反渗透(RO)系统

一、 膜技术基本概念

膜分离

物质世界是由原子、分子和细胞等微观单元构成的，然而这些很小的物质单元总是以杂居共生，热力学第二定律揭示了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，的区别是尺寸，三维空间之中，什么都有大上巨细，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、膜蒸馏等膜分离过程。

表-1主要的膜分离过程

>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0.2μm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它氧化性物质的性能差。

第二部分：反渗透膜基本原理
     反渗透是在压力驱动下，水分子通过半透膜，而离子大部分被截留，从而达到水、离子分离的过程。

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。

>渗透与反渗透
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，纯水与理想半透膜的两面以相同的温度和压力接触，在这样的条件下没有跨越半透膜的水的流动产生，因为在膜两侧的化学势相等。如果在其中一侧加入溶解性盐，盐溶液一边的化学势降低了。纯水便会向盐溶液一侧渗透，从而产生一个渗透流，直到化学势的平衡重新建立为止。膜的物理和化学性质决定了在传递过程中水比盐的优先地位。

二、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（压力容器和膜组件）、管道阀门和控制系统构成。

三、影响膜性能的因素
    反渗透过程的主要指标是产水通量和脱盐率。对于一定的膜组件，产水量和脱盐率受到给水水质条件和系统运行参数的影响，最基本的给水水质因素有含盐量(浓度)、温度和pH值等，运行参数有压力、给水流量和回收率等。下面就关于对产水量和脱盐率产生影响的各操作因子做一般论述。

给水浓度
    一定压力下当供给的原水浓度增高时，产水量就会减少。这是因为供给水的渗透压变高，有效压力降低的缘故。脱盐率受浓度影响非常大。通常浓度提高，产水量就会降低的同时，脱盐率也会降低。但是当非常低的浓度下，起初浓度增加，脱盐率率也会稍许增加。随后，随着浓度的不断增加脱盐率就变的低下。

温度的影响
    反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加，水通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水通量就增加2.5％～3.0％；其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降，这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。

pH的影响
    给水的pH值定义了它的酸碱性。进水pH值对产水量几乎没有影响，而对脱盐率有较大影响。由于水中溶解的CO2受pH值影响较大，pH值低时以气态CO2形式存在，容易透过反渗透膜，所以pH低时脱盐率也较低，随pH升高，气态CO2转化为HCO3－和CO3－离子，脱盐率也逐渐上升，在pH7.5～8.5间，脱盐率达到。

流量的影响
    在压力一定的条件下，进水流量降低时脱盐率和产水量都会下降。一方面由于压力不变而进水流量降低会增加系统的浓缩倍率，提高了下游的给水浓度，渗透压会相应提高，从而降低了净推动压力，降低了产水量，盐浓度增加导致盐透过增加，降低了脱盐率。另一方面，降低进水流量等于膜表面线速度的降低，增加了膜表面边界层厚度和边界层浓度，同样提高了渗透压和透盐速率。

回收率
   在压力一定情况下，回收率增高，膜面的浓差极化比也提高，有效压力则减小，最终产水量减小，同时脱盐率也降低。和上面提到的流量的影响相同。膜系统回收率的限制来自于两个方面，一个是存在渗透压的影响，另外一个同原水水质也密切相关。回收率增高时，溶解于溶液中的盐呈过饱和状态，会有盐及其它溶质析出在膜面沉淀、结垢的可能，会对膜性能带来很大的危害。

四、反渗透系统的应用
>反渗透系统应用领域很广泛：（1）包括电力工业，如锅炉补给水；（2）电子工业：半导体工业超纯水；（3）食品工业；（4）制药行业；（5）饮料工业；（6）化学工业：生产用水、废水处理；（7）饮水工程：超纯水制备、饮用水净化；（8）石油化工：油田注入水、石化废水深度处理；（9）海水淡化：海岛地区、沿海缺水地区、船舶、海水油田等生产生活用水；（10）环保领域：电镀漂洗水中贵重金属、水的回收，实现或微排放