反渗透膜简介(38页).doc

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1、-反渗透膜简介-第 38 页反渗透膜1、反渗透现象 渗透是指一种溶剂（即水）通过一种半透膜进入一种溶液或是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。但是在浓溶液一边加上适当的压力，即可使渗透停止，此时的压力称为该溶液的渗透压。若在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边稀溶液中，这是和自然界正常渗透过程相反的，此时就称为反渗透。 渗透是在所有活细胞中存在的一种自然过程，水可以透过半透膜而悬浮固体、盐类、大分子物质被截留，这些半透膜的孔径大概在微米左右。 渗透过程在纯水溶液和盐溶液两种环境之间，水分子有从纯水溶液向盐溶液渗透的倾向。水流通过

2、半透膜从纯水溶液向盐溶液渗透，该过程的作用力是两种环境的浓度差。 反渗透过程膜渗透过程中，在盐溶液的方向施加压力可以使渗透过程反向进行。外加压力的作用下，水透过半透膜与溶液中的离子分离，当渗透过程进行到一定程度时，渗透压与外加压力相等后反渗透过程结束。 在实际应用中，在反渗透压力显著上升前盐溶液需要不断更换。为有效利用切向流理论，半透膜表面的溶液需要不断更新，因此，商业膜组件设计有一个进水口和两个出水口，进水口作为给水入口，而出水出口分别作为处理后纯水和浓缩液的排出口。 渗透现象早在1748年已由Abbe Nollet首次得到证明，直到20世纪50年代，科学家们才开始利用反渗透或超滤作为溶液中

3、溶质和溶剂的有效分离方法，并使其成为一种实验室技术。2、反渗透技术 反渗透是60年代发展起来的一项新的膜分离技术,是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程.反渗透的英文全名是“REVERSE OSMOSIS”,缩写为“RO”。 反渗透技术是当今最先进和最节能有效的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小（仅为10A左右），因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等（去除率高达9798）。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。反渗透膜的透过机理关于反渗透膜的透过机

4、理，自20世纪50年代末以来，许多学者先后提出了各种不对称反渗透膜的透过机理和模型，现介绍如下：1 、氢键理论 这个理论是由里德（Ried）等人提出的，并用醋酸纤维膜加以解释。这种理论是基于一些离子和分子能通过膜的氢键的结合而发生联系，从而通过这些联系发生线形排列型的扩散来进行传递。在压力的作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点羰基上氧原子形成氢键，而原来的水分子形成的氢键被断开，水分子解离出来并随之转移到下一个活化点，并形成新的氢键，如是通过这一连串氢键的形成与断开，使水分子离开膜表面的致密活化层，由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能畅通流出膜外。2 、优先吸附-毛细孔流理论索里拉金等

5、人提出了优先吸附毛细孔流理论。他们以氯化钠水溶液为例，溶质是氯化钠，溶剂是水，膜的表面能选择性吸水，因此水被优先吸附在膜表面上，而对氯化钠排斥。在压力作用下，优先吸附的水通过膜，就形成了脱盐的过程。这种模型同时给出了混合物分离和渗透性的一种临界孔径的概念。临界孔径显然是选择性吸着界面水层的两倍。基于这种模型在膜的表面必须有相应大小的毛细孔，根据这种理论，索里拉金等研制出具有高脱盐率、高脱水性的实用反渗透膜，奠定了实用反渗透膜的发展基础。3 、溶液扩散理论朗斯代尔（Lonsdale）和赖利（Riley）等人提出溶解扩散理论。该理论假定膜是无缺陷的“完整的膜”，溶剂和溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶

6、质在膜中的溶解，然后在化学位差的推动力下，从膜的一侧向另一侧进行扩散，直至透过膜。溶剂和溶质在膜中的扩散服从（Fick）定律，这种模型认为溶剂和溶质都可能溶于均质或非多孔型膜表面，以化学位差为推动力（常用浓度差或压力差来表示），分子扩散使它们从膜中传递到膜下部。因此，物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，而且取决于其在膜中的溶解度。溶质的扩散系数比水分子的扩散系数小得越多，高压下水在膜内的移动速度就越快，因而透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。目前一般认为，溶解扩散理论较好的说明膜透过现象，当然氢键理论、优先吸附毛细孔流理论也能够对反渗透膜的透过机理进行解释。此外还有学者提出扩散

