是由里德（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系，从而通过这些联

系发生线形排列型的扩散来进行传递。在压力的作用下，溶液中的水分子和醋酸

纤维素的活化点一一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，使水分子离开膜表面的致密活化层，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、优先吸附-毛细孔流理论索里拉金等人提出了优先吸附一毛细孔流理论。他们以氯化钠水溶液为例，溶质是氯化钠，溶剂是水，膜的表面能选择性吸水，因此水被优先吸附在膜表面上，而对氯化钠排斥。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分离和渗透性的一种临界孔径的概念。临界孔径3/653/65反渗透膜简介显然是选择性吸着界面水层的两倍。基于这种模型在膜的表面必须有相应大小的

毛细孔，根据这种理论，索里拉金等研制出具有高脱盐率、高脱水性的实用反渗

透膜，奠定了实用反渗透膜的发展基础。3、溶液扩散理论朗斯代尔（Lonsdale）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“完整的膜”，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行扩散，直至透过膜。溶剂和溶质在膜中的扩散服从（Fick）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表面，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，物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，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，高压下水在膜内的移动速度就越快，因而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、优先吸附一毛细孔流理论也能够对反渗透膜的透过机理进行解释。此外还有学者提出扩散-细孔流理论，结合水-空穴有序理论以与自由体积理论等。也有人根据反渗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，4/654/65反渗透膜简介反渗透膜透过机理还在发展和完善中。有机物与无机物的去除机理1、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，发现膜与有机溶质的电荷斥力对脱除率的影响有时不容忽视。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斥力的作用，这种排斥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与其对分离度的影响（不考虑膜孔径的机械筛除作用）介绍如下。1、极性参数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。⑴AMs（酸性）或AMs（碱性）5/655/65反渗透膜简介△Ms（酸的是溶质（ROH）在CC14和醚溶液中测得的红外光谱中OH谱带最大值的相对位移，^Ms（碱性）是溶质（CH3OD）在苯中测得的红外光谱中OD谱带最大值的相对位移^Ms（酸的或AMs（碱性）的数据分别与质子给予体或质子接受体的分子的相对氢键键合能力相联系。氢键键合能力愈大，表示一种酸（如醇或酚）给予质子的能力愈大或一种碱（如醛、酮）接受质子的能力愈大。由于质子给予能力与质子接受能力表现出相反的趋势，因此^Ms（酸性）的增加值等于△Ms（碱性）的减小值。一般来说，有机溶质的^Ms（酸性）增加，表示有关分子与膜的氢键键合能力增强，这种增强的结果就会减小膜与有机溶质间的排斥力。因此，随着^Ms（酸性）的增加，有机物的分离度减小。或者说，随着^Ms（碱性）的增加，有机溶质与膜的氢键键合能力减小，因此膜与有机溶质间的排斥力增大，有机物的分离度增加。但当AMs（碱性）值超过随某一化合物的种类而异的值时，随着AMs（碱性）的增加，溶质分离度的增加甚微。⑵解离常数Ka或pKa（PK=-logKa）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；对于质子接受体来说，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能力增强，相当于溶质与膜间的吸引力增加，因而分离度下降；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，从而分离度升高。上述两种作用的相伴相克，起主导作用的因素决定着分离度高低的走向。因此，对于酸性分子来说，酸性的大小和pKa共同影响着溶质分离度。与6/656/65反渗透膜简介酸性有机物有所不同，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）Hammet数或Taft数Hammet数。是表示芳香族间位或对位取代基的极性常数，Taft数Q*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Q*两者定量表示取代基对有机分子的极性效应的影响；。和Q*具有加和性；取代基的Q和Q*值愈低，它的电子收回能力（或质子给予能力）愈小。因此对一给定的官能团，。和Q*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，有机溶质的分离度随着。和。*值的减小而增加。2、位阻参数（Es）Es是表示有机物原子之间或原子与官能团之间相互排斥力的常数,EEs为所有官能团的Es之和。EEs减小，表明有机溶质的位阻障碍增大，因而去除率增加。EEs正常用来表示对醚的分离度的影响。EEs降低，溶质的分离度趋于增加。3、非极性参数（Small数或修正Small数）Small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Small数（ES*）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Souriragan等利用溶质的溶解度数据对凝聚力进行修正后而得到的，故称修正Small数。Small数或修正Small数常用来表示对碳氢化合物分离度的影响。碳氢化合物的的溶解度越高，修正Small数越小。溶质的Small数或修正Small数增大，意味着疏水或非极性增强。松蒲等人7/657/65反渗透膜简介通过大量的研究发现，对于同一张膜来说，ES*值增加，溶质的分离度趋于增加。2、无机物去除机理关于反渗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1、Scatchafd理论该理论认为溶质的分离与膜与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—）作为计算距离的基准。离子浓度是距离的函数，因为＞11,所以在液相中，距离1一界面越远，离子浓度越高；在膜中，距离1一1【界面越远，离子浓度越低。Scatchard认为，膜与溶液的介电常数差别越大，或者说膜的介电常数越小溶液的介电常数越大，则离子在膜表面处与膜内的渡度越小。膜内离子浓度越低，膜对溶质的去除率越高。因此，为了提高膜的分离性能，应选择介电常数较低的膜材料。Scatchafd还发现，溶液的浓度越高，膜的去除率越低。2、Gluckauf理论Gluckauf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）：/一ez）

2与叩+疗&（且-1）/尸】式中，4为离子电荷；是与Debye-Huckel模型中的离子半径（1/Kp）和膜孔径有关的常数,8/658/65反渗透膜简介a=l-（l+勺/）।为离子半径。孔中B处离子浓度（C孔）服从Boltzmann分布；C孔=Cexp（—E/（Kp））式中，kc为Boltzmann常数；T为溶液的温度。对比可得：rq“电1）（1-

