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通化反滲透膜
閱讀：266 發(fā)布時(shí)間：2017-8-25反滲透技術(shù)原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)不能透過半透膜 而將這些物質(zhì)和水分離開來。反滲透膜的膜孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等。系統(tǒng)具有水質(zhì)好、耗能低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。
反滲透膜是實(shí)現(xiàn)反滲透的核心元件，是一種模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纖維素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直徑一般在0.5～10nm之間，透過性的大小與膜本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。有的高分子材料對鹽的排斥性好，而水的透過速度并不好。有的高分子材料化學(xué)結(jié)構(gòu)具有較多親水基團(tuán)，因而水的透過速度相對較快。因此一種滿意的反滲透膜應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臐B透量或脫鹽率。
反滲透膜應(yīng)具有以下特征：（1）在高流速下應(yīng)具有脫鹽率；（2）具有較高機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命；（3）能在較低操作壓力下發(fā)揮功能；（4）能耐受化學(xué)或生化作用的影響；（5）受pH值、溫度等因素影響較??；（6）制膜原料來源容易，加工簡便，成本低廉。
反滲透膜的結(jié)構(gòu)，有非對稱膜和均相膜兩類。當(dāng)前使用的膜材料主要為醋酸纖維素和芳香聚酰胺類。其組件有中空纖維式、卷式、板框式和管式。可用于分離、濃縮、純化等化工單元操作，主要用于純水制備和水處理行業(yè)中。
原理：反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對膜一側(cè)的料液施加壓力，當(dāng)壓力超過它的滲透壓時(shí)，溶劑會(huì)逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側(cè)得到透過的溶劑，即滲透液；高壓側(cè)得到濃縮的溶液，即濃縮液。若用反滲透處理海水，在膜的低壓側(cè)得到淡水，在高壓側(cè)得到鹵水?！》礉B透時(shí)，溶劑的滲透速率即液流能量N為： N=Kh（Δp－Δπ) 式中Kh為水力滲透系數(shù)，它隨溫度升高稍有增大；Δp為膜兩側(cè)的靜壓差；Δπ為膜兩側(cè)溶液的滲透壓差。稀溶液的滲透壓π為： π=iCRT 式中i為溶質(zhì)分子電離生成的離子數(shù)；C為溶質(zhì)的摩爾濃度；R為摩爾氣體常數(shù)；T為溫度。 反滲透通常使用非對稱膜和復(fù)合膜。反滲透所用的設(shè)備，主要是中空纖維式或卷式的膜分離設(shè)備?！》礉B透膜能截留水中的各種無機(jī)離子、膠體物質(zhì)和大分子溶質(zhì)，從而取得凈制的水。也可用于大分子有機(jī)物溶液的預(yù)濃縮。由于反滲透過程簡單，能耗低，近20年來得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)已大規(guī)模應(yīng)用于海水和苦咸水（見鹵水）淡化、鍋爐用水軟化和廢水處理，并與離子交換結(jié)合制取高純水，其應(yīng)用范圍正在擴(kuò)大，已開始用于乳品、果汁的濃縮以及生化和生物制劑的分離和濃縮方面。
反滲透膜過濾精度
反滲透膜能截留大于0.00001微米的物質(zhì)，是zui精細(xì)的一種膜分離產(chǎn)品，其能有效截留所有溶解鹽份及分子量大于100的有機(jī)物，同時(shí)允許水分子通過。
反滲透膜選型
編輯
經(jīng)常有客戶問到在我們選擇反滲透RO膜需要考慮哪些性能指標(biāo)。通常分為三個(gè)：脫鹽率、產(chǎn)水量、回收率。
一、RO反滲透膜的脫鹽率和透鹽率
RO反滲透膜元件的脫鹽率在其制造成形時(shí)就已確定，脫鹽率的高低取決于反滲透RO膜元件表面超薄脫鹽層的致密度，脫鹽層越致密脫鹽率越高，同時(shí)產(chǎn)水量越低。反滲透膜對不同物質(zhì)的脫鹽率主要由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和分子量決定，對高價(jià)離子及復(fù)雜單價(jià)離子的脫鹽率可以超過99%，對單價(jià)離子如：鈉離子、鉀離子、氯離子的脫鹽率稍低，但也可超過了98%（反滲透膜使用時(shí)間越長，化學(xué)清洗次數(shù)越多，反滲透膜脫鹽率越低）對分子量大于100的有機(jī)物脫除率也可過到98%，但對分子量小于100的有機(jī)物脫除率較低。