7、细孔流理论，结合水-空穴有序理论以及自由体积理论等。也有人根据反渗透现象是一种膜透过现象，因此把它当作非可逆热力学现象来对待。总之，反渗透膜透过机理还在发展和完善中。有机物及无机物的去除机理1、有机物去除机理对于有机溶质的脱除机理最初认为纯属筛网效应其脱除率主子量大小和形状有关。后来经过大量的研究，发现膜与有机溶质的电荷斥力对脱除率的影响有时不容忽视。近年来的研究证明，膜对有机溶质的脱除主要受两方面的影响：一是膜孔径的机械筛除作用；二是膜与有机物间排斥力的作用，这种排斥作用的大小与膜材料和有机物的物理化学特征参数有很大的关系。这些物理比学特征参数及其对分离度的影响(不考虑膜孔径的机械筛除作用)

8、介绍如下。 1、极性参数极性效应表征的是有关分子的酸性或碱性。以下参数中的任何一个均可以给出极性效应以定量的量度。 (1)Ms(酸性)或Ms(碱性)Ms(酸性)是溶质(ROH)在CC14和醚溶液中测得的红外光谱中OH谱带最大值的相对位移，Ms(碱性)是溶质(CH3OD)在苯中测得的红外光谱中OD谱带最大值的相对位移Ms(酸性)或Ms(碱性)的数据分别与质子给予体或质子接受体的分子的相对氢键键合能力相联系。氢键键合能力愈大，表示一种酸(如醇或酚)给予质子的能力愈大或一种碱(如醛、酮)接受质子的能力愈大。由于质子给予能力与质子接受能力表现出相反的趋势，因此Ms(酸性)的增加值等于Ms(碱性)的减小

9、值。一般来说，有机溶质的Ms(酸性)增加，表示有关分子与膜的氢键键合能力增强，这种增强的结果就会减小膜与有机溶质间的排斥力。因此，随着Ms(酸性)的增加，有机物的分离度减小。或者说，随着Ms(碱性)的增加，有机溶质与膜的氢键键合能力减小，因此膜与有机溶质间的排斥力增大，有机物的分离度增加。但当Ms(碱性)值超过随某一化合物的种类而异的值时，随着Ms(碱性)的增加，溶质分离度的增加甚微。 (2)解离常数Ka或pKa (PKlogKa )解离常数是水溶液中具有一定离解度的溶质的的极性参数。离解常数给予分子的酸性或碱性以定量的量度，pKa减小，对于质子给予体来说，其酸性增加；对于质子接受体来说，其碱

10、性增加。 对于酸性有机物来说，随着pKa的减小，一方面，有机溶质与膜的氢键键合能力增强，相当于溶质与膜间的吸引力增加，因而分离度下降；另一方面，它离解成为离子的倾向增加，相当于增强了该有机物与膜之间的静电斥力，从而分离度升高。上述两种作用的相伴相克，起主导作用的因素决定着分离度高低的走向。因此，对于酸性分子来说，酸性的大小和pKa共同影响着溶质分离度。与酸性有机物有所不同，对于碱性有机溶质来说，随着pKa的减小，有机溶质与膜间的静电斥力增加，去除率升高。 (3)Hammet数或Taft数 Hammet数是表示芳香族间位或对位取代基的极性常数，Taft数*是表示芳香族邻位化合物或脂肪族化合物中取

11、代基的极性常数。和*两者定量表示取代基对有机分子的极性效应的影响；和*具有加和性；取代基的和*值愈低，它的电子收回能力(或质子给予能力)愈小。因此对一给定的官能团，和*值的降低相当于分子的酸性降低或碱性增加。 一般来说，无论是酸还是碱，有机溶质的分离度随着和*值的减小而增加。 2、位阻参数（Es）Es是表示有机物原子之间或原子与官能团之间相互排斥力的常数，Es为所有官能团的Es之和。Es减小，表明有机溶质的位阻障碍增大，因而去除率增加。Es正常用来表示对醚的分离度的影响。Es降低，溶质的分离度趋于增加。 3、 非极性参数（Small数或修正Small数）Small数S是表示非极性有机分子间凝聚

