反渗透与纳滤脱盐概论
膜(微滤、超滤、纳滤、反渗透)概述及其应用
膜（微滤、超滤、纳滤、反渗透）概述及其应用膜技术简介为了满足工业生产和饮用水方面的要求，各种膜的技术应运而生。
它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。
膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。
膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。
有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
微滤（MF）又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。
微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。
无机膜材料有陶瓷和金属等。
鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。
对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。
可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
超滤（UF）是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1000um分子量之间。
超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。
以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。
对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。
水处理膜技术(超滤、纳滤、反渗透)深度解析其优缺点
纳滤膜、反渗透膜、超滤膜对比纳滤膜：能截留纳米级（0.001微米）的物质。
纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物的分子量约为200-800左右，截留溶解盐类的能力为20%-98%之间，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素、地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐，在食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩。
纳滤膜的运行压力一般3.5-30bar。
反渗透膜：是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。
反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。
超滤膜：能截留1-20nm之间的大分子物质和蛋白质。
超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，超滤膜的运行压力一般1-5bar。
►►►超滤膜及纳滤和反渗透的区别超滤膜：超滤膜是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。
纳滤：纳滤，介于超滤与反渗透之间。
现在主要用作水厂或工业脱盐。
脱盐率达百分之90以上。
反渗透脱盐率达99%以上但若对水质要求不是特别高，利用纳滤可以节约很大的成本。
反渗透：反渗透，是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术，目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。
用作太空水、纯净水、蒸馏水等制备；酒类制造及降度用水；医药、电子等行业用水的前期制备；化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备；锅炉补给水除盐软水；海水、苦咸水淡化；造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。
反渗透膜与超滤膜的优劣对比反渗透膜的孔径只有超滤膜的1/100比例大小，因此反渗透水处理设备能够有效去除水质当中的重金属、农药、三氯甲烷等化学污染物，超滤净水器对此则是无能为力的。
反渗透与纳滤脱盐
第一节 膜法分离
1.1、膜分离法简介