C在 2^KTr[l+£ttt（A-l）/r]由上式可以看出，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、离子的浓度以与溶液的温度有关。3、Bean理论Bean在Gluckauf理论的基础上，利用Parsegian的研究成果计算得到去除率R为；[1-exp(-忌)]口-exp(-箕l+fexp(——)-llexpf-"f)幻了 8川0式中，口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与膜孔径有关。4、离子与溶剂的相互作用松浦等人为了研究离子与溶剂的相互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1—口相界面所需要的自由焙差。即9/659/65反渗透膜简介△△G=AGr-AGB式中，A^G为I—U相界面处离子与溶剂相互作用的自由烙差，由离子水化自由烩4GB为主体溶液中离子与溶剂相互作用自由焙差，由反渗透实验数据推算。△△G>0,表明离子从主体溶液迁移至膜表面为反自发过程，即膜排斥该离子；反之AAG<0,则离子从主体溶液迁移至膜表面为自发过程，即膜吸引该离子。松浦等人根据醋酸纤维素膜对各电解质分离的实验结果和离子的水化自由焙，求出了离子的AAG。发现有如下规律；(1)阳离子的G为负值，阴离子的G为正值。这表明膜吸引阳离子而排斥阴离子，可以推测醋酸纤维素膜呈负电性。1价阳离子的G比2价阳离子的G更负，这预示着1价阳离子的分离效果比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，因而去除率随离子半径增大而下降。什么是反渗透膜反渗透技术中，反渗透膜的发展是该处理方法的核心技术，所谓渗透膜就是利用反渗透原理进行分离的液体分离膜。10/6510/65反渗透膜简介具体的说，反渗透膜上有许多小孔，孔的大小只允许水分子通过，盐类和杂质分子都比孔大而无法通过。反渗透膜的发展与应用经历了长期而复杂的过程。膜结构如图:在国外，其发展概况为：1953年美国的Reid提出从海水和苦盐水中获得廉价的淡水的反渗透研究方案，1960年美国的Sourirajan和Leob教授研制出新的不对称膜，从此RO作为经济的淡化技术进入了实用和装置的研究阶段。1960年洛布(Loeb)和索里拉金(Suan)制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤维素膜，为反渗透和超滤膜的分离技术奠定了基础。同年,Loeb和Milstein用他们研制成功的醋酸纤维素反渗透膜研究并组装成功第一个实验室规模的板框式反渗透膜装置。1961年美国Hevens公司首先提出管式膜组件的制造方法;1964年美国通用原子公司研制出螺旋式反渗透组件;1965年美国加利福尼亚大学制造出用于苦咸水淡化的管式反渗透装置，生产能力为19t/d;1967年美国社邦(Dupout)公司首先研制出以尼龙-66为膜材料的中空纤维膜组件;1970年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“PermaseB-9”中空纤维膜组件,并获得1971年美国柯克帕特里克(Kirkpatfiek)化学工程最高奖。20世纪80年代初，美国就克服纤维素11/6511/65反渗透膜简介材料的缺点,研发出高水通量、高盐截流率的复合聚酰胺膜，使反渗透技术广泛应用于工业领域。20世纪70年代初期开始用RO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铭、镀铜、镀锌等漂洗水以与混合电镀污水。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RO的组合技术处理电泳涂料污水，并且实现了工业化。1972-1975年JJ.Porter等人用动态膜进行染色污水处理和再利用实验。1983年L.Tinghuis等人发表了用RO法处理染料溶液的研究结果。1969年美国的J.C.VSmith首先报道了处理城市污水的方法。30年来，反渗透RO）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、膜生化反应器、控制释放膜、膜分相、膜萃取等［3］。我国的反渗透研究始于1965年,近年来反渗透技术在我国已得到广泛应用。反渗透技术最初只用于海水淡化,后来逐步扩大到苦咸水淡化、食品加工、医药卫生、饮料净化、超纯水制备等方面，产生了很高的经济效益。在我国，膜技术的发展是从1958年离子交换膜研究开始的。1958年开始进行离子交换膜的研究，并对电渗析法淡化海水展开了试验研究；1965年开始对反渗透膜进行探索，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础。1967年海水淡化会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、反渗透、超滤和微滤膜与组件进行研究开发，1980年代进入推广应用阶段。1980年代中期我国气体分离膜12/6512/65

反渗透膜简介的研究取得长足进步，1985年中国科学院大连化物所，首次研制成功中空纤维N2/H2分离器，主要性能指标接近国外同类产品指标，现己投入批量生产，每套成本仅为进口装置的1/3。进入90年代以来，复合膜的制备取得了较大进展反渗透膜装置类型1、反渗透膜类型1、反渗透膜类型依据影响膜性能因素目前较常用的膜类型可分为以下几类：①醋酸纤维膜（CA膜）CA膜又可以分为平膜、管式膜和中空纤维膜几类。CA膜具有反渗透膜所需的三个基本性质：高透水性、对大多数水溶性组分的渗透性相当低、具有良好的成膜性能。②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-酰肼以与一些含氮芳香聚合物）③复合膜这是近些年来开发的一种新型反渗透膜，它是由很薄的而且致密的符合层与高空隙率的基膜复合而成的，它的膜通量在相同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；13/6513/65

反渗透膜简介反渗透膜简介c.聚哌嗪酰胺复合膜;d.氧化锆-聚丙烯酸复合膜。2、反渗透装置型式1、板框式反渗透装置零选柳灌透地这种形式的装置由零选柳灌透地Aerojet通用公司发展起来的，教适合于小的和低压工厂。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，产水通过多孔板汇集起来。这种装置存在以下缺点：①安装和维护费用高，②进料分布不均

匀，③流槽窄，④多级膜装卸复杂，⑤单位体积中膜的比表面积低，产水量少。尽管有这些缺点，但由于它的结构简单可靠，体积比管式装置小，在小规模的生产场所还是有一定的优势的。2管式反渗透装置这种装置在实际应用中是很有意义原料潘透物的。它能够处理含悬浮颗粒和溶解性物质原料潘透物的。它能够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行浓缩，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,14/6514/65

反渗透膜简介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：①能够处理含悬浮固体的溶液，②合适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：①设备端部用膜较多，装置制造和安装费用较昂贵。②单位体积中膜的比表面积小。③必须把管子外部包起来。④要使用支撑材料3、螺旋式反渗透装置美国通用原子公司（GulfGeneralAtomicCo）发展了这种装置。这种螺旋式结构的中间为多孔支撑材料，两边是膜的“双层结构”，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（收集产水），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渗透组件。将卷好的螺旋式组件，放入压妲器中，就成为完整的螺旋式反渗透装置。使用这种螺旋式反渗透装置时应注意：①中心管主要褶皱处的泄露②膜与支撑材料在粘结线上发生皱纹③胶线太厚可能会产生张力或压力不均匀④支撑材料的移动会使膜的支撑不合理，导致平衡线移动⑤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0.91m滚压机，连续喷胶将膜与支撑材料粘密封结在一起，并滚转成螺旋式组件，牢固后不必打开即可使用。螺旋式组件的主要优缺点是：优点：①单位体积中膜的表面积比率大②压力导管的设计简单，具有扰性，15/6515/65

反渗透膜简介安装和更换容易，结构可以紧密放在一起。缺点：①料液含悬浮固体时不适宜②料液流动路线短③压力消耗高④再循环浓缩困难。4、中空纤维式反渗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渗透膜，制造出中空纤维式反渗透装置。这种装置类似于一端封死的热交换器，其中含有外径50^m、内径25^m;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。高压溶液从容器旁打进去，经过中空纤维膜的外壁，从中空纤维管束的另一端把渗透液收集起来，浓缩后的料液从另一端连续排掉。中空纤维式反渗透装置的主要优缺点如下：优点：①单位体积中膜的表面积比率高，一般可达到16000—30000m2/m3,因此组件可以小型化；②膜不需支撑材料，中空纤维本身可以受压而不破裂。缺点：①膜表面去污困难，料液需经严格预处理；②中空纤维膜一旦损坏是无法更换的。16/6516/65反渗透膜简介目前应用的最多的是卷式膜组件。下表是上述反渗透膜的优缺点的比较:几种常用的反渗透膜组件类型优点缺点使用状况框板式结构紧凑、简单、牢固、能承受高压，使用强度较高，工艺简便装置成本高，流动状态不好，浓差极化严重；易堵塞，不易清洗。适于小容量规模；已商业化管式容易清洗和更换；原水流动状态好，压力损失小，耐较高压力；能处理含有悬浮物的、黏度高的或者能析出固体等易堵塞流水通道的溶液体系装置成本高，管口密封较难；膜的堆积密度小适于小容量规模；已商业化螺旋式膜的堆积密度大，结构紧凑；可使用强度好的平板膜；价格低廉。制作工艺和技术较复杂，密封较困难；易堵塞，不易清洗，不宜在高压下操作适于大容量规模；已商业化中空纤维膜膜的堆积密度大，不需外加支撑材料；浓差极化可忽略；价格低廉。制作工艺和技术较复杂，易堵塞，不易清洗适于大容量规模；已商业化由此我们可以给优质反渗透装置作出以下要求：①对膜能提供合适的支撑②处理溶液在整个膜面上必须均匀分布③在最小能耗情况下，对处理溶液提供良好的流动状态④单位体积中膜的有效面积比率高⑤组件容易拆卸和更换⑥便于膜的拆卸和组装⑦在运行压力下，有效的工作时安全与可靠性高⑧外部泄露能尽可能从压力的变化上发现⑨建造、维护费用都是方便的。目前流行的这四种装置的一些主要特性比较:种类膜装填密度m2/m3操作压力MPa透水量m3/m2*d单位体积产水量m3/m3*d17/6517/65