12、力的常数，又称摩尔吸引常数：修正Small数（S*）是表示非极性有机分子疏水程度相对大小的常数，它是松蒲和Souriragan等利用溶质的溶解度数据对凝聚力进行修正后而得到的，故称修正Small数。Small数或修正Small数常用来表示对碳氢化合物分离度的影响。碳氢化合物的的溶解度越高，修正Small数越小。 溶质的Small数或修正Small数增大，意味着疏水或非极性增强。松蒲等人通过大量的研究发现，对于同一张膜来说，S*值增加，溶质的分离度趋于增加。2、无机物去除机理关于反渗透膜去除无机物的原理有多种理沦，现将几种主要的介绍如下1、 Scatchafd理论该理论认为溶质的分离与膜及溶液的

13、介电常数有关，荷电离子在不同介电常数的介质中具有不同的离子浓度，介电常数越低，该离子浓度也越低。这里把溶液和膜分别记作为I相和II相，相应的介电常数分别为和II，并以“膜一溶液”两相界面(记作I)作为计算距离的基准。离子浓度是距离的函数，因为1I，所以在液相中，距离I界面越远，离子浓度越高；在膜中，距离III界面越远，离子浓度越低。Scatchard认为，膜与溶液的介电常数差别越大，或者说膜的介电常数越小溶液的介电常数越大，则离子在膜表面处及膜内的渡度越小。膜内离子浓度越低，膜对溶质的去除率越高。因此，为了提高膜的分离性能，应选择介电常数较低的膜材料。Scatchafd还发现，溶液的浓度越高，

14、膜的去除率越低。2 、Gluckauf理论 Gluckauf认为膜存在着细孔，细孔半径为r，如图6-2所示。由于膜与溶液的介电常数不同， 离子从溶液中进入膜内需要一定的能氢E)：式中，4为离子电荷；是与Debye -Huckel模型中的离子半径( 1/K)和膜孔径有关的常数，为离子半径。孔中B处离子浓度(C孔)服从Boltzmann分布； C孔=Cexp（E/（K）式中，kc为Boltzmann常数；T为溶液的温度。 对比可得：由上式可以看出，溶质的去除率与膜的孔径、膜的介电常数、离子的水化体积、离子所带的电荷、离子的浓度以及溶液的温度有关。3、 Bean理论Bean在Gluckauf理论的基

15、础上，利用Parsegian的研究成果计算得到去除率R为；式中，为细孔内溶液的粘度；D为水中溶质的扩散系数。 由上式可以看出，溶质的去除率与操作压力及膜孔径有关。 4、离子与溶剂的相互作用松浦等人为了研究离子与溶剂的相互作用对膜透过性能的影响，提出了的G概念。G是离子从主体溶液进入相界面所需要的自由焙差。即G=GrGB 式中，G为相界面处离子与溶剂相互作用的自由烙差，由离子水化自由烩GB为主体溶液中离子与溶剂相互作用自由焙差，由反渗透实验数据推算。 G 0，表明离子从主体溶液迁移至膜表面为反自发过程，即膜排斥该离子；反之G 0，则离子从主体溶液迁移至膜表面为自发过程，即膜吸引该离子。松浦等人根

16、据醋酸纤维素膜对各电解质分离的实验结果和离子的水化自由焙，求出了离子的G。发现有如下规律；(1) 阳离子的G为负值，阴离子的G为正值。这表明膜吸引阳离子而排斥阴离子，可以推测醋酸纤维素膜呈负电性。(2) 1价阳离子的G比2价阳离子的G更负，这预示着1价阳离子的分离效果比2价阳离子的差。(3) 对于卤素离子，随着离子半径增加G下降，因而去除率随离子半径增大而下降。什么是反渗透膜 反渗透技术中，反渗透膜的发展是该处理方法的核心技术，所谓渗透膜就是利用反渗透原理进行分离的液体分离膜。 具体的说，反渗透膜上有许多小孔，孔的大小只允许水分子通过，盐类和杂质分子都比孔大而无法通过。反渗透膜的发展及应用经历

