反滲透膜 Ro-membrane

反滲透膜

反滲透，英文為Reverse Osmosis，它所描繪的是一個自然界中水分自然滲透過程的反向過程。早在1950年美國科學家DR.S.Sourirajan有一回無意中發現海鷗在海上飛行時從海面啜起一大口海水，隔了幾秒后吐出一小口的海水。他由此而產生疑問：陸地上由肺呼吸的動物是絕對無法飲用高鹽份的海水，那為什么海鷗就可以飲用海水呢？這位科學家把海鷗帶回了實驗室，經過解剖發現在海鷗囔嗉位置有一層薄膜，該薄膜構造非常精密。海鷗正是利用了這薄膜把海水過濾為可飲用的淡水，而含有雜質及高濃縮鹽份的海水則吐出嘴外。這就是以后逆滲透法（Reverse Osmosis 簡稱 R.O）的基本理論架構。

反滲透（RO）技術是膜分離技術的一個重要組成部分。反滲透是滲透的反向遷移運動，是一種在壓力驅動下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法。反滲透技術廣泛應用于各種液體的提純與濃縮，其中最普遍的應用實例便是在水處理工藝中，用反滲透技術將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物及膠體等雜質去除，以獲得高質量的純凈水。因具有產水水質高、運行成本低、無污染、操作方便運行可靠等諸多優點，而成為海水和苦咸水淡化，以及純水制備的最節能、最簡便的技術。

對透過的物質具有選擇性的薄膜成為半透膜。一般將只能透過溶劑而不能透過溶質的薄膜視為理想的半透膜。當把相同體積的稀溶液和濃液分別置于一容器的兩側，中間用半透膜阻隔，稀溶液中的溶劑將自然的穿過半透膜，向濃溶液側流動，濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，形成一個壓力差，達到滲透平衡狀態，此種壓力差即為滲透壓。滲透壓的大小決定于濃液的種類，濃度和溫度與半透膜的性質無關。若在濃溶液側施加一個大于滲透壓的壓力時，濃溶液中的溶劑會向稀溶液流動，此種溶劑的流動方向與原來滲透的方向相反，這一過程稱為反滲透

反滲透法最早使用于美國太空人將尿液回收為純水使用。醫學界還以反滲透法的技術用來洗腎（血液透析）。反滲透膜可以將重金屬、農藥、細菌、病毒、雜質等徹底分離。整個工作原理均采用物理法，不添加任何殺菌劑和化學物質，所以不會發生化學變相。并且反滲透膜并不分離溶解氧，所以通過此法生產得出的純水是活水，喝起來清甜可口。

反滲透機理

有幾個經典模型

1.優先吸附毛細孔模型：弱點干態電鏡下，沒發現孔。濕態膜標本不是電鏡的樣品。

2.溶解擴散模型：不認為有孔。

3.干閉濕開模型：上工世紀80，90年代，鄧宇等提出的，能夠解釋1和2模型的統一的現代最貼切的逆滲透機理模型。“干閉濕開”反滲透模型，統一了兩個最經典的反滲透機制模型，細孔模型，溶解擴散模型。即膜干時，膜孔收縮致密，孔隙閉合，電鏡下看不到；膜濕時，膜材料溶脹，膜的孔隙被溶劑溶脹，孔打開。合并就是“干閉濕開”脫鹽模型。

反滲透應用

目前，反滲透技術已成為現代工業中首選的水處理技術，廣泛應用于醫藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業。