反渗透膜简介板框式4935.60.2500管式3305.61.02336螺旋式6605.61.02'673中空纤维式92002.80.073673注：原料液为500mg/LNaCl,脱盐率为92%-96%反渗透膜的评价指标与影响因素一、评价指标一般说来,反渗透膜应具备以下性能：①单位面积上透水量大，脱盐率高；②机械强度好，多孔支撑层的压实作用小；③化学稳定性好，耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀；④结构均匀，使用寿命长，性能衰降慢；⑤制膜容易，价格便宜，原料充足。因此对反渗透膜的评价指标可以从以下几个方面分析:18/6518/65反渗透膜简介1、脱盐率和透盐率脱盐率一一通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。透盐率一一进水中可溶性杂质透过膜的百分比。脱盐率=（1—产水含盐量/进水含盐量）X100%透盐率=100%—脱盐率膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度，脱盐层越致密脱盐率越高，同时产水量越低。反渗透对不同物质的脱除率主要由物质的结构和分子量决定，对高价离子与复杂单价离子的脱除率可以超过99%,对单价离子如：钠离子、钾离子、氯离子的脱除率稍低，但也超过了98%;对分子量大于100的有机物脱除率也可达到98%,但对分子量小于100的有机物脱除率较低。2、产水量（水通量）产水量（水通量）一一指反渗透系统的产能，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。渗透流率一一渗透流率也是表示反渗透膜元件产水量的重要指标。指单位膜面积上透过液的流率，通常用加仑每平方英尺每天GFD）表示。过高的渗透流率将导致垂直于膜表面的水流速加快，加剧膜污染。3、回收率回收率--指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。膜系统的回收率在设计时就已经确定，是基于预设的进水水质而定的。回收率通常希望最大化19/6519/65反渗透膜简介以便提高经济效益，但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。回收率=（产水流量/进水流量）X100%二、反渗透的影响因素膜的水通量和脱盐率是反渗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、进水压力进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，提高脱盐率。当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。2.、进水温度温度对反渗透的运行压力、脱盐率、压降影响最为明显。温度上升，渗透性能增加，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。温度对反渗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20/6520/65反渗透膜简介明显。反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加，水通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水通量就增加2.5%〜3.0%;其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降，这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。3、进水pH值各种膜组件都有一个允许的pH值范围，进水pH值对产水量几乎没有影响；但是即使在允许范围内，对脱盐率有较大影响，一方面pH值对产品水的电导率也有一定的影响，这是因为反渗透膜本身大都带有一些活性基团，pH值可以影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移,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；另一方面由于水中溶解的CO2受pH值影响较大，pH值低时以气态CO2形式存在，容易透过反渗透膜，所以pH低时脱盐率也较低，随pH升高，气态CO2转化为HCO-3和CO2—3离子，脱盐率也逐渐上升，在pH7.5〜8.5间，脱盐率达到最高。4、进水盐浓度渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，含盐量越高渗透压也增加，进水压力不变的情况下，净压力将减小，产水量降低。透盐率正比于膜正反两侧盐浓度差，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。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别，给水21/6521/65反渗透膜简介含盐量每增加100Ppm，进水压力需增加约0.007MPa,同时由于浓度的增加,产品水电导率也相应的增加。5、悬浮物水中的悬浮物就是指在水滤过的同时，在过滤材料表面残留下的物质，以粒子成分为主体。悬浮物含量高会导致反渗透和纳滤系统很快阿发生严重堵塞,影响系统的产水量和产水水质。6、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，由于流经反渗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，实际运行表明，回收率即使变化很小，如1%，也会使总压差产生0.02MPa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。什么是膜污染反渗透膜分离技术实际应用中，不可避免产生膜污染现象，且膜污染问题是影响该技术稳定性的决定因素，因此考察膜污染形成机理、对膜污染进行清洗是反渗透系统正常运行、防止其发生故障的重要保证。1、膜污染定义22/6522/65反渗透膜简介膜污染是指与膜接触的料液中微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜发生物理、化学相互作用或因浓差极化使某些溶质在膜表面的浓度超过其溶解度与因机械作用而引起的在膜表面或膜孔内的吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性不可逆变化现象。污染物尤其是蛋白质等大分子在膜表面和膜孔内的吸附所引起的通量衰减与分离能力的降低，是造成膜通量衰减的主要原因。但膜污染引起的通量衰减又往往和浓差极化现象引起的可逆通量下降混合在一起，使得膜分离效果进一步降低。2、膜污染产生原因反渗透系统在运行过程中，废（污）水中的金属离子、微生物、不易溶解的沉淀、有机污染物、生物粘泥、胶体、油脂等长时间与膜接触,会引起膜污染，使膜的通量与分离性能明显降低、压降升高。其原因主要包括以下几方面：1）浓差极化在反渗透脱盐系统中，膜的选择透过性，使水分子不断从高压侧透过膜，而溶质分子仍残留于原溶液中导致膜表面上的料液和进口料液之间产生一个浓度差，严重时会产生很高的浓度梯度，这种现象称为浓差极化。浓差极化使料液渗透压增大，有效推动力减小造成透水速度和脱盐率下降。2）离子结垢CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2与SiO2等溶度积较小的盐23/6523/65反渗透膜简介类，在反渗透过程中可能会因浓缩超过其溶度积而析出，产生沉积物停留在膜表面上与进水通道内形成水垢。例如:CaCO3的溶度积是8.7*10-9（25℃）即[Ca2+]・[CO32-]大于8.7X10-9时,CaCO3就会沉淀下来。J.H.Bruus等发现,当从污泥中提取Ca2+后,导致小颗粒数量与过滤阻力增加。3）金属氧化物沉积A般含有低价铁离子和镒离子苦咸水范围的某些井水水源具有一定还原性,此类水源造成膜污堵的主要原因就是铁、铝、镒等在膜表面产生胶体颗粒污堵。