17、了长期而复杂的过程。 膜结构如图： 在国外，其发展概况为：1953年美国的Reid 提出从海水和苦盐水中获得廉价的淡水的反渗透研究方案，1960年美国的Sourirajan 和Leob 教授研制出新的不对称膜，从此RO作为经济的淡化技术进入了实用和装置的研究阶段。1960年洛布(Loeb)和索里拉金(Suan)制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤维素膜,为反渗透和超滤膜的分离技术奠定了基础。同年,Loeb和Milstein用他们研制成功的醋酸纤维素反渗透膜研究并组装成功第一个实验室规模的板框式反渗透膜装置。 1961年美国Hevens公司首先提出管式膜组件的制造方法;1964年美国通用原子公司

18、研制出螺旋式反渗透组件;1965年美国加利福尼亚大学制造出用于苦咸水淡化的管式反渗透装置,生产能力为19 t/d;1967年美国社邦(Dupout)公司首先研制出以尼龙-66为膜材料的中空纤维膜组件;1970年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“PermaseB-9”中空纤维膜组件,并获得1971年美国柯克帕特里克(Kirkpatfiek)化学工程最高奖。20世纪80年代初,美国就克服纤维素材料的缺点,研发出高水通量、高盐截流率的复合聚酰胺膜,使反渗透技术广泛应用于工业领域。 20世纪70年代初期开始用RO法处理电镀污水，首先用于镀镍污水的回收处理，此后又应用于处理镀铬、镀铜、镀锌等漂洗水以及混合

19、电镀污水。1965年英国首先发表了用半透膜处理电泳涂料污水的专利。此后美国公司提出用UF和RO的组合技术处理电泳涂料污水，并且实现了工业化。19721975年J J .Porter 等人用动态膜进行染色污水处理和再利用实验。1983年等人发表了用RO法处理染料溶液的研究结果。1969年美国的J . C. V Smith 首先报道了处理城市污水的方法。30年来，反渗透(RO)技术先后在含油、脱脂废水、纤维工业废水、造纸工业废水、放射性废水等工业水处理、苦咸水淡化、纯水和高纯水制备、医药工业和特殊的化工过程和高层建筑废水等各类污水处理中得到了广泛的应用。尤其是近几年，一些新型的膜法污水处理技术逐一

20、问世，如膜蒸馏、液膜、膜生化反应器、控制释放膜、膜分相、膜萃取等3。我国的反渗透研究始于1965年,近年来反渗透技术在我国已得到广泛应用。反渗透技术最初只用于海水淡化,后来逐步扩大到苦咸水淡化、食品加工、医药卫生、饮料净化、超纯水制备等方面,产生了很高的经济效益。 在我国，膜技术的发展是从1958年离子交换膜研究开始的。1958年开始进行离子交换膜的研究，并对电渗析法淡化海水展开了试验研究；1965年开始对反渗透膜进行探索，1966年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产，为电渗析工业应用奠定了基础。1967年海水淡化会战对我国膜科学技术的进步起了积极的推动作用。1970年代相继对电渗析、反渗

21、透、超滤和微滤膜及组件进行研究开发，1980年代进入推广应用阶段。1980年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步，1985年中国科学院大连化物所，首次研制成功中空纤维N2/H2分离器，主要性能指标接近国外同类产品指标，现己投入批量生产，每套成本仅为进口装置的1/3。进入90年代以来，复合膜的制备取得了较大进展反渗透膜装置类型1、反渗透膜类型 依据影响膜性能因素目前较常用的膜类型可分为以下几类： 醋酸纤维膜（CA膜） CA膜又可以分为平膜、管式膜和中空纤维膜几类。CA膜具有反渗透膜所需的三个基本性质：高透水性、对大多数水溶性组分的渗透性相当低、具有良好的成膜性能。 聚酰胺膜（PA膜） 聚酰胺膜

22、又可以分为脂肪族聚酰胺膜、芳香聚酰胺膜（成膜材料为芳香聚酰胺、芳香聚酰胺-酰肼以及一些含氮芳香聚合物） 复合膜这是近些年来开发的一种新型反渗透膜，它是由很薄的而且致密的符合层与高空隙率的基膜复合而成的，它的膜通量在相同的条件下比非对称膜高约50%100%。目前复合膜有以下几种： a.交联芳香族聚酰胺复合膜（PA）； b.丙烯-烷基聚酰胺和缩合尿素复合膜； c.聚哌嗪酰胺复合膜； d.氧化锆-聚丙烯酸复合膜。 2、反渗透装置型式 1、 板框式反渗透装置这种形式的装置由Aerojet通用公司发展起来的，教适合于小的和低压工厂。膜支撑体在一种圆形平板上，这块平板称为多孔板，常见的有不锈钢多孔板和聚氯

