反渗透膜材质分析

反渗透膜是一种用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能在外加压力作用下使水溶液某一些组分选择性透过,从而达到淡化、净化或浓缩分离的目的。

反渗透现象早在1748年就被法国Able Knelt所发现。利用与渗透相反的过程进行海水淡化的设想是美国Haussler在  1950年提出来的，但是只有当1960年Loeb HE   Sourirajan2用醋酸纤维素做材料、研制成功高分离效率高透水量的反渗透膜以后，反渗透膜分离才可能变成为现实。膜被称为反渗透过程的心脏，在一定意义上说，反渗透系统质量的优劣、水平的高低关键在于反渗透膜性能的好坏，醋酸纤维素反渗透膜是用于水脱盐的，但是，随着各种类型反渗透膜的开发和膜性能的不断提高，发渗透膜分离已不仅包括水处理领域，即水的脱盐、纯水制备、水的再利用和废水回收，也包括食品加工、生物学和生物医药的研究。

一、反渗透膜性能要求和指标

为适应水处理应用的需要，反渗透膜具有应用上的可靠性和形成规模的经济性，其一般要求如下

1、对水的渗透性要大，脱盐率要高。

2、具有一定的强度和坚实程度，不致因水的压力和拉力影响变形、破裂。膜的被压实性尽可能小，水通量衰减小，保证稳定的产水量。

3、结构要匀称，能制成所需要的结构。

4、能适应较大的压力、温度和水质的变化。

5、具有好的耐温、耐酸碱、耐氧化、耐水解和耐生物污染侵蚀性能。

6、使用寿命要长。

7、成本要低。

二、反渗透膜的材质是什么？

常见的反渗透膜材料有两大类。

1、醋酸纤维素膜元件

 一般用纤维素经酯化生成三醋酸纤维，再经二次水解成混合一、二、三醋酸纤维。

影响膜的脱盐率与产水量的因素是乙酰含量高则脱盐率高，但产水量少。

醋酸纤维素膜本质上的弱点是，随时间的推移，酯基官能团将水解，同时脱盐率逐渐下降而流量增加，随着水解作用的加强，膜更易受到微生物侵袭，同时膜本身也将失去它的功能和完整性。

2、复合膜元件

复合膜的主要支持结构是经砑光机砑光后的聚酯无纺织物，其表面无松散纤维并且坚硬光滑，由于聚酯无纺织物非常不规则并且太疏松，不适合作为盐屏障层的底层，因而将微孔工程塑料聚砜浇注在非纺织物表面上，聚砜层表面的孔控制在大约15nm，屏障层采用高交联度的芳香聚酰胺，厚度大约在0.2um。高交联度芳香聚酰胺由苯三酰氯和苯二胺聚合而成。

复合膜与醋酸纤维素膜相比有以下优点：

（1）化学稳定性好。

醋酸纤维素膜不可避免地会发生水解，醋酸纤维素膜连续运行允许的pH值范围为4～6，清洗时允许是pH值范围为3～7，pH值为5.7时水解速度慢，这就导致预处理时加酸来量大，清洗时可选用的药品范围窄，不易获得满意的清洗效果，复合膜连续运行允许的pH值范围一般为2～11，清洗时允许的pH值范围一般为1～12。

（2）生物稳定性好。

复合膜不易受微生物侵袭，而醋酸纤维素膜易受微生物侵袭。

（3）复合膜的传输性能好，即Kw大而Ks小。

（4）复合膜在运行中不会被压紧，因此产水量不随使用时间而改变，而醋酸纤维素膜在运行中会被压紧，因而产水量不断下降。

（5）复合膜的脱盐率基本不随使用时间而改变，而醋酸纤维素膜由于不可避免的水解，脱盐率会不断下降。

（6）复合膜由于Kw大，其工作压力低，反渗透给水泵用电量与醋酸纤维素膜相比减少了一半以上。

（7）醋酸纤维素膜的寿命一般仅3年，而复合膜有些已使用5年或者8年，性能仍完好如初。复合膜的缺点是抗氧化性较差。

三、反渗透膜的影响因素

1、进水压力对RO膜元件的影响

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、进水温度对RO膜元件的影响

RO膜元件产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温增加水对通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水量就增加百分之三；（以25℃为标准）。

3、进水PH值对反渗透膜的影响

进水PH值对产水量几乎没有影响，而对脱盐率有较大影响。PH值在7.5-8.5之间，脱盐率达到上限。

4、进水盐浓度对RO膜元件的影响

渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，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。

四、反渗透膜脱盐率下降过快的原因分析

1、高压差导致脱盐率下降

（1）压差升高同时往往伴随着脱盐率快速下降，在正常的流量下，压差的上升通常是由于膜元件水流量通道的隔网进入杂质，污染物质和水垢引起的，导致产水流量的下降；

（2）当超过设定的给水流量时，也会发生过大的压差，当启动时给水压力提升过快，发生水锤压差会很大，如果膜已经被污染，特别是微生物污染，压差也会变大；

（3）给水至浓水间的压差表示的是水力阻力，与给水的流速、温度有关，应该保持产水和浓水有一定的流速，出现高压差的可能性有：水垢、微生物污染、阻垢剂沉淀、过滤器过滤介质漏、给水/浓水密封损坏。

2、在线化学清洗不合理导致脱盐率下降

超纯水设备在运行中是不可避免被污染。预处理和添加各种要种药剂只能将反渗透被污染的可能性降到下限，而不能杜绝。因此，长期运行的反渗透系统在经过一定时间的运行后，要充分论证和确认是哪一种污染物。针对聚酰胺膜的特点，可以根据相应的污垢选取适当的清洗剂：

（1）盐酸配制成稀溶液，去除金属氧化物质；

（2）氢氧化钠，配制成稀溶液，去除二氧化硅、微生物膜、有机物等，pH约为12，作用是对有机微生物粘膜的水解破坏而剥离，对于二氧化硅胶体垢，形成的硅酸钠为可溶性，从而除垢；

（3）乙二胺四乙酸四钠，作为螯合剂广泛应用于工业清洗；

（4）十二烷基磺酸钠，属阴离子表面活性剂，目的是分散在溶液中的有机化合物，可使溶液的表面张力降低，引起正吸附，这样可使溶液表面溶质分子的的浓度大于溶液内部溶质分子的浓度，十二烷基磺酸钠是反渗透清洗是主要的表面活性剂；

（5）甲醛，甲醛对细菌、真菌、病毒、芽胞及原虫等皆有很强的杀灭力。

3、余氯的控制差导致脱盐率下降

（1）次氯酸钠作为杀菌剂，广泛应用于纯水设备预处理中，在反渗透系统中，为防止反渗透的微生物污染，对反渗透进水要进行氯化处理；

（2）用比色计测定余氯，控制余氯的质量浓度在砂过滤器进口处一般为0.5mg/L，不小于0.3mg/L，在反渗透前保安过滤器处应小于0.1mg/L，而聚酰胺类膜的突出问题是防止其被氧化；

（3）进水余氯值和强氧化均对其造成不利的影响，要严格控制，因而定期检测反渗透进水的余氯值非常重要。