反渗透膜技术

反渗入膜技术主讲人：马思达王东兴第1页反渗入现象发觉

1950年美国科学家DR.S.Sourirajan无意间发觉海鸥在海上飞行时，从海面啜起一大口海水,隔了几秒后,吐出一小口海水,而产生疑问，由于陆地上由肺呼吸动物是绝对无法饮用高盐份海水。解剖后发觉海鸥体内有一薄膜，海鸥将海水吸入体内后加压，使水分子透过薄膜转化为淡水，而具有杂质和高浓缩盐分浓缩海水则吐出嘴外。美国政府投入巨额资金研究反渗入膜，用于太空飞船使用，后逐渐转化为民用。第2页一、概念反渗入(ReversOsmosis简称RO)技术，是利用反渗入膜只能透过溶剂(一般是水)而截留离子物质或小分子物质选择透过性，以膜两侧压差为推进力，而实现对溶剂与溶质分离过程。反渗入膜(reverseosmosismembrane)是反渗入过程所用半透膜，只能透过水分子而不能透过盐分子。第3页反渗入膜是实现反渗入关键元件，是一种模拟生物半透膜制成具有一定特性人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔直径一般在0.5～10nm之间，透过性大小与膜本身化学构造有关。第4页二、原理第5页压力（要大于渗入压力）大分子供水水反渗入反渗入膜

盐二、原理错流过滤：在泵推进下料液平行于膜面流动，与死端过滤不一样是料液流经膜面时产生剪切力把膜面上滞留颗粒带走，从而使污染层保持在一种较薄水平。第6页

反渗入技术属于压力驱动型膜分离技术，操作压力一般为1-10MPa．截留组分为0.1-1nm离子或小分子物质。伴随膜技术不停发展和迫于能源危机要求，人们进行了超低压反渗入膜开发，现已可在不大于1MPa压力下进行部分脱盐。

反渗入膜传质机理，有代表性主要有溶解—扩散理论、优先吸附—毛细孔流理论、氢键理论、道南(Donnan)平衡模型等。二、原理第7页典型反渗入膜1）乙酸纤维膜(缩写为CA)

它是目前研究得最多反渗入或超滤膜材料，制得膜具有透水率高，有中等耐氯性，具有较好成膜性能及膜较牢靠等特点。2）复合膜被人们誉为第三代膜，通过选择单体，控制工艺条件和交联度等，来取得高脱除率和高通量脱盐超薄层，其pH值应用范围宽，化学稳定性好，耐生物降解，以及可满足特定要求等。

三、反渗入膜第8页复合膜与CA膜详细对比第9页醋酸纤维素膜构造示意图99％表皮层，孔径（8－10）×10－10m过渡层，孔径200×10－10m多孔层，孔径（1000－4000）×10－10m1%第10页陶氏FILMTEC™复合膜膜片复合结构图第11页显微镜下渗入膜照片第12页膜性能决定着反渗入淡化器性能，衡量一种膜有没有实用价值，要看膜是否具有下列条件高截留率和高透水率；强抗微生物侵蚀性能；好柔韧性和足够机械强度；抗污染性能好，使用寿命长，适用pH范围广；运行操作压力低；制备简单，便于工业化生产；耐压致密性好，具有化学稳定性，能在较高温度下应用。三、反渗入膜第13页反渗入膜技术应用领域海水、苦咸水淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉用水，高纯水制备。近年来，反渗入技术在家用饮水机及直饮水给水系统中应用更体现了其优越性。在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖啡浸液等。印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回收利用废业中有用物质等。化工、冶金、制药中，某些产品制备、提纯、分离。四、应用第14页高增加低增加透析微滤超滤反渗入电渗析控制释放气体分离渗入汽化双极膜液膜膜反应器闸膜活化传递多种膜分离技术发展和趋势第15页主要设备反渗入操作基本设备包括预处理过滤器、高压泵、膜组件。其中膜组件是反渗入操作主体设备。膜组件（单元）板式管式螺旋卷式中空纤维式五、设备第16页第17页第18页第19页第20页第21页第22页五、设备第23页上述多种形式反渗入组件各有专长。但从单位体积产水量来看，螺旋卷式和中空纤维式反渗入器是产水量最高，工业上大型实用装置基本上都是采取这两种反渗入器。在反渗入市场中，卷式组件销售量约占74%，中空纤维约占26%，管式和板框式相对较少。然而，应当指出是，从装置膜面清洗角度来说，管式装置仍有它独有特点。

五、设备第24页反渗入流程包括预处理和膜分离两部分。预处理办法有物理法(如沉淀、过滤、吸附等)、化学法(如氧化、还原、pH调整等)和光化学法。常见流程有一级、一级多段、多级、循环等几个形式。六、操作流程第25页透过液回收率不高，在工业中很少采取

一级一段连续式六、操作流程第26页部分浓缩液返回进料液贮槽与原有进料液混合后，再次通过组件分离。因浓缩液中溶质含量较原料液高，因此透过液质量有所下降。六、操作流程一级一段循环式第27页水回收率提升，浓缩液量减少，但浓缩液中溶质含量增大。

这种方式得到浓缩液由于通过多段流动，压力损失较大，生产率下降，为此需增设高压泵。一级多段连续式六、操作流程第28页第二段透过水质较第一段差，这种办法可得到较高浓度浓缩液。一级多段循环式六、操作流程第29页对膜选择更广泛每一级膜两侧浓差减小，操作压差能够减少，对设备要求减少；但各级多需要泵将料液提升到较高压力，能耗增加。多级多段配备六、操作流程第30页东丽海水淡化反渗入膜及应用七、举例第31页常规海水淡化工艺流程图第32页东丽两段法海水淡化系统工艺流程

(BCS:BrineConversionSystem)第33页第34页一段法与两段法制水成本比较回收率：40%操作压力：6.5MPa回收率：60%操作压力：6.5/8.4MPa第35页两段法反渗入海水淡化系统优势第36页八、现状及展望国际上RO膜供应商主要有陶氏化学、美国海德能、美国通用电气、日本东丽、韩国世韩等等，这些公司占有市场份额较大。在我国，反渗入膜应用领域主要在苦咸水淡化、水溶液脱水浓缩和废水再利用等方面，是继美、法、日、以色列等国之后研究和开发海水淡化先进技术国家之一。中国90%RO膜依赖进口，国内最大生厂商是北京沃顿公司，另外尚有长沙威灵顿，杭州北斗星，深圳惠灵顿。

第37页处理水危机海水淡化已经成为21世纪朝阳产业目前，反渗入已成为海水和苦咸水淡化最经济技术。据统计，反渗入技术自1969年进入淡水化市场后，到1995年已占当年世界淡水化市场88％。八、现状及展望第38页多种分离过程海水淡化所需能量分离过程必要动力（kW·h/m2）必要热量（kcal/m3）理论值（回收率0%）0.72616