铁发生氧化所需的pH值较低，使得反渗透系统发生铁污堵现象较频繁。引起膜面上沉积可溶性二价铁和三价铁的相关污染物可能情况为:氧气进入到含二价铁的进水中;高碱度水源形成FeCO3;铁与硅反应形成难溶性的硅酸铁;受铁还原菌氧化作用影响，将会加剧生物膜滋生和铁垢的沉积;由含铁絮凝剂转变引起的胶体状铁;铁、铝、镒等产生金属污染后的特征表现为产水量降低，压差上升。4）生物污泥的生成当膜表面覆盖生命力旺盛的微生物污泥时，膜所除去的盐类将陷于黏层中，不易被水冲走，为微生物繁殖提供了丰富的营养物质,同时反渗透进水前预处理时加入的阻垢剂（如聚马来酸，氨基三甲基磷酸等）、软水剂等又能促进微生物生长。有机与无机的溶解性物质以与颗粒物，可以通过有效的预处理被去除，但可繁殖的微生物颗粒,经预处理后即使剩余0.01%,还能利用水中可生物降解的物质进行自身繁殖，这也是生物污泥在任何系统中都会造成污染的主要原因之一。24/6524/65反渗透膜简介5)胶体物污染地下水与地表水均含有铁、铝、硅、有机质等物质，它们和预处理时加入的混凝剂、助凝剂、阻垢剂等形成胶体沉积在膜表面造成胶体污染。硅酸胶体在水中会水解生成Si(OH)4,并在一定条件下发生聚合反应:mSi(OH)4-(SiOjm+2mH2O生成SiO2胶核，并分级电离，放出H+形成呈负电性的胶体，其结构式为：[m(SiOj.nSiO3-2.2(n-x)H+]-2x2xH+胶体物污染难处理是由于带有同种电荷，比较稳定，不易沉降，易污染膜，导致水通量下降。一般这种趋向用污染指数(SDI)进行评价。通常当SDI<3时，膜表面不产生此类污;当SDI>3时,会发生污堵。6)“水锤”现象对于反渗透系统,由于设计不恰当与在开始调试阶段，装填膜的膜壳内有大量的空气，当待处理液瞬间进入膜壳时，由于空气具有可压缩性，且瞬间不可能完全排尽，当空气在膜壳内达到一定压力时，会突然爆破释放,引起反渗透在膜壳内相互撞击、挤压以与窜动，产生“水锤”现象。在反渗透系统中，水锤的危害在于造成无法恢复的反渗透膜元件损伤。7)悬浮颗粒物的污染当保安过滤器有“短路”或缺陷造成过滤介质、腐蚀碎片与异物(如小芯绒线)等的泄漏或反渗透初次投用冲洗不彻底时，可能使膜元件受到污染，使进水通道堵塞和膜面上形成非晶体沉淀。这种情况较少遇到。8)其他因素造成的污染25/6525/65反渗透膜简介碳氢化合物和硅酮基的油与脂能覆盖于膜表面，致使膜受到污染;膜的水解、有机溶剂与氧化性物质侵蚀等也会造成膜材料的本质改变。反渗透膜的清洗一、反渗透膜的清洗条件在正常运行一段时间后，反渗透膜元件会受到在给水中可能存在的悬浮物质或难溶物质的污染，这些污染物中最常见的为碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物与有机或生物沉积物。污染物的性质与污染速度与给水条件有关，污染是慢慢发展的，如果不早期采取措施，污染将会在相对短的时间内损坏膜元件的性能。污染物的去除可通过化学清洗和物理冲洗来实现，有时亦可通过改变运行条件来实现，作为一般的原则，当下列情形之一发生时应进行清洗。1、在正常压力下如产品水流量降至正常值的10〜15%。2、为了维持正常的产品水流量，经温度校正后的给水压力增加了10〜15%。26/6526/65反渗透膜简介3、产品水质降低10〜15%。盐透过率增加10〜15%。4、使用压力增加10〜15%5、RO各段间的压差增加明显（也许没有仪表来监测这一迹象）。二、反渗透膜的清洗方法针对膜污染产生的原因,采用合适的清洗剂和合理的清洗方法可以很好地清除膜污染，恢复膜通量.常用的方法有物理方法和化学方法两类.1、物理方法物理方法冲洗就是采用低压大流量的进水冲洗膜元件，冲洗掉附着在膜表面的污染物或者堆积物。1）机械清洗对管式组件可采用软质泡沫塑料球、海绵球（直径略大于膜管内径）,对内压管膜进行清洗，在管内通过水力让泡沫、海绵球反复经过膜表面，对污染物进行机械性的去除。经研究,这种方法对软质垢几乎能全部去除，但对硬质垢不但不易去除反而容易损伤膜面，因此该法仅适用于以有机质体为主要成分的膜污染清洗。2）气液脉冲清洗在低压下用淡水或反渗透水以高速冲向膜面3分钟，或者用空气与水混合的高速气液流喷射清洗,达到清洗膜面上污垢，恢复产水量目的。常见方法主要有:正方向冲洗、变方向冲洗、透过液反压冲洗、振动排气充水法、空气喷射、CO227/6527/65反渗透膜简介反渗透等。具体物理清洗过程如图1所示。3）超声波清洗通过超声波脉冲产生的高能量破坏膜表面和吸附物质的链接“松散膜面上的颗粒”从而去除膜表面的沉积物。LiJianxin［14,15］等研究了超声波在膜清洗上的应用，运用时域反射计通过反射波的波幅的高低形状来反映膜污染的类型和大小。研究表明,采用反冲洗+超声波的清洗方法效果最好，基本上可将膜面污染物完全清除。2、化学方法当膜污染比较严重,有以下情况发生时，采用物理方法不能使通量恢复时，须用化学清洗剂进行清洗。1、标准化条件下的产水量下降10〜15%;2、进水和浓水之间的系统压差升高到初始值的1.5倍；3、产水水质明显下降。化学清洗是采用一定配比的化学药品的水溶液作清洗剂，通过化学反应脱除膜表面的污染物、杀死与分解膜上微生物的一种方法［16］。当机械方法或者物理方法清洗效果不理想时，可采用化学清洗法清除膜面上污染物，许多化学试剂对去除污垢和其它沉积物都非常有效。常用的化学清洗剂如下：（1）酶清洗剂利用酶的性质（高效性，专一性等）分解污染物,使之成为较小的颗粒或溶解物质从而达到清洗目的。含酶洗涤剂可有效去除有机物，尤其是蛋28/6528/65反渗透膜简介白质、多糖类、油脂等污染物。⑵加酸清洗酸清洗剂可以溶解去除矿物质与DNA。例如使用1%〜2%的柠檬酸溶液，在高压或低压下采用一次通水或循环方式对膜面进行冲洗,可有效去除氢氧化铁淀。或使用柠檬酸铵与盐酸混合，将pH值调至2.0〜2.5，通过循环清洗约5小时,也可恢复膜的透水量。还可以使用柠檬酸8.13kg,配400kg反渗透水，并用氢氧化钠调节pH至3.0，可有效去除碳酸钙、磷酸钙类沉积物和金属氧化物污染。采用调节pH与加热相结合的方法，清洗乳酪污染，原始通量能恢复50%〜90%。⑶加碱清洗有PO43-、0032-和OH-等,此类物质对污染物有松弛、乳化和分散作用，与表面活性剂联合使用对油脂和生物物质有较好的去除效果，另外对SiO32-也有一定的清洗效果。用三聚磷酸钠8.13kg,EDTA四钠盐3.25kg,加400kg反渗透水,并用硫酸调节pH值至10.0作为清洗剂，对硫酸钙、胶体与有机物等污染有较好的清洗效果。采用碱清洗剂(0.1%NaOH(wt)+0.1%(wt)Na2-EDTA,pH=11，温度<30℃)和酸清洗剂(2%柠檬酸+2%的EDTA+96%反渗透水)以与反渗透水，对污染主要为铁污染、水垢污染、Si胶体污染的反渗透系统进行清洗。清洗后，各段压差明显降低，产水量提高20%,脱盐率提高到97.0%,且经济效益也十分可观，与原清洗方法相比，每年的直接经济效益为16.39万元人民币。当使用单一清洗剂效果不够理想时，可将几种清洗剂进行复配来达到清洗效果。常见配方为：配方1:2.0%(wt)柠檬酸(C6H8O7)的低pH清洗液(pH值为4.0)。对于去除无机盐垢(如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸领、硫酸锶垢第，金属氧化物、氢氧化物29/6529/65反渗透膜简介(铁镒、铜、镍、铝等),与无机胶体效果明显。注意:此时应使用氨水调节pH值，因反应所形成的柠檬酸铵具有很好的螯合性，不能用氢氧化钠调pH值。配方2:2.0%(wt)STPP三聚磷酸钠(Na5P3O10)和0.8%(wt)的Na2-EDTA混合的高pH清洗液(pH值为10.0)。它专用于去除硫酸钙垢和轻微至中等程度的天然有机污染物。STPP具有无机螯合剂和洗涤剂的功用。Na2-EDTA是一种具有螯合性很强的有机清洗剂可有效去除二价和三价阳离子和金属离子。配方3:1.0%(wt)亚硫酸氢钠(Na2s2O4)的高pH清洗液(pH为11.5)。它用于去除金属氧化物和氢氧化物,且可一定程度的扩展至去除硫酸钙、硫酸钢和硫酸锶垢。亚硫酸氢钠是强还原剂，能将污垢中的具有氧化性的物质还原并除去。