反滲透(RO)系統(tǒng)
一、 膜技術(shù)基本概念
膜分離
物質(zhì)世界是由原子、分子和細(xì)胞等微觀單元構(gòu)成的，然而這些很小的物質(zhì)單元總是以雜居共生，熱力學(xué)第二定律揭示了微觀粒子都會(huì)傾向于無序的混合狀態(tài)。人們發(fā)明了過濾、蒸餾、萃取、電泳、層析和膜分離等分離技術(shù)來獲取純凈的物質(zhì)。
膜分離技術(shù)的基礎(chǔ)是分離膜。分離膜是具有選擇性透過性能的薄膜，某些分子（或微粒）可以透過薄膜，而其它的則被阻隔。這種分離總是要依賴于不同的分子（或微粒）之間的某種區(qū)別，的區(qū)別是尺寸，三維空間之中，什么都有大上巨細(xì)，而膜有孔徑。當(dāng)然分子（或微粒）還有其它的特性差別可以利用，比如荷電性（正、負(fù)電），親合性（親油、親水），深解性，等等。按照阻留微粒的尺寸大小，液體分離膜技術(shù)有反滲透（亞納米級(jí)）、納濾（納米級(jí)）、超濾（10納米級(jí)）和微濾（微米和亞微米級(jí)），另外還有氣體分離、滲透蒸發(fā)、電滲析、液膜技術(shù)、膜萃取、膜催化、膜蒸餾等膜分離過程。
表-1主要的膜分離過程
| 膜的種類 | 膜的功能 | 分離驅(qū)動(dòng)力 | 透過物質(zhì) | 被截留物質(zhì) |
| 微 濾 | 多孔膜、溶液的 | 壓力差 | 水、溶劑、溶解物 | 懸浮物、細(xì)菌類、微粒子 |
| 超 濾 | 脫除溶液中的膠體、各類大分子 | 壓力差 | 溶劑、離子和小分子 | 蛋白質(zhì)、各類酶、細(xì)菌、病毒、乳膠、微粒子 |
| 反滲透 | 脫除溶液中的鹽類及低分子物 | 壓力差 | 水、溶劑 | 無機(jī)鹽、糖類、氨基酸、BOD、COD等 |
| 透 析 | 脫除溶液中的鹽類及低分子物 | 濃度差 | 離子、低分子物、酸、堿 | 無機(jī)鹽、尿素、尿酸、糖類、氨基酸 |
| 電滲析 | 脫除溶液中的離子 | 電位差 | 離子 | 無機(jī)、有機(jī)離子 |
| 滲透氣化 | 溶液中的低分子及溶劑間的分離 | 壓力差、濃度差 | 蒸汽 | 液體、無機(jī)鹽、乙醇溶液 |
| 氣體分離 | 氣體、氣體與蒸汽分離 | 濃度差 | 易透過氣體 | 不易透過氣體 |
>薄膜復(fù)合膜
>薄膜復(fù)合膜由超薄皮層（活性分離層）和多孔基膜構(gòu)成?；ひ话闶窃诙嗫卓椢镏误w上澆筑的微孔聚砜膜(即0.2μm厚)，超薄皮層是由聚酰胺和聚脲通過界面縮合反應(yīng)技術(shù)形成的。
>薄膜復(fù)合膜的優(yōu)點(diǎn)與它們的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，其最主要的特點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性，在中等壓力下操作就具有
>高水通量和鹽截留率及抗生物侵蝕。它們能在溫度0－40℃及pH2－l2間連續(xù)操作。像芳香聚酰胺一樣，這些材料的抗氯及其它氧化性物質(zhì)的性能差。
第二部分：反滲透膜基本原理
反滲透是在壓力驅(qū)動(dòng)下，水分子通過半透膜，而離子大部分被截留，從而達(dá)到水、離子分離的過程。
半透膜
半透膜是具有選擇性透過性能的薄膜。當(dāng)液體或氣體通過半透膜時(shí)，一些組分透過，而另外一些組分被截留。實(shí)際上半透膜對(duì)于任何組分都有透過性，只是透過的速率相差很大。在反滲透過程中，溶劑（水）的透過速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溶解在水中的溶質(zhì)（鹽分）。通過半透膜實(shí)現(xiàn)了溶劑和溶質(zhì)的分離，得到純水以及濃縮的鹽溶液。
>滲透與反滲透
滲透是當(dāng)流體在跨越半透膜屏障時(shí)的一種自然過程。如果將一箱純水用一張半透膜垂直分為兩部分，純水與理想半透膜的兩面以相同的溫度和壓力接觸，在這樣的條件下沒有跨越半透膜的水的流動(dòng)產(chǎn)生，因?yàn)樵谀蓚?cè)的化學(xué)勢(shì)相等。如果在其中一側(cè)加入溶解性鹽，鹽溶液一邊的化學(xué)勢(shì)降低了。純水便會(huì)向鹽溶液一側(cè)滲透，從而產(chǎn)生一個(gè)滲透流，直到化學(xué)勢(shì)的平衡重新建立為止。膜的物理和化學(xué)性質(zhì)決定了在傳遞過程中水比鹽的優(yōu)先地位。
