反渗透膜技术

反渗透膜技术

膜分离技术作为新型、高效、节能的分离技术在水及其他液体分离域逐步占有重要的位置。1953年美国佛罗里达大学的Reid等人首次提出用反渗透技术淡化海水的构想，1960年美国加利福尼亚大学的Loeb和Sourirajan研制出第一张可实用的反渗透膜，标志着现代膜科学技术的诞生。从此以后，反渗透膜开发有了重大突破，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。操作压力也扩展到高压（海水淡化）膜，中压（醋酸纤维素）膜，低压（复合）膜和超低压（复合）膜。80年代以来，又开发出多种材质的纳滤膜。膜组件的形式近年来也呈现出多样化的趋势。除了传统的中空纤维式、卷式、管式及板框以外，又开发出回转平膜、浸渍平式膜等。在工业上应用最多的是卷式膜，它占据了绝大多数陆地水脱盐和越来越多的海水淡化市场。中空纤维膜在海水淡化应用中仍占有一定的份额。

今天世界上反渗透、纳滤膜水处理装置的能力已达到每天数百万吨。目前世界最大的反渗透苦咸水淡化装置在美国日产水量为28万吨的运河水处理厂；最大的反渗透海水淡化装置是位于沙特阿拉伯的日产水量为12．8万吨的淡化厂；最大的纳滤脱盐软化装置位于美国佛罗里达州，日产水量3．8万吨。中国台湾除半导体、电子工业外，小型饮用水需求量也很大。美国除大量使用中、小型及家用反渗透系统外，还建有许多大型公共供水系统。1996年美国国立研究所发表了美国21个州以饮用水为目的的179家脱盐水厂的调查数据。结果表明这些装置的总产水量为140万吨／日，各种脱盐方法在总装置产水能力中所占比重分别为：陆地水（苦咸水）反渗透47％，纳滤膜软化31％，海水淡化8％。值得注意的是，纳滤膜软化装置的增长速度最快，大大高于其他方法。这是因为纳滤膜不仅可在低压下水源软化和适度脱盐，而且可脱除三卤甲烷生成能（THMFP）、色度、细菌、病毒和溶解性有机物，因而日益受到青睐。目前国外反渗透膜的主要生产厂商均为美国和日本公司，其中美国杜邦公司和日本东洋纺公司垄断了中空纤维反渗透膜的世界市场。卷式反渗透膜的主要生产厂商为七家，他们是：Filmtec公司、美国Hydranautics公司、日本日东电工（NittoDenko）公司、美国Fluidsystem公司、日本东丽（Toray）公司、美国Desel公司、美国Trisep

公司。

美国、欧洲反渗透装置主要用于各种工业用水及饮饮用水，中东、西班牙的海水淡化应用较多，日本则主要用于半导体、电子工业，韩国、中国台湾除半导体、电子工业外，小型饮用水需求量也很大。美国除大量使用中、小型及家用反渗透系统外，还建有许多大型公共供水系统。1996年美国国立研究所发表了美国21个州以饮用水为目的的179家脱盐水厂的调查数据。结果表明这些装置的总产水量为140万吨／日，各种脱盐方法在总装置产水能力中所占比重分别为：陆地水（苦咸水）反渗透47％，纳滤膜软化31％，海水淡化8％。值得注意的是，纳滤膜软化装置的增长速度最快，大大高于其他方法。这是因为纳滤膜不仅可在低压下水源软化和适度脱盐，而且可脱除三卤甲烷生成能（THMFP）、色度、细菌、病毒和溶解性有机物，因而日益受到青睐。

反渗透膜技术的特点是：

反渗透法具有设备构型紧凑，占地面积小、单位体积产水量及能量消耗少等优点，已应用于几乎所以行业。如前所述，它是在没有相变的情况下，依靠大于渗透压的压力推动，通过膜的毛细管作用流出淡化的水，而且它还具有膜的筛分作用，能除去极小的细菌、病毒和热原。因此自从开发以来发展迅速，不仅用于海水或苦咸水的淡化，也作为锅炉补给水的预除盐和制取超纯水，离子交换前的预除盐，受到需要既能除盐又要求除去细菌、微粒等行业的欢迎。近年来，国外开始认为饮用水主要要纯而不需要靠饮用矿泉水来提供矿物质，所以它又被广泛用来处理一般的自来水从而提供优质的饮用水（俗称太空水）

总之，由于反渗透应用广泛，优点多，而且开发以来膜的品种不断增加，质量不断提高，设备也不断改进，应用范围不断扩大，受到电力、电子、医药、食品等各方面的重视，反渗透技术将有更广阔的发展前景，特别是与近年来发展起来的EDI技术组合，使纯水制造进入了一个出水品质好、无再生化学品、连续稳定运行的新水处理时期.

反渗透系统的原理：

反渗透膜的孔径大都10×10-10m，它的分离对象是溶解中的离子和分子量几百以上的有机物，只能透过溶剂而不能透过溶质的膜一般称之为理想的半透膜。当把溶剂和溶液（或把两种不同浓度的溶液）分别置于此膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地向溶液（或从低溶液向高浓度溶液）一侧流动。这种现象叫渗透（Osmosis）。当渗透过程进行到溶液的液面产生一个压力，以抵销溶剂向溶液方向流动的趋势，即达到平衡，此压力称为该溶液

的渗透压。渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度，而与膜本身无关。在这种情况下，若在溶液的液面上再施加一个大于渗透压的外加压力时，溶剂将与原来的渗透方向相反，开始从溶液向溶剂一侧流动，这就是所谓反渗透（Reverse Osmosis），凡基于此原理所进行的浓缩或净化溶液的分离方法，一般称之为反渗透工艺。反渗透是渗透的一种反向迁移运动，它主要是在压力推动下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液中的溶剂与溶质分开。溶液浓度越高，渗透压值越大。在反渗透过程中所要施加的压力，在系统和膜强度允许的范围内，必需远大于溶液渗透压值，一般为渗透压值的几倍到近几十倍。

当盐的水溶液与多孔的半透膜表面接触时，则在膜的溶液界面上选择吸附一层水分子，在反渗透压力的作用下，通过膜的毛细管作用流出纯水。并连续地流出形成界面纯水层。

至于对有机物的去除，属筛分机理。因此，这与有机物的分子量大小和形状有关。孔径较大的膜，一般应用在超滤范围，称为超滤膜。超滤膜的孔为2nm-10nm，而反渗透膜的孔径为0．3nm－2nm。

所以，反渗透膜过滤能够更好的除去各种细菌，如最小的细菌“绿脓杆菌“（3000×10-10M）：也能滤除各种病毒，如流感病毒（800×10-10M），还能滤除热原（10－500×10-10M）。