配方4:0.1%(wt)氢氧化钠和0.03%(wt)SDS(十二烷基磺酸钠)的高pH混合液(pH为11.5)。它用于去除天然有机污染物、无机/有机胶体混合污染物和微生物(菌素、藻类、霉菌、真菌污染。SDS是会产生一些泡沫的阴离子表面活性剂型的洗涤剂。配方5:0.1%(wt)氢氧化钠高pH清洗液(pH为11.5)。它可用于去除聚合硅垢。此洗液是一种较为强烈的碱性清洗液。3、清洗过程⑴确定污染的性质首先根据当地水质与工艺条件确定污染物性质，然后确定采用何种清洗方式和药剂［19］。例如对由于结垢导致的膜污染,可采用加柠檬酸或EDTA的酸清洗剂冲洗;对胶体和污泥导致的膜污染，可以在高pH下用EDTA或采用专用清洗30/6530/65反渗透膜简介剂清洗。⑵对污染物进行初步确定后，在对系统进行清洗前最好能做一些模拟实验,以确定清洗条件和清洗效果，利用酶或化学试剂进行清洗时尤需如此。例如:有机物导致的膜污染,采用化学清洗剂进行清洗时，先取适量污垢在清洗剂中溶解，若不能溶解，基本上可排除使用该清洗剂的可能;若能溶解大部分，则可确定该清洗剂基本有效，还可根据其他条件确定清洗剂类型。（3）清洗方法对于不同清洗剂,清洗的方法差别很大。例如:使用表面活性剂一般通过循环法清洗，最好用过滤器，以便将清洗出来的污物过滤掉、防止再污染;用酶分解的清洗剂，因为酶有一个分解过程，故需要一定的时间和条件（如温度与PH值、活化剂等）。另外由于酶具有活性，故在输送泵的选择上要注意泵的剪切力对酶活性的影响，所以清洗方式也以浸泡为主。6注意事项化学清洗须控制好清洗液浓度和pH值，反渗透装置应分段清洗，最好采用厂家推荐的专用清洗剂，亦可采用阴离子型或非离子型表面活性剂。清洗液进膜元件前必须经保安过滤器,清洗后反渗透装置在开始运行时应先排掉初期产品水,清洗用药一定要完全溶解,且药品质量符合标准，禁止任意增加化学清洗的频率和时间，尽量避免系统频繁启停，保证系统长期稳定运行。当反渗透停运后应立即用低压水（最好采用反渗透产品水）冲洗,利用流体的紊动作用使污染物自膜面剥离31/6531/65反渗透膜简介而被冲走。此外，合理而有效的预处理能较好的去除有机或无机溶解性物质以与颗粒物，减少污染物在膜面上的停留。三、膜污染减轻除对污染膜进行物理、化学方法外，可以采取以下措施减轻膜在使用过程中的污染:在膜过滤之前，对料液进行预处理，去除较大的粒子;调节pH远离蛋白质等电点减轻吸附;改变膜材料或膜的表面性质，如Ami-con公司的YM系列膜和MilliporePVD膜,把膜表面改变成亲水性的，因亲水性的表面对蛋白质吸附小，因而使膜污染减轻。近来有一种发展动向是采用两套内压中空纤维膜组合使用的方法，两套膜组件并联,其中一套工作，分流出一部分超滤液来反冲另一套中空纤维膜，间隔一段时间后交换进行，一般是工作10min,反冲1min,这种边工作边反冲的方式能很好地防止膜孔道堵塞，使膜通量保持在较高状态下工作.这种操作方式突破了要等到膜污染之后才停止工作进行清洗的观点，它不须用清洗剂，也不须卸下膜组件,是一种很好的方法，只是对换向开关以与换向开关的控制部分要求比较高，否则影响膜的寿命。注1：在任何情况下不要让带有游离氯的水与复合膜元件接触，如果发生这种接触，将会造成膜元件性能下降，而且再也无法恢复其性能，在管路或设备杀菌之后，应确保送往反渗透膜元件的给水中无游离氯时,应通过化验来确证，应使用亚硫酸氢溶液来中和残余氯，并确保足够的接触时间以保证反应完全。注2:在反渗透膜元件担保期内，建议每次渗透膜清洗应与海德能公司32/6532/65反渗透膜简介协商后进行，至少在第一次清洗时，海德能公司的现场服务人员应在现场注3:在清洗溶液中应避免使用阳离子表面活性剂，因为如果使用可能会造成膜元件的不可逆转的污染。反渗透常用预处理工艺为了保证反渗透系统的顺利进行，需要针对不同的进水水质进行预处理。对于反渗透系统，习惯地把进水分为地下水、自来水、地表水、海水、废水（中水）等，这些水体受各种因素的影响，不同的地理条件，不同的季节气候导致水体的特性与其所含的杂质有所不同，因此反渗透预处理工艺也会有所不同。. 合理地预处理应该能满足如下要求：1、反渗透预处理必须能够去除原水中的绝大多数杂质，达到进水要求；2、反渗透预处理必须考虑水质的变化，防止原水水质波动时影响整个系统的稳定运行；3、反渗透预处理工艺必须能够高效、稳定的运行，同时尽量简化流程，降低投资和运行成本；目前流行的方法主要有以下几种：（1）物理法33/6533/65反渗透膜简介物理方法包括①沉淀法或气浮分离法，②砂过滤、预涂层（助滤剂）过滤、滤筒过滤、精过滤等，③活性炭吸附法，④冷却或加热。（2）化学法化学方法包括①氧化法：利用臭氧、空气、氧、氯等氧化剂进行氧化，②还原法，③pH值调节法（3）光化学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，而且还要根据在膜分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，一方面是由于膜表面上的分离所带来的直接污染；另一方面与膜组件本身的构造有关。预处理所需要达到的标准，根据所用的膜件的不同也不一致。常用针对不同的进水水质常用预处理方式如下：1、进水为自来水的预处理絮凝过滤+活性炭+软化（或阻垢剂）+精密过滤器2、进水为地下水的预处理（OPR较低，Fe2+\、Mn2+低）絮凝过滤+软化（或阻垢剂）+精密过滤器3、进水为地下水的预处理（OPR较高）34/6534/65反渗透膜简介絮凝过滤+活性炭+软化（或阻垢剂）+精密过滤器4、进水为地下水的预处理（OPR较低，Fe2+\、Mn2+高）氧化+絮凝过滤+活性炭+软化（或阻垢剂）+精密过滤器5、进水为地表水（COD较低）初沉+絮凝沉淀+超滤或微滤+精滤初沉+絮凝沉淀+氧化杀菌+活性炭吸附+精密过滤器6、海水（深井取水）杀菌+絮凝过滤+活性炭+精滤7、生活污水生化处理+杀菌+过滤+活性炭+精滤生化处理+超滤+精滤膜生物反应器+精滤8、工业废水（金属离子）化学沉淀+絮凝过滤+软化或阻垢剂注：以上预处理过程中提到的工艺是指絮凝和絮凝过滤-絮凝处理的对象是原水中的小颗粒悬浮物和胶体。浊度小于70度的原水，一般采用多介质过滤，可采用重力式过滤或压力式过滤器。滤料的要求与普通双滤料滤池不同，颗粒较大，汕中的无烟煤要求在酸碱中稳定，石英砂要求耐酸，在碱性溶液中有微量的溶出。采用絮凝过滤时用铁盐作絮凝剂的效果优于铝盐。过邈的设计产水量应包含后续处理工艺的耗水量和避器自身的耗水量即冲洗水量。吸附一吸附法是利用多孔性固体物质，吸附水中的某些污染物质在其表35/6535/65反渗透膜简介面，从而达到净化水体的方法。吸附法能去除的污染物包括：有机物、胶体、余氯，还能去除色度和嗅味等。活性炭吸附-活性炭是用烟煤、无烟煤、果壳或木屑等多种原料经碳化和活化处理制成的黑色多孔颗粒。活性炭的物理特性主要指孔隙结构与其分布，在活化过程中形成各种形状和大小的孔隙，因而形成了巨大的比表面积，与水的接触面极大，因而吸附能力很强。理性炭不仅能吸附水中的各种污染物，还可以吸附废气中的SO2等污染物，因此在环保、水处理等领域有着广泛的用途。精密过滤器（保安过滤器）-用以去除极微小的颗粒。普通砂滤能够去除很小的固体颗粒，使出水浊度达到1左右，但出水仍然含有大量粒径在1〜5^m的颗粒，这些颗粒是砂滤无法去除的，虽然颗粒极小，可是如果直接进入反渗透主机，在RO膜的浓缩作用下，仍然会造成膜元件的污染，要去除这些颗粒，就必须采用精密过滤。精密过滤器常设置在压力过滤器之后，有时也设置在整个预处理工艺的未端防止破碎的滤料、活性炭、树脂等进入反渗透系统，尽量做到不将上道工序产生的微粒带到下一道工序中去。滤孔孔径应与水中所含杂质的粒相匹配，避免过粗或过细。氧化一氧化是利用强氧化剂氧化分解水中污染物的一种化学处理方法。对于反渗透系统预处理而言，氧化通常是为了去除两类物质：①有机物②铁、镒软化-软化是指采用化学方法，去除水体中硬度的处理方法。分为离子交换软化和药剂软化两种。目前反渗透预处理常用的软化方法是离子交换软化。离子交换软化是指采用离子交换剂，将水体中硬度组成部分钙镁等离子同离子交换剂有效交换基团（通常是钠离子）反应，从而使水质达到软化的效果。36/6536/65