23、乙烯多孔板，产水通过多孔板汇集起来。这种装置存在以下缺点：安装和维护费用高，进料分布不均匀，流槽窄，多级膜装卸复杂，单位体积中膜的比表面积低，产水量少。尽管有这些缺点，但由于它的结构简单可靠，体积比管式装置小，在小规模的生产场所还是有一定的优势的。2 管式反渗透装置 这种装置在实际应用中是很有意义的。它能够处理含悬浮颗粒和溶解性物质的液体，像沉淀一样在管式装置中把料液进行浓缩，运行期间系统处处都可以保持良好的排水作用，适当调节水力条件，常常可以预防溶液的浓缩弄脏或堵塞膜。其主要优缺点可以归纳如下：优点：能够处理含悬浮固体的溶液，合适的流动状态就可以防止浓差极化和膜污染等，并容易调整。 缺点：设

24、备端部用膜较多，装置制造和安装费用较昂贵。单位体积中膜的比表面积小。必须把管子外部包起来。要使用支 撑材料 3、 螺旋式反渗透装置 美国通用原子公司（Gulf General Atomic Co）发展了这种装置。这种螺旋式结构的中间为多孔支撑材料，两边是膜的“双层结构”，它的末端是冲孔的塑料管。双层膜的边缘与多孔支撑材料密封形成一个膜袋（收集产水），在膜袋之间再铺上一层隔网，然后沿中心管卷绕这种多层材料（膜/多孔支撑材料/膜/料液隔网），就形成了一个螺旋式反渗透组件。将卷好的螺旋式组件，放入压力容器中，就成为完整的螺旋式反渗透装置。使用这种螺旋式反渗透装置时应注意：中心管主要褶皱处的泄露膜及支

25、撑材料在粘结线上发生皱纹胶线太厚可能会产生张力或压力不均匀支撑材料的移动会使膜的支撑不合理，导致平衡线移动膜上有小孔洞，这是由于膜的质量不合格所致。目前，美国制作螺旋式组件已实现机械化，采用一种滚压机，连续喷胶将膜与支撑材料粘密封结在一起，并滚转成螺旋式组件，牢固后不必打开即可使用。 螺旋式组件的主要优缺点是： 优点：单位体积中膜的表面积比率大压力导管的设计简单，具有扰性，安装和更换容易，结构可以紧密放在一起。 缺点：料液含悬浮固体时不适宜料液流动路线短压力消耗高再循环浓缩困难。4、 中空纤维式反渗透装置 美国杜邦公司和道斯化学公司提出用纯中空纤维素作为反渗透膜，制造出中空纤维式反渗透装置。这

26、种装置类似于一端封死的热交换器，其中含有外径50m、内径25m；装成一种圆柱形耐压容器中，或是将中空纤维弯成U形装入耐压容器中，由于这种中空纤维极细，通常可以装填几百万根。高压溶液从容器旁打进去，经过中空纤维膜的外壁，从中空纤维管束的另一端把渗透液收集起来，浓缩后的料液从另一端连续排掉。 中空纤维式反渗透装置的主要优缺点如下： 优点：单位体积中膜的表面积比率高，一般可达到1600030000m2/m3，因此组件可以小型化；膜不需支撑材料，中空纤维本身可以受压而不破裂。 缺点：膜表面去污困难，料液需经严格预处理；中空纤维膜一旦损坏是无法更换的。 目前应用的最多的是卷式膜组件。下表是上述反渗透膜的

