反渗透膜工作原理

一、膜的发展史

19世纪30年代硝酸纤维素微滤膜商品化。

1953年美国佛罗里达大学的Reid等人提出反渗透海水淡化。

1960年美国加利福尼亚大学发明了一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜，反渗透（RO）开始用于海波及苦咸水淡化。

1961年美国Hevens公司提出管式膜组件的制造方法。

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。

1970年开发成功芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜，使RO膜性能进一步提高。

20世纪80年代后进入工业应用的膜用渗透汽化进行醇类等恒沸物脱水。

20世纪90年代出现低压反渗透复合，为第三代RO膜，膜性能大幅度提高，为RO技术发展开辟了广阔的前景。

二、反渗透膜的发展史

1748年 Nollet发现渗透现象。

1920年 建立了稀溶液的完整理论。

1953年 发现醋酸纤维素类具有良好的半透性。

1960年 人类制成醋酸纤维素反渗透膜。

1970年 杜邦公司发明了芳香族聚酰胺中空纤维反渗透器。

1980年 全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件问世。

1990年 中压、低压、及超低压高脱盐聚酰胺复合膜进入市场，从而为反渗透技术的发展开辟了广阔前景。

1998年 低污染膜研发成功，进一步扩大了反渗透的应用范围。

三、反渗透技术基础

1、什么是反渗透膜

渗透膜早已存在于自然界中，但直到1748年，Nollet发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的锗膀胱内，人类才发现了渗透现象。

自然的渗透过程中，溶剂通过渗透膜从低浓度向高浓度部分扩散；而反渗透是指在外界压力作用下，浓溶液中的溶剂透过膜向稀溶液中扩散，具有这种功能的半透膜称为反渗透膜，也称RO（Reverse Osmoses）膜。

从反渗透过程的传质机理及模型来说，主要有三种学说：

第 一、现象学模型

第 二、溶解-扩散模型

第三、优先吸附-毛细孔流模型

这些理论都不能独自解释反渗透现象的原理。虽然人们还没有揭示反渗透现象本质，但是却不妨碍人们去利用反渗透现象，研制出性能优良的反渗透膜，为人类造福。

反渗透膜的一个特点就是，无法制造出膜，即脱盐率高的膜，尽管它对无机盐和分子量大于100的有机物的脱除率可以达到百分之九十八以上。目前可以制造出反渗透膜脱盐率最高可达到百分之九十九.

2、衡量反渗透膜性能的主要指标

（1）脱盐率和透盐率

脱盐率——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——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

透盐率=1–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盐率主要由物质的结构和分子量决定，对高价离子及复杂单价离子的脱盐率可以超过99%，对单价离子如：钠离子、钾离子、氯离子的脱盐率稍低，但也超过了百分之九十八；对分子量大于100的有机物脱除率也可过到百分之九十八，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）——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——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=产水流量/进水流量

3、影响反渗透膜性能的因素

（1）进水压力对反渗透膜的影响

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）进水温度对反渗透膜的影响

反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加水对通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水量就提升百分之三；（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，但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）进水盐浓度对反渗透膜的影响

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、反渗透膜工作原理

对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想半透膜。当把相同体积的稀溶液（例如淡水）和浓溶液（例如盐水）分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与浓溶液的种类、浓度和温度有关而与半透膜的性质无关。若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透。反渗透是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中普遍的应用实例便是在水处理工艺中，用反渗透技术将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。