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RO水处理技术OYSLG 主要膜分离过程 反渗透发展史 人类发现渗透现象至今已有200多年的历史，通常认为1748年Abbe Nollet发表的通过动物膜的试验为始点，之后，Vant Hoff建立了稀浓液的完整理论。J.W.Gibbs提供了认识渗透压及它与其他热力学性能关系的理论。 1953年，C.E.Reid建议美国内务部，把反渗透的研究纳入国家计划。 1956年，S.T.Yuster提出从膜表面撇出所吸附的纯水作为脱盐过程的可能性。 1960年，S.Loeb和S.Sourirajan制得了世界上第一张高脱盐率、高通量的不对称乙酸纤维素反渗透膜。 1970年，美国Du Pont公司推出由芳香族聚酰胺中空纤维制成的渗透器，与此同时Dow和东洋纺公司先后开发出三乙酸纤维素中空纤维反渗透器，UOP公司成功推出卷式反渗透元件。 1980年，Filmtec公司推出性能优异、实用的FT-30复合膜，80年代末高脱盐率的全芳香聚酰胺复合膜工业化。90年代中，超低压高脱盐全芳香聚酰胺复合膜开发进入市场。 反渗透的基本原理——渗透 只透过溶剂而不透过溶质的膜称 为理想半透膜。当把溶剂和溶液(或两 种不同浓度的溶液)分置于此膜的两侧 时，溶剂将自发地穿过半透膜向溶液 (或从低浓度向高浓度溶液)侧流动， 这种自然现象叫做渗透(Osmosis)，如 果上述过程中溶剂是纯水，溶质是盐 份，当用理想半透膜将它们分离开时， 纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐 水侧，此过程如左图所示： 反渗透的基本原理——渗透压 纯水侧的水流入盐水侧， 浓水侧的液位上升，当上升 到一定高度后，水通过膜的 净流量等于零，此时该过程 达到平衡，与该液位高度对 应的压力称为渗透压 （Osmotic pressure）， 该过程如左图所示： 反渗透的基本原理——渗透压 一般来说渗透压的大小，取决于溶液的种类、 浓度和温度，而与半透膜本身无关，通常可用下 式来计算渗透压： ?=CRT ?—渗透压，大气压 C—浓度差，摩尔/升 R—气体常数，等于0.08206升*大气压/摩尔*oK T—绝对温度 OK 上式是应用热力学公式推导出来的，因此只对稀溶液才是准 确的。C为水中离子浓度，若为非电解质则为分子的浓度。 反渗透的基本原理——反渗透 当在膜的盐水侧施加 一个大于渗透压的压力 时，水的流向就会逆转， 此时盐水中的水将流入 纯水侧，这种现象叫反 渗透（Reverse Osmosis, 简称RO），该过程如左 图所示： 膜性能表示法 通常所说的膜性能是指膜的化学稳定 性和膜的分离透过特性。 膜的物化稳定性的主要指标有：膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的PH值范围以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性，有时尚需说明对某些物质，如水中游离氯或氧化性物质的最高允许浓度。 膜的分离透过性的主要指标是：脱盐率、产水率、流量衰减系数。 膜性能表示法 Qw=Kw(ΔP+Δπ)A/T 式中：Qw—产水量 Kw—系数 ΔP—膜两侧的压差 Δπ—渗透压 A —膜面积 T —膜厚度 Kw与膜性质及水温有关， Kw越大，说明膜的透水 性能越好。 反渗透脱盐机理——溶解扩散模型 该模型假设膜是完美无缺的理想膜，高压侧浓溶液中各组分先溶于膜中，再以分子扩散方式通过膜，最后在低压侧进入稀溶液，任意组分（水或盐）的通量主要取决于化学位梯度，水和盐传质的推动力有两部分：浓度梯度和压力梯度。 该模型基本上可定量地描述水和盐透过膜的传递，但推导中的一些假设并不符合真实情况，另外传递过程中水、盐和膜之间相互作用也没有考虑。 反渗透脱盐机理——优先吸附-毛细空流动模型 溶液界面张力和溶质（活度）在界面的吸附Gibbs方程，预示了在界面处存在着急剧的浓度梯度，也就是说在膜的表面形成水分子薄层，在外力的作用下，优先通过反渗透膜。 反渗透脱盐机理——形成氢键模型 膜的表面很致密，其上有大量的活化点，键合一定数目的结合水，这种水已失去溶剂化能力，盐水中的盐不溶于其中。进料中的水分子在压力下可与膜上的活化点形成氢键而缔合，使该活化点上其他结合水解缔下来，该解缔的结合水又与下面的活化点缔合，使该点原有的结合水解缔下来，此过程不断地从膜面向下层进行，就是以这种顺序型扩散，水分子从膜面进入膜内，最后从底层解脱下来成为产品水。而盐是通过高分子链间空穴，以空穴型扩散，从膜面逐渐到产品水中的，但该模型缺乏更多的关于传质的定量描述。 反渗透脱盐机理——Donnan平衡模型 膜为固定负电荷型，据电中性原理及膜和溶液中离子化学位平衡，一般认为借助于排斥同离子的能力，荷电膜可用于脱盐，一般只有稀溶液，在压力下通过荷电膜时，有较明显的脱盐作用，随着浓度