二、膜系統(tǒng)
膜系統(tǒng)是指膜分離裝置單元。壓力驅(qū)動(dòng)膜系統(tǒng)主要由預(yù)處理系統(tǒng)、升壓泵、膜組件（壓力容器和膜組件）、管道閥門和控制系統(tǒng)構(gòu)成。
三、影響膜性能的因素
反滲透過程的主要指標(biāo)是產(chǎn)水通量和脫鹽率。對(duì)于一定的膜組件，產(chǎn)水量和脫鹽率受到給水水質(zhì)條件和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的影響，最基本的給水水質(zhì)因素有含鹽量(濃度)、溫度和pH值等，運(yùn)行參數(shù)有壓力、給水流量和回收率等。下面就關(guān)于對(duì)產(chǎn)水量和脫鹽率產(chǎn)生影響的各操作因子做一般論述。
給水濃度
一定壓力下當(dāng)供給的原水濃度增高時(shí)，產(chǎn)水量就會(huì)減少。這是因?yàn)楣┙o水的滲透壓變高，有效壓力降低的緣故。脫鹽率受濃度影響非常大。通常濃度提高，產(chǎn)水量就會(huì)降低的同時(shí)，脫鹽率也會(huì)降低。但是當(dāng)非常低的濃度下，起初濃度增加，脫鹽率率也會(huì)稍許增加。隨后，隨著濃度的不斷增加脫鹽率就變的低下。
溫度的影響
反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)對(duì)進(jìn)水水溫的變化十分敏感，隨著水溫的增加，水通量也線性的增加，進(jìn)水水溫每升高1℃，產(chǎn)水通量就增加2.5％～3.0％；其原因在于透過膜的水分子粘度下降、擴(kuò)散性能增強(qiáng)。進(jìn)水水溫的升高同樣會(huì)導(dǎo)致透鹽率的增加和脫鹽率的下降，這主要是因?yàn)辂}分透過膜的擴(kuò)散速度會(huì)因溫度的提高而加快。
pH的影響
給水的pH值定義了它的酸堿性。進(jìn)水pH值對(duì)產(chǎn)水量幾乎沒有影響，而對(duì)脫鹽率有較大影響。由于水中溶解的CO2受pH值影響較大，pH值低時(shí)以氣態(tài)CO2形式存在，容易透過反滲透膜，所以pH低時(shí)脫鹽率也較低，隨pH升高，氣態(tài)CO2轉(zhuǎn)化為HCO3－和CO3－離子，脫鹽率也逐漸上升，在pH7.5～8.5間，脫鹽率達(dá)到。
流量的影響
在壓力一定的條件下，進(jìn)水流量降低時(shí)脫鹽率和產(chǎn)水量都會(huì)下降。一方面由于壓力不變而進(jìn)水流量降低會(huì)增加系統(tǒng)的濃縮倍率，提高了下游的給水濃度，滲透壓會(huì)相應(yīng)提高，從而降低了凈推動(dòng)壓力，降低了產(chǎn)水量，鹽濃度增加導(dǎo)致鹽透過增加，降低了脫鹽率。另一方面，降低進(jìn)水流量等于膜表面線速度的降低，增加了膜表面邊界層厚度和邊界層濃度，同樣提高了滲透壓和透鹽速率。
回收率
在壓力一定情況下，回收率增高，膜面的濃差極化比也提高，有效壓力則減小，最終產(chǎn)水量減小，同時(shí)脫鹽率也降低。和上面提到的流量的影響相同。膜系統(tǒng)回收率的限制來自于兩個(gè)方面，一個(gè)是存在滲透壓的影響，另外一個(gè)同原水水質(zhì)也密切相關(guān)?；厥章试龈邥r(shí)，溶解于溶液中的鹽呈過飽和狀態(tài)，會(huì)有鹽及其它溶質(zhì)析出在膜面沉淀、結(jié)垢的可能，會(huì)對(duì)膜性能帶來很大的危害。
四、反滲透系統(tǒng)的應(yīng)用
>反滲透系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛：（1）包括電力工業(yè)，如鍋爐補(bǔ)給水；（2）電子工業(yè)：半導(dǎo)體工業(yè)超純水；（3）食品工業(yè)；（4）制藥行業(yè)；（5）飲料工業(yè)；（6）化學(xué)工業(yè)：生產(chǎn)用水、廢水處理；（7）飲水工程：超純水制備、飲用水凈化；（8）石油化工：油田注入水、石化廢水深度處理；（9）海水淡化：海島地區(qū)、沿海缺水地區(qū)、船舶、海水油田等生產(chǎn)生活用水；（10）環(huán)保領(lǐng)域：電鍍漂洗水中貴重金屬、水的回收，實(shí)現(xiàn)或微排放
