反渗透膜 Ro-membrane

反渗透膜

反渗透，英文为Reverse Osmosis，它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程的反向过程。早在1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意中发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水，隔了几秒后吐出一小口的海水。他由此而产生疑问：陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水，那为什么海鸥就可以饮用海水呢？这位科学家把海鸥带回了实验室，经过解剖发现在海鸥囔嗉位置有一层薄膜，该薄膜构造非常精密。海鸥正是利用了这薄膜把海水过滤为可饮用的淡水，而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外。这就是以后逆渗透法（Reverse Osmosis 简称 R.O）的基本理论架构。

反渗透（RO）技术是膜分离技术的一个重要组成部分。反渗透是渗透的反向迁移运动，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。反渗透技术广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最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。因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术。

对透过的物质具有选择性的薄膜成为半透膜。一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜视为理想的半透膜。当把相同体积的稀溶液和浓液分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压。渗透压的大小决定于浓液的种类，浓度和温度与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透

反渗透法最早使用于美国太空人将尿液回收为纯水使用。医学界还以反渗透法的技术用来洗肾（血液透析）。反渗透膜可以将重金属、农药、细菌、病毒、杂质等彻底分离。整个工作原理均采用物理法，不添加任何杀菌剂和化学物质，所以不会发生化学变相。并且反渗透膜并不分离溶解氧，所以通过此法生产得出的纯水是活水，喝起来清甜可口。

反渗透机理

有几个经典模型

1.优先吸附毛细孔模型：弱点干态电镜下，没发现孔。湿态膜标本不是电镜的样品。

2.溶解扩散模型：不认为有孔。

3.干闭湿开模型：上工世纪80，90年代，邓宇等提出的，能够解释1和2模型的统一的现代最贴切的逆渗透机理模型。“干闭湿开”反渗透模型，统一了两个最经典的反渗透机制模型，细孔模型，溶解扩散模型。即膜干时，膜孔收缩致密，孔隙闭合，电镜下看不到；膜湿时，膜材料溶胀，膜的孔隙被溶剂溶胀，孔打开。合并就是“干闭湿开”脱盐模型。

反渗透应用

目前，反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术，广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。

在水处理方面使用反渗透技术在全世界的公认度：

　　1、Harvard美国哈佛大学医学院检验合格。

　　2、美国国家卫生试验所检验标准。

　　National Sanitation Foundation Testing Laboratory Seal

　　3、美国LOMA LINDA大学医学院检验合格。

　　4、美国加州ORANGE COUNTY自来水管理局奖赏。

　　5、Dr.T.C.McDANIEL美国医学学会推荐。

　　6、Wcts检验合格。

　　7、CCEL检验超标准。

　　8、NASA美国太空总署采用航天飞机装备。

　　9、Coca cola（可口可乐）公司采用。

　　10、美国海军采用使海水变淡水。

膜材质

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最重要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时水解速度最慢，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。

由于醋纤膜在材质及性能上存在先天不足（易被细菌吞蚀、PH使用范围窄、脱盐率低等），因此推广应用困难较大，目前该材质膜已逐渐被淘汰，起而代之的是一种高脱盐率、低压、稳定性好的复合膜。

衡量反渗透膜性能的主要指标

脱盐率

　　脱盐率=（1–产水含盐量/进水含盐量）×100%

　　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，但也可超过了98%（膜使用时间越长，化学清洗次数越多，反渗透膜脱盐率越低。）；对分子量大于100的有机物脱除率也可过到98%，但对分子量小于100的有机物脱除率较低。

透过速度

　　水通量——指反渗透系统的产水能力，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。

　　盐透过速度——在单位时间、单位膜面积上透过的盐量，也叫透盐率、盐通量。

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。依据预处理的进水水质及用水要求而定的。膜系统的回收率在设计时就已经确定，

回收率=（产水流量/进水流量）×100%