反渗透膜简介反渗透技术比较一、反渗透与其他方式脱盐过程的比较反渗透作为目前工业上有效的水脱盐过程中最新的一种过程，从技术和经济观点来看，反渗透是用途最多的脱盐过程，能适用于很广的进水脱盐范围，而其它技术有的只适用于较高的盐度，有的则只适用于较低的盐度。1、离子交换在低盐度，离子交换较反渗透生产高纯水更具有经济吸引力。随盐度增加，离子交换需求变低，这是因为再生化学药品需量增加以与为延长两次再生间的时间床体必须较大的缘故。在选择离子交换之前必须考虑废料的定期清楚和再生化学药品的费用。将反渗透放置于离子交换之前用作生产高纯水的“粗脱盐”已成为一个标准方法。反渗透可将进料水中的溶解固体脱除90~95%，这便降低了离子交换树脂的再生频率、树脂床体积与再生液量。2、电渗析电渗析是一膜过程，其推动力为横跨交互放置的阴、阳离子交换膜的电场。当进料水中的阴、阳离子通过各自的离子选择性膜形成浓缩盐水时，阴、阳离子便被选择性的移除。因为浓度较高时移除离子所需的电流将增大，所以电渗析适用的1口5范围通常在500037/6537/65

反渗透膜简介mg/L以下。在对电渗透和反渗透间进行选择时，要从经济、所需水质与操作方面予以考虑。热蒸馏技术，如多级闪蒸、多效蒸馏、蒸汽压缩蒸馏3、蒸，热蒸馏技术，如多级闪蒸、多效蒸馏、蒸汽压缩蒸馏与这些技术的各种组合，一般用于高盐度苦咸水或海水的脱盐。目前在中东和世界的其他地方，级蒸已成为大量海水脱盐工厂的主宰技术。目前，海水的反渗透由于它的低能耗、改进的膜和系统设计，以与长期的操作经验，使它成为富有活力的、经济的技术，从而取代了热蒸馏。二、反渗透与纳滤、超滤、微滤技术比较反渗透(RO)是液体/液体分离过程中最可能使用的膜分离过程。原则上水是唯一通过膜的物质；特别是所有的溶解和悬浮的物质被截留。有时一些开放类型的RO膜和纳滤(NF)膜会产生混淆。真正的纳滤只截留超过一价的负电荷离子，如硫酸盐、磷酸盐，而能通过单价的负离子。根据分子的大小和形状，纳滤也能截留不带电荷、溶解性物质和正电荷离子。纳滤对氯化纳0〜50%的截留率主要决定于进水的浓度。而“宽松的反渗透”是一种减少了盐截留率的反渗透膜。由于盐截留率的减少可以降低压力和能耗，因此在有些项目上也是可以被接受的。超滤(UF)是大分子量组分(HMWC),如蛋白质、悬浮固体被截留，而所有的小分子量组分自由通过膜的过程。因此，单价和二价的糖类、盐、氨基酸、有机物、无机酸或氢氧化纳都不能通过。微滤(MF)过程理论上只有悬浮固体被截留，而其它甚至蛋白质都可以自由38/6538/65