膜的概念 膜——具有选择透过性的一层薄薄的凝聚物质。 薄膜分离系统用于去除小颗粒及溶解盐。膜分离 （Membrane Separation）——是以选择性透过膜为分离介 质，在膜两侧一定推动力的作用下，使混合物中的某些组 分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到浓缩、 提纯等目的的分离过程。
式中 xA,xB——原料中组分A与组分B的摩尔分率； yA,yB ——透过物中组分A与组分B的摩尔分率。
1.6、膜的分类
按结构分： 对称膜（无孔膜、多孔膜） 非对称膜（一体化非对称膜、复合膜） 对称膜是一种均匀的薄膜，又称均质膜。膜的横 截面结构及形态是均匀的，厚度一般在10~200 μm之间，传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的 厚度可以提高透过速率。
大气压 图 13－ 20 优 先 吸 附 － 毛 细 管 流 动 机 理 示 意 图
2.3、反渗透膜及其性质
1、反渗透膜
反渗透膜为半透膜：即能够让溶液中一种或几种 组分通过而其它组分不能通过的选择性膜。 反渗透借助半透膜对溶液中溶质起截流作用，以 压力差为推动力，使溶剂透过半透膜，从而达到 溶液脱除溶质的目的。
膜的特性：
透水率、透盐率、抗压性等
反渗透膜的结构
反渗透膜分离技术具有以下特点： 1.在常温不发生相变化的条件下，可以对溶质和水进行分 离，适用于对热敏感物质的分离、浓缩，并且与有相变化 的分离方法相比，能耗较低； 2.杂质去除范围广，不仅可以去除溶解的无机盐类，而且 还可以去除各类有机物杂质； 3.脱盐率高； 4.由于只是利用压力作为膜分离的推动力，因此分离装置 简单，易操作、控制和维护；
超滤、纳滤、反渗透、微滤的概念和区别
超滤、纳滤、反渗透、微滤的区别1、超滤(UF):过滤精度在0.001-0.1微米，属于二^一世纪高新技术之一。
是一种利用压差的膜法分离技术，可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、细菌、大分子有机物等有害物质，并能保留对人体有益的一些矿物质元素。
是矿泉水、山泉水生产工艺中的核心部件。
超滤工艺中水的回收率高达95%以上，并且可方便的实现冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。
超滤不需要加电加压，仅依靠自来水压力就可进行过滤，流量大，使用成本低廉，较适合家庭饮用水的全面净化。
因此未来生活饮用水的净化将以超滤技术为主，并结合其他的过滤材料，以达到较宽的处理范围，更全面地消除水中的污染物质。
2、纳滤(NF)：过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。
也就是说用纳滤膜制水的过程中，一定会浪费将近30%的自来水。
这是一般家庭不能接受的。
一般用于工业纯水制造。
3、反渗透(RO):过滤精度为0.0001微米左右，是美国60年代初研制的一种超高精度的利用压差的膜法分离技术。
可滤除水中的几乎一切的杂质(包括有害的和有益的)，只能允许水分子通过。
也就是说用反渗膜制水的过程中，一定会浪费将近50%以上的自来水。
这是一般家庭不能接受的。
一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。
反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率低，不适合大量生活饮用水的净化。
4、微滤(MF):过滤精度一般在0.1-50微米，常见的各种PP滤芯，活性碳滤芯，陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，但不能去除水中的细菌等有害物质。
滤芯通常不能清洗，为一次性过滤材料，需要经常更换。
① PP棉芯：一般只用于要求不高的粗滤，去除水中泥沙、铁锈等大颗粒物质。
② 活性碳：可以消除水中的异色和异味，但是不能去除水中的细菌，对泥沙、铁锈的去除效果也很差。
③ 陶瓷滤芯：最小过滤精度也只0.1微米，通常流量小，不易清洗。
超滤、纳滤、反渗透、微滤的概念和区别
超滤、纳滤、反渗透、微滤的概念和区别超滤、纳滤、反渗透、微滤的区别1、超滤(UF)：过滤精度在0.001-0.1微米，属于二十一世纪高新技术之一。
是一种利用压差的膜法分离技术，可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、细菌、大分子有机物等有害物质，并能保留对人体有益的一些矿物质元素。
是矿泉水、山泉水生产工艺中的核心部件。
超滤工艺中水的回收率高达95%以上，并且可方便的实现冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。
超滤不需要加电加压，仅依靠自来水压力就可进行过滤，流量大，使用成本低廉，较适合家庭饮用水的全面净化。