在水處理方面使用反滲透技術在全世界的公認度：

　　1、Harvard美國哈佛大學醫學院檢驗合格。

　　2、美國國家衛生試驗所檢驗標準。

　　National Sanitation Foundation Testing Laboratory Seal

　　3、美國LOMA LINDA大學醫學院檢驗合格。

　　4、美國加州ORANGE COUNTY自來水管理局獎賞。

　　5、Dr.T.C.McDANIEL美國醫學學會推薦。

　　6、Wcts檢驗合格。

　　7、CCEL檢驗超標準。

　　8、NASA美國太空總署采用航天飛機裝備。

　　9、Coca cola（可口可樂）公司采用。

　　10、美國海軍采用使海水變淡水。

膜材質

常見的反滲透膜材料有兩大類。

（1）醋酸纖維素膜元件

 一般用纖維素經酯化生成三醋酸纖維，再經二次水解成混合一、二、三醋酸纖維。影響膜的脫鹽率與產水量最重要的因素是乙酰含量高則脫鹽率高，但產水量少。醋酸纖維素膜本質上的弱點是，隨時間的推移，酯基官能團將水解，同時脫鹽率逐漸下降而流量增加，隨著水解作用的加強，膜更易受到微生物侵襲，同時膜本身也將失去它的功能和完整性。

（2）復合膜元件

復合膜的主要支持結構是經砑光機砑光后的聚酯無紡織物，其表面無松散纖維并且堅硬光滑，由于聚酯無紡織物非常不規則并且太疏松，不適合作為鹽屏障層的底層，因而將微孔工程塑料聚砜澆注在非紡織物表面上，聚砜層表面的孔控制在大約15nm，屏障層采用高交聯度的芳香聚酰胺，厚度大約在0.2um。高交聯度芳香聚酰胺由苯三酰氯和苯二胺聚合而成。復合膜與醋酸纖維素膜相比有以下優點。

①     化學穩定性好。醋酸纖維素膜不可避免地會發生水解，醋酸纖維素膜連續運行允許的pH值范圍為4～6，清洗時允許是pH值范圍為3～7，pH值為5.7時水解速度最慢，這就導致預處理時加酸來量大，清洗時可選用的藥品范圍窄，不易獲得滿意的清洗效果，復合膜連續運行允許的pH值范圍一般為2～11，清洗時允許的pH值范圍一般為1～12。

②     生物穩定性好。復合膜不易受微生物侵襲，而醋酸纖維素膜易受微生物侵襲。

③     復合膜的傳輸性能好，即Kw大而Ks小。

④     復合膜在運行中不會被壓緊，因此產水量不隨使用時間而改變，而醋酸纖維素膜在運行中會被壓緊，因而產水量不斷下降。

⑤     復合膜的脫鹽率基本不隨使用時間而改變，而醋酸纖維素膜由于不可避免的水解，脫鹽率會不斷下降。

⑥     復合膜由于Kw大，其工作壓力低，反滲透給水泵用電量與醋酸纖維素膜相比減少了一半以上。

⑦     醋酸纖維素膜的壽命一般僅3年，而復合膜有些已使用5年或者8年，性能仍完好如初。復合膜的缺點是抗氧化性較差。

由于醋纖膜在材質及性能上存在先天不足（易被細菌吞蝕、PH使用范圍窄、脫鹽率低等），因此推廣應用困難較大，目前該材質膜已逐漸被淘汰，起而代之的是一種高脫鹽率、低壓、穩定性好的復合膜。

衡量反滲透膜性能的主要指標

脫鹽率

　　脫鹽率=（1–產水含鹽量/進水含鹽量）×100%

　　膜元件的脫鹽率在其制造成形時就已確定，脫鹽率的高低取決于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，同時產水量越低。反滲透對不同物質的脫鹽率主要由物質的結構和分子量決定，對高價離子及復雜單價離子的脫鹽率可以超過99%，對單價離子如：鈉離子、鉀離子、氯離子的脫鹽率稍低，但也可超過了98%（膜使用時間越長，化學清洗次數越多，反滲透膜脫鹽率越低。）；對分子量大于100的有機物脫除率也可過到98%，但對分子量小于100的有機物脫除率較低。

透過速度

　　水通量——指反滲透系統的產水能力，即單位時間內透過膜水量，通常用噸/小時或加侖/天來表示。

　　鹽透過速度——在單位時間、單位膜面積上透過的鹽量，也叫透鹽率、鹽通量。

回收率

　　回收率——指膜系統中給水轉化成為產水或透過液的百分比。依據預處理的進水水質及用水要求而定的。膜系統的回收率在設計時就已經確定，

回收率=（產水流量/進水流量）×100%