反渗透膜简介通过膜。但是实际情况和理想状态有一定的差距。四种膜过程的比较反渗透RO纳滤NF超滤UF微滤MF膜类型非对称膜非对称膜非对称膜对称膜非对称膜厚度150um150um150〜250um10〜150um薄膜厚度1um1um1um孔径<0,002um<0,002um0,2〜0,02um4〜0,02um截流组分HMWC,LMWC,氯化纳，葡萄糖，氨基酸HMWC,单糖、多糖，和多聚糖、多价负离子小分子组分，蛋白质，多糖，病毒颗粒，粘土，细菌膜材质醋酸纤维素(CA),薄膜醋酸纤维素(CA),薄膜陶瓷，聚飒(PSO),聚偏二氟乙烯(PVDF),薄膜，醋酸纤维素(CA),陶瓷，聚偏二氟乙烯(PVDF),聚丙烯(PP),膜组件类型管式，卷式，板框式管式，板框式，卷式管式，中空纤维，卷式，板框式管式，中空纤维操作压力bar15〜1505-351-10<2许多产品使用膜来处理，但已销售的80%以上的膜用于水的脱盐处理。剩余的部分205%被用于乳制品的处理，其余被用于各种液体的处理。其中某些液体属于废弃的产品，而某些则是非常贵重的只要产物。表3列出了一些典型的应用，阴影部分代表主要的产物。注意：透过液和浓水都可以是需要的产物，而可以同时成为产物。某些产物的膜过程类型透过液浓水RO染色工艺排水洁净水BOD,盐，化学品，废弃产品纯水低盐水含盐水乳清低BOD透过液乳清浓水NF抗生素含盐废弃物脱盐浓缩抗生素染色工艺排水澄清含盐水BOD/COD,色素纯水软化水废弃物乳清含盐废水脱盐的乳清浓缩液UF抗生素澄清的发酵肉汤废弃物生物废气用于交换的澄清液可循环的微生物胶废弃物浓缩胶酶废弃物高价值产品牛奶乳糖溶液用于奶酪产品的蛋白质浓缩液39/6539/65反渗透膜简介乳化油含油水（游离油<10ppm）高度浓缩的乳化油洗涤废水清水脏水（废弃物）纯水清水废弃物乳清乳糖溶液乳清蛋白浓缩液黄原胶废弃物浓缩黄原胶反渗透技术应用领域国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水，各种工业纯水、饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保、冶金、纺织等行业的膜应用也都形成了一定规模。今后有潜力的应用领域有发电厂冷却循环水的排污水处理、大型海水淡化、苦咸水淡化、大型市政与工业废水处理等。40/6540/65反渗透膜简介电子工业用水：集成电路、硅晶片、显示管、电极箔等电子元件冲洗水制药行业用水：输液、针剂、片剂、生化制品、设备清洗等化工行业工艺用水：化工循环水、化工产品制造、化肥等电力行业锅炉补给水：火力发电锅炉、厂矿中低压锅炉动力系统食品工业用水：应用纯净水、饮料、啤酒、白酒、保健品等海水、苦咸水淡化：海岛、舰船、海上钻井平台、苦咸水地区饮用纯净水：房产物业、社区、企事业单位等其它工艺用水：汽车、家电产品涂装、镀膜玻璃、化妆品、精细化学品、印染等反渗透在食品行业的应用膜技术用于食品工业始于60年代未，首先应用于乳品加工，随后才逐渐用于41/6541/65反渗透膜简介果蔬汁饮料的无菌过滤、酒类精制和酶制剂的提纯和浓缩等方面。1、在果蔬汁浓缩加工中的应用果汁浓缩，可以减少果汁容积，便于运输贮藏能够提高果汁贮藏的稳定性。常规的果汁浓缩是采用多级真空蒸发法。由于热作用的影响易导致果汁芳香成分的逸散、褐变和焦糊味道的产生，耗能高。为了提高产品质量和降低能耗,。目前最有可能替代热浓缩的是膜分离技术。用于果蔬汁浓缩一般采用反渗透浓缩技术。它适用于分子量小于500道尔顿的低分子无机物或有机物水溶液的分离，操作压力也容易控制,一般为0.1~10Mpa。人们对反渗透浓缩苹果、梨、柑桔、菠萝、葡萄与蕃茄等果蔬汁在近20年的时间内作了大量的研究。果蔬汁浓缩多用醋酸纤维素反渗透膜,它对醇和有机酸的分离率较低,与蒸发法相比，反渗透浓缩的果汁可使浓缩果汁有更好的芳香感与清凉感。采用蒸发法浓缩的果汁，其中芳香成分几乎全部消失;采用速冻法浓缩的果汁芳香成分只保留8%,而采反渗透法芳香成分可保留30%~60%,而且脂溶性部分比水溶性部分保留更多,Vc、氨基酸与香气成份的损失均比真空蒸馏浓缩要小得多。果汁浓缩时膜的透水速率随果汁种类、操作条件以与预处理条件而异。透过膜的液体成分因膜种类而异，一般都含有一定量的无机盐和果酸,透过液可作为矿泉水或天然饮料的用水。利用醋酸纤维膜管式反渗透装置浓缩苹果汁可以得到高质量的浓缩苹果汁。用高脱除率和低脱除率二种卷式反渗透组件所组成的反渗透流程，可以制取相对高浓度的苹果浓缩汁。2、茶饮料42/6542/65反渗透膜简介茶饮料目前正值黄金上升期，茶饮料是由茶叶提取物，速溶茶粉、茶浓缩汁经过滤调配制得，其中速溶茶粉或浓缩汁对实现“集中生产主剂、分散灌装”的工业化生产起到很大作用。由于绿茶汁中含有丰富的叶绿素和多酚类营养保健物质，这些成份易氧化褐变，而应用反渗透膜低温浓缩方法工业化生产制得澄清、黄绿明亮具有原汁原味的绿茶风味。工艺流程：绿茶叶f浸提f过滤f制冷f超过滤f反渗透膜浓缩f绿茶浓缩汁^速溶茶粉绿茶汁在生产过程中易氧化褐变，温度高易使茶汁产生熟汤味，故在工艺中对绿茶汁进行制冷，冷却到15〜18℃以达到护色、保质、延缓氧化褐变的目的。反渗透膜浓缩的前提是必须达到膜的进液要求，故对绿茶汁进行超过滤，去除大分子物质与一些杂质，使之达到要求。绿茶汁是利用500kg绿茶叶用1:20的水浸提，通过超滤后得到8500kg浓度为1.5%左右的澄清绿茶液。温度为15〜18℃的绿茶汁在浓缩过程中，由于在闭路中循环，绿茶汁温度逐渐上升，所以在设备中配有换热器，将茶汁温度降低，以减弱茶水的热效应。浓缩结束时，温度控制在&23℃,即温升控制在&5℃。反渗透膜耐温&45℃,实际控制为《23℃。温度低，极大地抑制了绿茶汁的氧化褐变与熟汤味。利用反渗透膜低温浓缩绿茶汁极大地抑制了绿茶汁在生产过程中的氧化褐变以与熟汤味，可以得到色、香、味俱佳的浓缩绿茶汁。3、酒类酿造43/6543/65反渗透膜简介1）啤酒酿造反渗透法生产低度啤酒。首先将啤酒经反渗透浓缩，由于膜对酒精的截留能力差，一定量的透过液一起被分离出来，然后用不含酒精的溶液（如无菌水）稀释浓缩液，这样就降低了啤酒的酒精度。2）控制酒的甜度为了提高葡萄酒的甜度，日本酿酒业已应用反渗透膜设备生产葡萄酒,用于分离溶液成分中的水,使酒浓缩而达到所需的甜度，生产出优质天然葡萄酒。其优点是:不需加热，因而不会产生煮熟味，不发生色素分解和褐色现象;不经过蒸发过程，不损失营养成分,可保持良好的酒质和香气;耗能低。4、饮料用水的处理反渗透可用于饮料用水的软化,能实现95%~99%的脱盐率,可满足不同要求的软化水。水的利用率为75%~85%,高于电渗析。反渗透的操作简单，能耗低,可运行1~2个月进行设备清洗，投资虽然比电渗析高,但生产成本与电渗析相约。由于反渗透是分子级分离，它可以除去一些无极性的有机物与细菌，因此，再用反渗透软化水的同时也完成了水的除菌和净化。5、纯净水的处理近两年来国内的纯净水（包括蒸馏水）发展很快，除标明的蒸馏水是用蒸馏法生产之外，几乎所有的纯净水都是用膜法来进行生产的。众所周知，离子交换、电渗析只能脱除一些极性物质，对一些有机物,尤其是一些小分子有机物是很难去除的,蒸馏法也难以去除一些低沸点或挥发性有机物,44/6544/65反渗透膜简介而反渗透却能有效地去除这些物质，因此，反渗透在净化水处理中所占的地位将日益重要。6、食品工业中其他方面的应用反渗透技术还可用于食品工业中其它反面的如在乳清加工中反渗透可用于全乳清的浓缩;制糖型中可用反渗透进行糖液的浓缩等。反渗透在制药行业的应用反渗透法在制取纯水过程中，是以压力作为动力，使纯水透过反渗透膜，后将其收集而制得，因而在整个制水过程中，不发生相变，且无酸碱废液处理。