27、优缺点的比较：几种常用的反渗透膜组件类型优点缺点使用状况框板式结构紧凑、简单、牢固、能承受高压，使用强度较高，工艺简便装置成本高，流动状态不好，浓差极化严重；易堵塞，不易清洗。适于小容量规模；已商业化管式容易清洗和更换；原水流动状态好，压力损失小，耐较高压力；能处理含有悬浮物的、黏度高的或者能析出固体等易堵塞流水通道的溶液体系装置成本高，管口密封较难；膜的堆积密度小适于小容量规模；已商业化螺旋式膜的堆积密度大，结构紧凑；可使用强度好的平板膜；价格低廉。制作工艺和技术较复杂，密封较困难；易堵塞，不易清洗，不宜在高压下操作适于大容量规模；已商业化中空纤维膜膜的堆积密度大，不需外加支撑材料；浓差极化

28、可忽略；价格低廉。制作工艺和技术较复杂，易堵塞，不易清洗适于大容量规模；已商业化 由此我们可以给优质反渗透装置作出以下要求： 对膜能提供合适的支撑 处理溶液在整个膜面上必须均匀分布 在最小能耗情况下，对处理溶液提供良好的流动状态 单位体积中膜的有效面积比率高 组件容易拆卸和更换 便于膜的拆卸和组装 在运行压力下，有效的工作时安全与可靠性高 外部泄露能尽可能从压力的变化上发现 建造、维护费用都是方便的。 目前流行的这四种装置的一些主要特性比较：种类膜装填密度m2/m3操作压力MPa透水量m3/m2*d单位体积产水量m3/m3*d板框式 493500管式330336螺旋式6601.02673中空纤

29、维式9200673注：原料液为500mg/L NaCl，脱盐率为92%96%反渗透膜的评价指标及影响因素一、评价指标一般说来，反渗透膜应具备以下性能：单位面积上透水量大，脱盐率高； 机械强度好，多孔支撑层的压实作用小； 化学稳定性好，耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀； 结构均匀，使用寿命长，性能衰降慢； 制膜容易，价格便宜，原料充足。 因此对反渗透膜的评价指标可以从以下几个方面分析： 1、 脱盐率和透盐率脱盐率通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。透盐率进水中可溶性杂质透过膜的百分比。脱盐率(1产水含盐量/进水含盐量)100透盐率100脱盐率膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐率的

30、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除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除率可以超 过99，对单价离子如：钠离子、钾离子、氯离子的脱除率稍低，但也超过了98；对分子量大于100的有机物脱除率也可达到 98，但对分子量小于100的有机物脱除率较低。 2、 产水量（水通量）产水量（水通量）指反渗透系统的产能，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。渗透流率渗透流率也是表示反渗透膜元件产水量的重要指标。指单位膜面积上透过液的流率，通常用加仑每平方英尺每天（GFD）表示。过高的渗透流率将导致垂直

31、于膜表面的水流速加快，加剧膜污染。 3、 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。膜系统的回收率在设计时就已经确定，是基于预设的进水水质而定的。回收率通常希望最大化以便提高经济效益，但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。 回收率（产水流量/进水流量）100二、反渗透的影响因素膜的水通量和脱盐率是反渗透过程中关键的运行参数，这两个参数将受到压力、温度、回收率、给水含盐量、给水PH值因素的影响。 1、进水压力进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低

32、了透盐率，提高脱盐率。当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。 2.、进水温度温度对反渗透的运行压力、脱盐率、压降影响最为明显。温度上升，渗透性能增加，在一定水通量下要求的净推动力减少，因此实际运行压力降低。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加，盐透过量增加，直接表现为产品水电导率升高。温度对反渗透各段的压降也有一定的影响，温度升高，水的粘度降低，压降减少，对于膜的通道由于污堵而使湍流程度增强的装置，粘度对压降的影响更为明显。 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

33、升高1，产水通量就增加；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。 3、进水pH值各种膜组件都有一个允许的pH值范围，进水pH值对产水量几乎没有影响；但是即使在允许范围内，对脱盐率有较大影响，一方面pH值对产品水的电导率也有一定的影响，这是因为反渗透膜本身大都带有一些活性基团，pH值可以影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移，pH值对进水中杂质的形态有直接影响，如对可离解的有机物，其截留率随pH值的降低而下降；另一方面由于水中溶解的CO2受pH值影响较大，pH值低时以气态CO2形式存在

