03第三章反渗透、纳滤基础知识全解

入膜元件，部分作为产水透过膜，其余部分作为浓水从膜元件的另外一侧排出。透过膜的产水进入膜袋，沿产水网格
呈螺旋状向内流动，经过中心管上的孔进入中心集水管，通过产水排出口流出。
全量过滤
全量过滤也称为直流过滤、死端过滤，与常规的滤布过滤类似，被处理物料进入膜组件，等量透过液流出膜组件，截
留物留在膜组件内。为了保证膜性能的可恢复性，必须及时从组件内卸载截留物，因此需要进行定时反冲洗（过滤的
半透膜对于任何组分都有透过性，只是透过的速率相差很大。在反渗透过程中，溶剂（水）的透过速率远远大于溶解
在水中的溶质（盐分）。通过半透膜实现了溶剂和溶质的分离，得到纯水以及浓缩的盐溶液。
渗透
渗透是当流体在跨越半透膜屏障时的一种自然过程。如果将一箱纯水用一张半透膜垂直分为两部分，纯水与理想半透
图 -5 卷式膜元件结构示意图
膜系统
膜系统是指膜分离装置单元。压力驱动膜系统主要由预处理系统、升压泵、膜组件（压力容器和膜元件）、管道阀门
和控制系统构成。
膜污染
各种原水中均含有一定浓度的悬浮物和溶解性物质。悬浮物主要是无机颗粒物、胶体和微生物、藻类等生物性颗粒。
溶解性物质主要是易溶盐（如氯化物）和难溶盐（如碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐）。在反渗透过程中，进水的体积在减
卷式膜元件
卷式膜元件是由多个膜袋缠绕在一开有孔洞的工程塑料中心集水管上制成
( 图 -5) 。每个膜袋由两张相背的膜片构成，
膜片中间夹一层聚酯纤维编织淡水网格，膜周围
3 条边用环氧或聚氨酯粘合剂密封，第四边留作产水通道与中心集水
管连接。在相邻两膜袋之间铺夹塑料隔网构成进水流道（进水网格）。进水沿膜袋外侧的进水网格从膜元件的一端进
声明 : 本文提及的技术方案均属于海德能公司的专利范围。除非来自海德能公司的书面保证，海德能公司对于本文提供
的信息及本文提供的产品和系统性能没有义务提供担保。
第三章 反渗透、纳滤基础知识
1 分离膜与膜过程
膜分离
物质世界是由原子、分子和细胞等微观单元构成的，然而这些微小的物质单元总是杂居共生，热力学第二定律揭示了
膜的褶皱形状明显高于 CPA3。膜分离过程实际上是通过这些褶皱实现的，显然褶皱越高，比表面积越大，产水量越大。
通过膜表面微观结构的精确控制来改善膜性能，这是海德能对于膜工业的重要贡献。
ESPA系列产品是世界上性能最好
的超低压膜，明显降低了反渗透运行成本，扩大了反渗透的应用范围。
图 -3 CPA3与 ESPA2的皮层断面 TEM照片
反过程）等措施来去除膜面沉积物、恢复膜通量。膜组件污染后不能拆开清洗，通常采用在线清洗方式（
CIP）。超滤
/ 微滤水处理过程一般采用全量过滤模式。
错流过滤
被处理料液以一定的速度流过膜面，透过液从垂直方向透过膜，同时大部分截留物被浓缩液夹带出膜组件。错流过滤
模式减小了膜面浓度极化层的厚度，可以有效降低膜污染。反渗透、纳滤均采用错流过滤方式。
浓度差
易透过气体
不易透过气体
薄膜复合膜
薄膜复合膜由超薄皮层（活性分离层）和多孔基膜构成。基膜一般是在多孔织物支撑体上浇筑的微孔聚砜膜
( 即 0.2mm
厚 ) ，超薄皮层是由聚酰胺和聚脲通过界面缩合反应技术形成的。
薄膜复合膜的优点与它们的化学性质有关，其最主要的特点是化学稳定性，在中等压力下操作就具有高水通量和盐截
都有大小巨细，而膜有孔径。当然分子（或微粒）还有其它的特性差别可以利用，比如荷电性（正、负电），亲合性
（亲油、亲水），深解性， 等等。 按照阻留微粒的尺寸大小，液体分离膜技术有反渗透（亚纳米级）、
纳滤（纳米级）、
超滤（ 10 纳米级）和微滤（微米和亚微米级），另外还有气体分离、渗透蒸发、电渗析、液膜技术、膜萃取、膜催化、
少，悬浮颗粒和溶解性物质的浓度在增加。悬浮颗粒会沉积在膜上，堵塞进水流道、增加摩擦阻力（压力降）。难溶
盐会从浓水中沉淀出来，在膜面上形成结垢，降低
RO膜的通量。这种在膜面上形成沉积层的现象叫做膜污染，膜污染
Βιβλιοθήκη Baidu的结果是系统性能的劣化。
2 反渗透 / 纳滤基本原理
半透膜
半透膜是具有选择性透过性能的薄膜。当液体或气体通过半透膜时，一些组分透过，而另外一些组分被截留。实际上
压力差
水、溶剂
无机盐、糖类、氨基酸、 BOD、 COD等
透析
脱除溶液中的盐类及低分 子物
浓度差
离子、低分子物、酸、 碱
无机盐、尿素、尿酸、糖类、氨基酸
电渗析
脱除溶液中的离子
电位差
离子
无机、有机离子
渗透气化
溶液中的低分子及溶剂间 的分离
压力差、 浓度 蒸汽
差
液体、无机盐、乙醇溶液
气体分离
气体、气体与蒸汽分离
膜蒸馏等膜分离过程。
表 -1 主要的膜分离过程
膜的种类
膜的功能
分离驱动力
透过物质
被截留物质
微滤
多孔膜、 溶液的微滤、 脱微 压力差
粒子
水、溶剂、溶解物
悬浮物、细菌类、微粒子
超滤
脱除溶液中的胶体、 各类大 压力差
分子
溶剂、离子和小分子
蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、 微粒子
反渗透和纳 滤
脱除溶液中的盐类及低分 子物
微观粒子都会倾向于无序的混合状态。人们发明了过滤、蒸馏、萃取、电泳、层析和膜分离等分离技术来获取纯净的
物质。
膜分离技术的基础是分离膜。分离膜是具有选择性透过性能的薄膜，某些分子（或微粒）可以透过薄膜，而其它的则
被阻隔。这种分离总是要依赖于不同的分子（或微粒）之间的某种区别，最简单的区别是尺寸，三维空间之中，什么
留率及抗生物侵蚀。 它们能在温度 0－ 40℃及 pH2－ l2 间连续操作。 像芳香聚酰胺一样， 这些材料的抗氯及其他氧化性
物质的性能差。
过滤图谱
平膜结构
图 -1 非对称膜与复合膜结构比较 美国海德能公司的 RO/NF膜(CPA, ESPA, SWC, ESNA, LFC) 均是复合膜。 CPA3的断面结构如图 -2 所示。可以看出在支 撑层上形成褶皱状的表面致密层。原水以与皮层平行方向进入，通过加压使其透过密致分离层，产水从支撑层流出。
图 -2 CPA3的断面结构 表面致密层构造 根据膜种类不同，制作平膜的表面致密层材质也有差异。大多数都是采用交链全芳香族聚酰胺。其构造如图
-3 所示。
図 -3 交链全芳香族聚酰胺结构
不同的表面致密层构造的 RO膜的性能有较大的差异。图 -4 是 CPA3与 ESPA2断面透射电镜 TEM照片。可以发现 ESPA2