所以，反渗透膜法以其节能、环保等特点，成为目前制取医药纯化水的主要方法。医药纯化水的水质要求与相应反渗透膜法水处理工艺：医药纯化水对电导率、离子含量等有一定要求，主要水质指标：电导率&2«s/cm、重金属&0.3ug/LTOC&500ug/L。为达到纯化水的水质要求，目前主要采用的反渗透膜法水处理工艺为（：反渗透+混床）、二级反渗透和（反渗透+电除盐）。在（反渗透+混床）工艺中，虽然反渗透设备除去了进水中的极大部分离子，但混床的离子交换树脂失效后，仍需酸碱处理，以复苏树脂的离子交换性能，因而在制取纯化水的过程中，仍有废酸碱再生液排放，污染环境。在环保要求日趋严格的条件下，虽然其设备投资成本较低，产水电导率也较低，但其应用仍受到环保要求的限制。在（反渗透+电除盐）工艺中，由于电除盐装置对进水水质（如硬度、TOC等指标）要求极为严格，一般一级反渗透产水经常不能达到电除盐装置的进水要45/6545/65反渗透膜简介求，因而在大多数情况下，需采用二级反渗透产水作为电除盐装置的进水。同时，由于电除盐设备单元价格较高，这样就使其纯化水制取设备投资成本大幅升高。虽然其出水电导率低、纯化水制备过程无酸碱处理，但由于其单位制水成本极高，故导致其应用受到投资成本的限制。而二级反渗透制水工艺，虽然其产水电导率相对较高，但在一般情况下，其产水电导率能达到纯化水的要求，因而它以工艺设备投资成本适中，操作维护简单。二级反渗透工艺由于具有高脱盐率、自动化程度高、环保等优点，对大部分水源来说，其产水水质能达到医药纯化水的要求，因而二级反渗透技术在制取医药纯化水中的应用必然越来越广。反渗透在电子行业的应用电子元器件的制造需要大量高品质的纯水、超纯水，电子级超纯水是目前世界上纯净品质要求最高的水.电子工业用的超纯水，例如广泛用于生产计算机硬盘，集成电路芯片，半导体，显像管，液晶显示器，线路板等用的纯水，对水的纯度要求较高，对出水电阻率的要求达到上（MQ.cm）级。随着电子工业的发展对高纯水提出了越来越高的要求。例如，制作16K位DRAM允许水中TOC（总有机碳）为500ppb、金属离子为1ppb、＞0.2um的颗粒为100个/毫升；而制作16M位DRAM时，则要求TOCv5ppb、金属离子v0.2ppb、水中）0.1um颗粒数为0.6个/升。可以说在电子级超纯水制备系统中汇集了当前水处理技术最先进的工艺和设备,如超滤、微滤、反渗透、膜脱气、电去离子£口1）等，其中反渗透装置是整个纯水、超纯水制备系统工程中一关键的设备.它能有效地去除原水中97%以上的46/6546/65反渗透膜简介溶解性无机物质、99%以上的相对分子质量大于300的有机物、99%以上的包括细菌在内的各种微粒和95%以上的二氯化硅.反渗透工艺在纯水、超纯水制备系统工程中的应用，不但能提高了产水品质,降低生产成本，而且防止环境污染，有力地推进了电子工业的进步，同时也促进了纯水、超纯水制造技术的发展.在我国RO应用于电子工业水处理的报道，最早可追溯到1981年，RO技术就己成功应用于大规模集成电路超纯水制备。此后，不断出现RO制取超纯水工艺流程研究和更大规模超纯水制备的报道。2004年4月，国家海洋局杭州水处理技术开发中心为乐金飞利浦曙光电子有限公司设计和建成的130m3/hRO彩色显象管处回收项目是RO纯水制备技术在电子工业领域应用的拓展。该项目是迄今我国第一个较大规模进行彩色显象管生产企业废水回用项目。通过国家“七五”、“八五”科技攻关项目的实施我国超纯水制备系统工程设计和成套能力有了很大的提高，掌握了整套工程的系统工艺设计、设备制造和成套、安装调试、技术培训等关键技术，工程应用技术已达到了国际水平。反渗透在海水淡化的应用海水淡化技术种类很多，有蒸馏法（多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏等）、膜法（反渗透、电渗析、膜蒸发等）、离子交换法、冷冻法等，但适用于大规模淡化海水的方法只有多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）和反渗透法（RO）。反渗透法于20世纪70年代起用于海水淡化，经过几十年的发展，随着反渗透膜性能提高、预处理技术进步、能量回收效率的提高等，已成为投资最省、成本最低、应用范围广泛的海水淡化技术。47/6547/65反渗透膜简介反渗透法是一种膜分离淡化法，该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜将海水与淡水分隔开，若对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将通过半透膜进入到淡水中。反渗透海水淡化法SWRO）技术使反渗透技术的发展有了更广阔的前景。经过几十年的不断发展，海水淡化反渗透膜的性能有了较大的提高，膜材料从初期单一的醋酸纤维素非对称膜发展到表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜等新型材料与高效膜。目前的反渗透膜，水通量是1978年的2倍，盐的透过率大约为1978年的四分之一，价格稳中有降。反渗透法的适应性强，应用范围广，规模可大可小，建设周期短，不但可在陆地上建设，还适于在车辆、舰船、海上石油钻台、岛屿、野外等处使用。美国陆军在20世纪70年代初，在评价了若干方案后，选用反渗透技术为陆军使用的最合适的净化水技术，美国海军首先将此技术用于潜艇淡化水，后来又应用于其他舰船。近年来新造船舶或旧船上的更新换代海水淡化装置都已倾向于选用反渗透装置。美国海水淡化的研究重点是反渗透技术，西欧尤里卡计划中的首批尖端项目就包括“海水淡化渗透膜”，日本的“90年代产业基础研究开发制度”中列入了高效分离膜，由此可见反渗透膜法水处理技术在当代高科技中的竞争地位。1989年前，采用反渗透技术进行海水淡化的淡化水产量占世界海水淡化市场的6%，到1997年底已升至14%，近10年的市场占有率更是呈直线上升趋势。反渗透法在21世纪将与蒸馏法一起成为海水淡化的主导技术。48/6548/65反渗透膜简介反渗透在工业废水的应用1、重金属废水处理Ozaki等采用Aromaticpolyamide(ES20)超低压反渗透膜分离稀溶液中的Cu2+、Ni2+和Cr6+离子，结果表明截留率随进料压力的增大而增加,当压差从100kPa升至。500kPa,Cu2+的截留率从97.3%增大至。99.6%,Ni2+的截留率从97.2%增大到99.5%,Cr6+的截留率从98.2%增大到99.9%。离子价态也能影响截留率，当压力为500kPa时,Cr6+截留率为99.9%,比Cu2+和Ni2+的截留率要高(两者都为99.5%)。1985年日本将RO膜应用到电镀工业水回收。他们建立了3套RO系统。系统A处理量为2.5m3/h,水回收率为80%;系统B和系统C的处理量均为10m3/h,水回收率为80%。现在日本的绝大部分电镀厂已采用膜分离技术。孙丽用反渗透浓缩法处理咸阳彩虹集团电镀镍鸨生产线的清洗废水,发现反渗透膜分离工艺对镍和COD具有很高的去除率,分别为93.49%和93.4%。夏俊方用反渗透膜处理法处理含铜离子的电镀废水,研究发现在!P=3.0MPa,T=20〜25℃条件下浓缩，可以使料液浓缩近10倍。UJANGZ采用复合低压反渗透膜，在含Zn2+和Cu2+的废水中加入适量的ED-TA后进行处理，发现二者的脱除率均达到99%以上。Jae-WookLee等用反渗透处理高电导率的韩国某一钢铁公司的二次处理废水(2700〜3000"s/cm),成功地除去其中的单价和二价离子。据报道反渗透可使废液中的铜、铅、汞、镍、锑、钺、神、铭、银、硒、铊、锌等离子脱除率达90%〜9