因此未来生活饮用水的净化将以超滤技术为主，并结合其他的过滤材料，以达到较宽的处理范围，更全面地消除水中的污染物质。
2、纳滤(NF)：过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。
也就是说用纳滤膜制水的过程中，一定会浪费将近30%的自来水。
这是一般家庭不能接受的。
一般用于工业纯水制造。
3、反渗透(RO)：过滤精度为0.0001微米左右，是美国60年代初研制的一种超高精度的利用压差的膜法分离技术。
可滤除水中的几乎一切的杂质（包括有害的和有益的），只能允许水分子通过。
也就是说用反渗膜制水的过程中，一定会浪费将近50%以上的自来水。
这是一般家庭不能接受的。
一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。
反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率低，不适合大量生活饮用水的净化。
4、微滤（MF）：过滤精度一般在0.1-50微米，常见的各种PP滤芯，活性碳滤芯，陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、8、当压力，就能筛出大于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。
超滤膜的结构有对称和非对称之分。
前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤；后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。
水处理技术 第七章 反渗透与纳滤脱盐
式中： J ——透过速率，m3/(m2·h)或 kg/(m2·h)； V——透过组分的体积或质量，m3或kg； A——膜有效面积，m2； t ——操作时间，h。
膜的透过速率与膜材料的化学特性和分离膜的形态 结构有关，且随操作推动力的增加而增大。此参数直接 决定分离设备的大小。
第七章 反渗透和纳滤脱盐
Water pollution control theory and technology
水污染控制与技术
目录
7.1、膜法分离和脱盐概述 7.2、反渗透膜元件的规格 7.3、反渗透工艺设计要点 7.4、纳滤 7.5、反渗透、纳滤结垢预测和防垢处理 7.6、金属氧化物的污染及预处理 7.7、胶体的预处理 7.8、微孔过滤（保安）、杀菌和化学清洗 7.9、反渗透设计 7.10、反渗透苦咸水脱盐工程实例
维 护都十分方便。
1.5、分离膜性能
分离膜（Membrane）是膜分离过程的核心部件， 其性能直接影响着分离效果、操作能耗以及设备的大小。
分离膜的性能主要包括两个方面：透过性能 与分离性能
透过性能 能使待分离的混合物有选择的透过是分离膜的最基本条件。
表征膜透过性能的参数是透过速率。 透过速率——指单位时间、单位膜面积透过组分的通过量，
留分子量的高低，在一定程度上反映了膜孔径的大小，通 常可用一系列不同分子量的标准物质进行测定。
（3）分离因数
对于气体分离和渗透汽化过程，通常用分离因数表示各组 分透过的选择性。对于含有A、B两组分的混合物，分离 因数定义为
式中 xA,xB——原料中组分A与组分B的摩尔分率； yA,yB ——透过物中组分A与组分B的摩尔分率。
反渗透 反渗透是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有溶解 性盐及分子量大于 100 的有机物，但允许水分子透过。 醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于 95%，反渗透复 合膜脱盐率一般大于 98%。操作压力较高，一般为2～10 Mpa。
第五章-纳滤和反渗透概要
不可逆热力学领域的集大成者
反渗透过程传质方程
Onsager 线性唯象方程 n J i Lij X j 流率与热力学力成线性关系， (2-6) j 1
X i k ij J j
j 1 n
(2-7)
其中Ji为流率，Xj为热力学力， Lij为唯象系数。 第i个流Ji与第j个力Xj之间的比 例常数Lij，和第j个流Jj与第i个 力Xi之间的比例常数Lji，相等。
膜法海水淡化
几种分离方法能耗比较
分离方法 能耗 (kWh/m3) 反渗透 3.5 低温多效 >7 多级闪蒸 >10
反渗透淡化厂的能耗及产水成本
国家或地区 设备能力 m3/d 原水含盐量 mg/L 能耗 kwh/m3 产水成本
RMB/m3
沙特 56800 43700 7 4.88
中国 长海 1000 35000 5 6.69
A
半透膜
A、渗透 B、渗透平衡 C、反渗透
则平衡状态下
由非平衡态（PA* PA，稀溶液饱和 纯水由半透膜左侧进入右侧，直至 PA*=PA+。 为溶剂的渗透压。