反滲透膜的脫鹽率和透鹽率計(jì)算方法：
RO膜的鹽透過率=RO膜產(chǎn)水濃度/進(jìn)水濃度×*
RO膜的脫鹽率=（1–RO膜的產(chǎn)水含鹽量/進(jìn)水含鹽量）×*
RO膜的透鹽率=*–脫鹽率
二、RO反滲透膜的產(chǎn)水量和滲透流率
RO膜的產(chǎn)水量——指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水能力，即單位時(shí)間內(nèi)透過RO膜的水量，通常用噸/小時(shí)或加侖/天來表示。
RO膜的滲透流率——也是表示反滲透膜元件產(chǎn)水量的重要指標(biāo)。指單位膜面積上透過液的流率，通常用加侖每平方英尺每天（GFD）表示。過高的滲透流率將導(dǎo)致垂直于RO膜表面的水流速加快，加劇膜污染。
三、RO反滲透膜的回收率
RO膜的回收率——指反滲透膜系統(tǒng)中給水轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)水或透過液的百分比。依據(jù)反滲透系統(tǒng)中預(yù)處理的進(jìn)水水質(zhì)及用水要求而定的。RO膜系統(tǒng)的回收率在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)確定。
?。?）RO膜的回收率=（RO膜的產(chǎn)水流量/進(jìn)水流量）×*
（2）反滲透(納濾)膜組件的回收率、鹽透過率、脫鹽率計(jì)算公式如下：
反滲透膜組件的回收率= RO膜組件產(chǎn)水量/進(jìn)水量×*
反滲透膜組件的鹽分透過率=RO膜組件產(chǎn)水濃度/進(jìn)水濃度×*
根據(jù)脫鹽的需要，經(jīng)過大量的研究試驗(yàn)，從大量的高分子材料中篩選出了醋酸纖維素（CA）和芳香聚酰胺兩大類膜材料。
此外，復(fù)合膜的表皮層還用到了其他一些特殊材料。
醋酸纖維素
醋酸纖維素又稱乙酰纖維素或纖維素醋酸酯。常以含纖維素的棉花、木材等為原料，經(jīng)過酯化和水解反應(yīng)制成醋酸纖維素，再加工成反滲透膜。
聚酰胺
聚酰胺包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺兩大類。20世紀(jì)70年代應(yīng)用的主要是脂肪族聚酰胺，如尼龍—4、尼龍—6和尼龍—66膜；目前使用zui多的是芳香族聚酰胺膜。膜材料為芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺—酰肼以及一些含氮芳香聚合物。
芳香族聚酰胺膜適應(yīng)的pH范圍可以寬到2~11，但對水中的游離氯很敏感。
復(fù)合膜
復(fù)合膜的特征是主要由以上兩種材料制成，它是以很薄的致密層和多孔支撐層復(fù)合而成。多孔支撐層又稱基膜，起增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度的作用；致密層也稱表皮層，起脫鹽作用，故又稱脫鹽層。脫鹽層厚度一般為50nm，zui薄的為30nm。
由單一材料制成的非對稱膜有下列不足之處：
1、致密層和支持層之間存在被壓密的過渡層。
2、表皮層厚度zui薄極限為100nm，很難通過減小膜厚度降低推動(dòng)壓力。
3、脫鹽率與透水速度相互制約，因?yàn)橥N材料很難兼具脫鹽和支撐兩者均優(yōu)。
復(fù)合膜很好地解決了上述問題，它可以分別針對致密層和支持層的要求選擇脫鹽性能好的材料和機(jī)械強(qiáng)度高的材料。從而復(fù)合膜的致密層可以做得很薄，有利于降低拖動(dòng)壓力；同時(shí)消除了過渡區(qū)，抗壓密性能好。
基膜的材料以聚砜zui為普遍，其次為聚丙烯和聚丙烯腈。因?yàn)榫垌績r(jià)廉易得，制膜簡單，機(jī)械強(qiáng)度好，抗壓密性能好，化學(xué)性能穩(wěn)定，無毒，能抗生物降解。
為進(jìn)一步增強(qiáng)多孔支撐層的強(qiáng)度，常用聚酯無紡布。
脫鹽層的材料主要為芳香聚酰胺。此外還有酰胺、丙烯-烷基聚酰胺與縮合尿素、糠醇與三羥乙基異氰酸酯、間苯二胺與均苯*酰氯等。
工作原理
編輯