34、，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CO23离子，脱盐率也逐渐上升，在间，脱盐率达到最高。 4、进水盐浓度渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，含盐量越高渗透压也增加，进水压力不变的情况下，净压力将减小，产水量降低。透盐率正比于膜正反两侧盐浓度差，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。对同一系统来说，给水含盐量不同，其运行压力和产品水电导率也有差别，给水含盐量每增加l00ppm，进水压力需增加约，同时由于浓度的增加，产品水电导率也相应的增加。 5、悬浮物水中的悬浮物就是指在水滤过的同时，在过滤材料表面残留下的物质，以粒子

35、成分为主体。悬浮物含量高会导致反渗透和纳滤系统很快阿发生严重堵塞，影响系统的产水量和产水水质。 6、回收率 回收率对各段压降有很大的影响，在进水总流量保持一定的条件下，回收率增加，由于流经反渗透高压侧的浓水流量减少，总压降降低，回收率减少，总压降增大，实际运行表明，回收率即使变化很小，如1%，也会使总压差产生0. 02MPa左右的变化。回收率对产品水电导率的影响取决于盐透过量和产品水量，一般说来，系统回收率增大，会增加浓水中的含盐量，并相应增加产品水的电导率。什么是膜污染反渗透膜分离技术实际应用中,不可避免产生膜污染现象,且膜污染问题是影响该技术稳定性的决定因素,因此考察膜污染形成机理、对膜污

36、染进行清洗是反渗透系统正常运行、防止其发生故障的重要保证。 1、膜污染定义 膜污染是指与膜接触的料液中微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜发生物理、化学相互作用或因浓差极化使某些溶质在膜表面的浓度超过其溶解度及因机械作用而引起的在膜表面或膜孔内的吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞,使膜产生透过流量与分离特性不可逆变化现象。 污染物尤其是蛋白质等大分子在膜表面和膜孔内的吸附所引起的通量衰减及分离能力的降低,是造成膜通量衰减的主要原因。但膜污染引起的通量衰减又往往和浓差极化现象引起的可逆通量下降混合在一起,使得膜分离效果进一步降低。 2、膜污染产生原因 反渗透系统在运行过程中,废(污)水中的金属离子、微生物

37、、不易溶解的沉淀、有机污染物、生物粘泥、胶体、油脂等长时间与膜接触,会引起膜污染,使膜的通量及分离性能明显降低、压降升高。其原因主要包括以下几方面: 1）浓差极化 在反渗透脱盐系统中,膜的选择透过性,使水分子不断从高压侧透过膜,而溶质分子仍残留于原溶液中导致膜表面上的料液和进口料液之间产生一个浓度差,严重时会产生很高的浓度梯度,这种现象称为浓差极化。浓差极化使料液渗透压增大,有效推动力减小造成透水速度和脱盐率下降。 2）离子结垢 CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2及SiO2等溶度积较小的盐类,在反渗透过程中可能会因浓缩超过其溶度积而析出,产生沉积物停留在膜表面上及进水通道

38、内形成水垢。例如:CaCO3的溶度积是8.710-9(25)即Ca2+CO32-大于8.710-9时,CaCO3就会沉淀下来。等发现,当从污泥中提取Ca2+后,导致小颗粒数量及过滤阻力增加。 3）金属氧化物沉积 一般含有低价铁离子和锰离子苦咸水范围的某些井水水源具有一定还原性,此类水源造成膜污堵的主要原因就是铁、铝、锰等在膜表面产生胶体颗粒污堵。铁发生氧化所需的pH值较低,使得反渗透系统发生铁污堵现象较频繁。引起膜面上沉积可溶性二价铁和三价铁的相关污染物可能情况为:氧气进入到含二价铁的进水中;高碱度水源形成FeCO3;铁与硅反应形成难溶性的硅酸铁;受铁还原菌氧化作用影响,将会加剧生物膜滋生和铁