* A (T , P) * ( T , P ) P 蒸汽压降低）向平衡态过渡(渗透)： A A P A＋
P
反渗透
一般而言，无机盐溶液的渗透压 很高，含1g/l氯化钠的天然水， 渗透压为0.07MPa，含35g/l氯化 钠的海水，渗透压为2.5MPa。 反渗透是以压力差为推动力的分 离操作，其功能是截留离子物质 而仅透过溶剂。 反渗透不是渗透的逆过程，两者 同样是在等温条件下溶剂从高化 学位到低化学位的迁移过程。 反渗透将料液分成两部分：透过 膜的是含溶质很少的溶剂，称为 渗透液；未透过膜的液体，溶质 浓度增高，称为浓缩液。
超滤、纳滤、反渗透、微滤的概念和区别
超滤、纳滤、反渗透、微滤的概念和区别超滤、纳滤、反渗透、微滤的区别1、超滤(UF)：过滤精度在微米，属于二十一世纪高新技术之一。
是一种利用压差的膜法分离技术，可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、细菌、大分子有机物等有害物质，并能保留对人体有益的一些矿物质元素。
是矿泉水、山泉水生产工艺中的核心部件。
超滤工艺中水的回收率高达95%以上，并且可方便的实现冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。
超滤不需要加电加压，仅依靠自来水压力就可进行过滤，流量大，使用成本低廉，较适合家庭饮用水的全面净化。
因此未来生活饮用水的净化将以超滤技术为主，并结合其他的过滤材料，以达到较宽的处理范围，更全面地消除水中的污染物质。
2、纳滤(NF)：过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。
也就是说用纳滤膜制水的过程中，一定会浪费将近30%的自来水。
这是一般家庭不能接受的。
一般用于工业纯水制造。
3、反渗透(RO)：过滤精度为微米左右，是美国60年代初研制的一种超高精度的利用压差的膜法分离技术。
可滤除水中的几乎一切的杂质（包括有害的和有益的），只能允许水分子通过。
也就是说用反渗膜制水的过程中，一定会浪费将近50%以上的自来水。
这是一般家庭不能接受的。
一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。
反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率低，不适合大量生活饮用水的净化。
4、微滤（MF）：过滤精度一般在微米，常见的各种PP滤芯，活性碳滤芯，陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，但不能去除水中的细菌等有害物质。
滤芯通常不能清洗，为一次性过滤材料，需要经常更换。
①PP棉芯：一般只用于要求不高的粗滤，去除水中泥沙、铁锈等大颗粒物质。
②活性碳：可以消除水中的异色和异味，但是不能去除水中的细菌，对泥沙、铁锈的去除效果也很差。
③陶瓷滤芯：最小过滤精度也只微米，通常流量小，不易清洗。
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（3）膜分离通常在常温下进行，特别适合处理热敏 性物料；
（4）膜分离设备本身没有运动的部件，可靠性高， 操作、维 护都十分方便。
1.5、分离膜性能
分离膜（Membrane）是膜分离过程的 核心部件，其性能直接影响着分离效果、 操作能耗以及设备的大小。分离膜的性能
微滤、超滤、纳滤和反渗透均为压力推动 的分离过程，即在压力差的作用下，溶剂 及小分子能通过膜，而盐、大分子、微粒 等被截留，其截留程度取决于膜结构。
微滤 微滤能截留0.1～1微米之间的颗粒，微滤膜 允许大分子有机物和溶解性固体（无机盐）等通过， 但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体 的透过，微滤膜两侧的运行压差（有效推动力）一般 为0.7bar。
（2）截留分子量 在超滤和纳滤中，通常用截留分子量表示
其分离性能。截留分子量是指截留率为 90%时 所对应的最小分子量。截留分子量的高低，在 一定程度上反映了膜孔径的大小，通常可 用一系列不同分子量的标准物质进行测定。
（3）分离因数
对于气体分离和渗透汽化过程，通常用分离因数 表示各组分透过的选择性。对于含有A、B两组分 的混合物，分离因数定义为
借助外界能量，物质由低位到高位流动； 借助本身的化学位差，物质由高位到低位流动
推动力：压力差、浓度差、电位差、温度差
1.3、膜分离法的分类
一般可分为：微滤（microfiltration ）、超 滤（ultrafiltration;hyperfiltratio）、纳滤 （nanofiltration;NF）和薄膜过滤反渗透 （reverse osmosis，RO;reverse osmosis;RO ）