對透過的物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過溶劑而不能透過溶質(zhì)的薄膜稱之為理想半透膜。當(dāng)把相同體積的稀溶液(例如淡水)和濃溶液(例如鹽水)分別置于半透膜的兩側(cè)時(shí)，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側(cè)流動(dòng)，這一現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)滲透達(dá)到平衡時(shí)，濃溶液側(cè)的液面會(huì)比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個(gè)壓差，此壓差即為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質(zhì)，即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關(guān)而與半透膜的性質(zhì)無關(guān)。若在濃溶液一側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的壓力時(shí)，溶劑的流動(dòng)方向?qū)⑴c原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側(cè)流動(dòng)，這一過程稱為反滲透。 反滲透是滲透的一種反向遷移運(yùn)動(dòng)，是一種在壓力驅(qū)動(dòng)下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分開的分離方法，它已廣泛應(yīng)用于各種液體的提純與濃縮，其中zui普遍的應(yīng)用實(shí)例便是在水處理工藝中，用反滲透技術(shù)將原水中的無機(jī)離子、細(xì)菌、病毒、有機(jī)物及膠體等雜質(zhì)去除，以獲得高質(zhì)量的純凈水。
性能指標(biāo)
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影響因素
1、 進(jìn)水壓力對反滲透膜的影響
l 進(jìn)水壓力本身并不會(huì)影響鹽透過量，但是進(jìn)水壓力升高使得驅(qū)動(dòng)反滲透的凈壓力升高，使得產(chǎn)水量加大，同時(shí)鹽透過量幾乎不變，增加的產(chǎn)水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高脫鹽率。當(dāng)進(jìn)水壓力超過一定值時(shí)，由于過高的回收率，加大了濃差極化，又會(huì)導(dǎo)致鹽透過量增加，抵消了增加的產(chǎn)水量，使得脫鹽率不再增加。
2、 進(jìn)水溫度對反滲透膜的影響
反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)對進(jìn)水水溫的變化十分敏感，隨著水溫的增加水對通量也線性的增加，進(jìn)水水溫每升高1℃，產(chǎn)水量就增加2.5%-3.0%;(以25℃為標(biāo)準(zhǔn))
3、 進(jìn)水PH值對反滲透膜的影響
進(jìn)水PH值對產(chǎn)水量幾乎沒有影響，而對脫鹽率有較大影響。PH值在7.5-8.5之間，脫鹽率達(dá)到zui高。
4、 進(jìn)水鹽濃度對反滲透膜的影響
滲透壓是水中所含鹽分或有機(jī)物濃度的函數(shù)，進(jìn)水含鹽量越高，濃度差也越大，透鹽率上升，從而導(dǎo)致脫鹽率下降。
應(yīng)用范圍
編輯
反滲透膜廣泛用于電力、石油化工、鋼鐵、電子、醫(yī)藥、食品飲料、市政及環(huán)保等領(lǐng)域，在海水及苦咸水淡化，鍋爐給水、工業(yè)純水及電子級(jí)超純水制備，飲用純凈水生產(chǎn)，廢水處理及特種分離過程中發(fā)揮著重要作用。
脫鹽率
編輯
了解反滲透膜元件的標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率、反滲透膜實(shí)際脫鹽率與反滲透系統(tǒng)脫鹽率之間的關(guān)系后，在設(shè)計(jì)反滲透裝置，給用戶提供系統(tǒng)性能擔(dān)保、驗(yàn)收反滲透裝置或者評(píng)定膜元件性能時(shí)，一定要根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際脫鹽率來進(jìn)行，而不能以膜元件標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率來進(jìn)行。
反滲透系統(tǒng)脫鹽率為整套反滲透裝置所表現(xiàn)出來的脫鹽率，同樣由于使用條件與標(biāo)準(zhǔn)條件不同，系統(tǒng)脫鹽率有別于標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率，同時(shí)由于反滲透裝置一般均串聯(lián)多根膜元件，而裝置中每根膜元件的實(shí)際使用條件均不同，故系統(tǒng)脫鹽率也有別于膜元件實(shí)際脫鹽率，對于只有1支膜元件的裝置，系統(tǒng)脫鹽率才等于膜元件實(shí)際脫鹽率。