39、垢的沉积;由含铁絮凝剂转变引起的胶体状铁;铁、铝、锰等产生金属污染后的特征表现为产水量降低,压差上升。 4）生物污泥的生成 当膜表面覆盖生命力旺盛的微生物污泥时,膜所除去的盐类将陷于黏层中,不易被水冲走,为微生物繁殖提供了丰富的营养物质,同时反渗透进水前预处理时加入的阻垢剂(如聚马来酸,氨基三甲基磷酸等)、软水剂等又能促进微生物生长。有机与无机的溶解性物质以及颗粒物,可以通过有效的预处理被去除,但可繁殖的微生物颗粒,经预处理后即使剩余0.01%,还能利用水中可生物降解的物质进行自身繁殖,这也是生物污泥在任何系统中都会造成污染的主要原因之一。 5）胶体物污染 地下水及地表水均含有铁、铝、硅、有机

40、质等物质,它们和预处理时加入的混凝剂、助凝剂、阻垢剂等形成胶体沉积在膜表面造成胶体污染。硅酸胶体在水中会水解生成Si(OH)4,并在一定条件下发生聚合反应:mSi(OH)4-(SiO2)m+2mH2O生成SiO2胶核,并分级电离,放出H+形成呈负电性的胶体,其结构式为:m(SiO2).nSiO3-2.2(n-x)H+-2x2xH+ 胶体物污染难处理是由于带有同种电荷,比较稳定,不易沉降,易污染膜,导致水通量下降。一般这种趋向用污染指数(SDI)进行评价。通常当SDI3时,会发生污堵。 6）“水锤”现象 对于反渗透系统,由于设计不恰当及在开始调试阶段,装填膜的膜壳内有大量的空气,当待处理液瞬间进

41、入膜壳时,由于空气具有可压缩性,且瞬间不可能完全排尽,当空气在膜壳内达到一定压力时,会突然爆破释放,引起反渗透在膜壳内相互撞击、挤压以及窜动,产生“水锤”现象。在反渗透系统中,水锤的危害在于造成无法恢复的反渗透膜元件损伤。 7）悬浮颗粒物的污染 当保安过滤器有“短路”或缺陷造成过滤介质、腐蚀碎片及异物(如小芯绒线)等的泄漏或反渗透初次投用冲洗不彻底时,可能使膜元件受到污染,使进水通道堵塞和膜面上形成非晶体沉淀。这种情况较少遇到。 8）其他因素造成的污染 碳氢化合物和硅酮基的油及脂能覆盖于膜表面,致使膜受到污染;膜的水解、有机溶剂及氧化性物质侵蚀等也会造成膜材料的本质改变。反渗透膜的清洗 一、

42、反渗透膜的清洗条件在正常运行一段时间后，反渗透膜元件会受到在给水中可能存在的悬浮物质或难溶物质的污染，这些污染物中最常见的为碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机或生物沉积物。污染物的性质及污染速度与给水条件有关，污染是慢慢发展的，如果不早期采取措施，污染将会在相对短的时间内损坏膜元件的性能。污染物的去除可通过化学清洗和物理冲洗来实现，有时亦可通过改变运行条件来实现，作为一般的原则，当下列情形之一发生时应进行清洗。 1、 在正常压力下如产品水流量降至正常值的 10 15% 。 2、 为了维持正常的产品水流量，经温度校正后的给水压力增加了 10 15% 。 3、 产品水质降低 10 1

43、5% 。盐透过率增加 10 15% 。 4、 使用压力增加 10 15% 5 、RO 各段间的压差增加明显 ( 也许没有仪表来监测这一迹象 ) 。二、反渗透膜的清洗方法 针对膜污染产生的原因,采用合适的清洗剂和合理的清洗方法可以很好地清除膜污染,恢复膜通量.常用的方法有物理方法和化学方法两类. 1、 物理方法 物理方法冲洗就是采用低压大流量的进水冲洗膜元件，冲洗掉附着在膜表面的污染物或者堆积物。 1）机械清洗 对管式组件可采用软质泡沫塑料球、海绵球(直径略大于膜管内径),对内压管膜进行清洗,在管内通过水力让泡沫、海绵球反复经过膜表面,对污染物进行机械性的去除。经研究,这种方法对软质垢几乎能全部去除,但对硬质垢不但不易去除反而容易损伤膜面,因此该法仅适用于以有机质体为主要成分的膜污染清洗。 2）气液脉冲清洗 在低压下用淡水或反渗透水以高速冲向膜面3分钟,或者用空气与水混合的高速气液流喷射清洗,达到清洗膜面上污垢,恢复产水量目的。常见方法主要有