第七章 反渗透和纳滤脱盐
第一节 膜法分离
1.1、膜分离法简介
膜的概念 膜——具有选择透过性的一层薄薄的凝聚物质。
薄膜分离系统用于去除小颗粒及溶解盐。膜分离 （Membrane Separation）——是以选择性透过膜为分离介 质，在膜两侧一定推动力的作用下，使混合物中的某些组 分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到浓缩、 提纯等目的的分离过程。
超滤 超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力 (压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高 的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过 膜表面的微孔筛选可截留分子量为1000—100000的 物质。水分子和分子量小于300—500的溶质透过膜， 可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量 的有机物等。透膜压一般为1~7bar。
纳滤 纳滤膜的一个很大特性是膜本体带有电荷，这是它 在很低压力下具有较高除盐性能和截留相对分子质 量为数百的物质，也可脱除无机盐的重要原因。主 要去除直径为1nm左右的溶质粒子，故被命名为 “纳滤膜”，二价或高价离子，特别是阴离子的截 留率比较高，可大于90%，而对一价离子的截留率 一般低于90%。截留物相对分子质量为200-1000 。 透膜压一般为3.5~16bar。
主要包括两个方面：透过性能 与分离性能
1．透过性能 能使待分离的混合物有选择的透过是分离膜的最基本条件。表征膜透
过性能的参数是透过速率。
透过速率——指单位时间、单位膜面积透过组分的通过量， 对于水溶液体系，又称透水率或水通量，以J表示。
式中： J ——透过速率，m3/(m2·h)或 kg/(m2·h)； V——透过组分的体积或质量，m3或kg； A——膜有效面积，m2； t ——操作时间，h。
非对称膜的作用主要由很薄的致密皮层决定，传质阻力小， 其透过速率较对称膜高得多，因此非对称膜在工业上应用 十分广泛。
式中 xA,xB——原料中组分A与组分B的摩尔分率； yA,yB ——透过物中组分A与组分B的摩尔分率。
1.6、膜的分类
按结构分： 对称膜（无孔膜、多孔膜）
非对称膜（一体化非对称膜、复合膜）
对称膜是一种均匀的薄膜，又称均质膜。膜的横 截面结构及形态是均匀的，厚度一般在10~200 μm之间，传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的 厚度可以提高透过速率。
（2）非对称膜
非对称膜的横断面是不对称结构，由一薄薄的皮层和多孔 亚层构成。包括一体化非对称膜＆复合膜 。 一体化非对称膜是用同种材料制备、由厚度为 0.1~0.5μm的致密皮层和50~150 μm的多孔支撑层构成， 其支撑层结构具有一定的强度，在较高的压力下也不 会引起很大的形变。 复合膜：致密皮层与多孔亚层由不同材料构成，使每 一层独立发挥最大作用。
（1）截留率 对于反渗透过程，通常用截留率表示其分
离性能。截留率反映膜对溶质的截留程度， 对盐溶液又称为脱盐率，以R表示，定义为
式中CF ——原料中溶质的浓度，kg/m3； CP——渗透物液中溶质的浓度，kg/m3。
100％截留率表示溶质全部被膜截留,此为理想的半渗 透膜；
0％ 截留率则表示全部溶质透过膜，无分离作用。
膜的透过速率与膜材料的化学特性和分离膜的形 态结构有关，且随操作推动力的增加而增大。此 参数直接决定分离设备的大小。
2．分离性能 分离膜必须对被分离混合物中各组分具有选
择透过的能力，即具有分离能力，这是膜分离过 程得以实现的前提。
不同分离过程中膜的分离性能有不同的表示方 法，如截留率、截留分子量、分离因数等。
反渗透 反渗透是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有 溶解性盐及分子量大于 100 的有机物，但允许水分 子透过。醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于 95%，反渗透复合膜脱盐率一般大于 98%。操作压 力较高，一般为2～10 Mpa。
1.4、膜分离技术的优点
（1）膜分离是一个高效分离过程，可以实现高纯度 的分离；
加压的供水流平行通过薄膜表面，部分水流通过 薄膜，被排除的颗粒在剩余的水流中浓度会越来 越高。由于溶液是连续性的流过，被排除的颗粒 不会沉积，反而会被浓缩液带走。因此，进水流 在通过薄膜后便分为通过薄膜的溶液（渗透液） 和残留的浓缩液。
1.2、膜分离过程的特点
膜分离过程均需要一定能量 物质选择透过膜的能量可分为两类：