什么是反滲透技術(shù)？反滲透技術(shù)是什么意思？滲透：當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側(cè)的水會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動將受到抑制而減慢 

滲透：當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側(cè)的水會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數(shù)值時，水通過膜的凈流量等于零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側(cè)的壓力大于滲透壓力時，水的流向就會逆轉(zhuǎn)，此時，鹽水中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。 

反滲透：RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)是利用壓力表差為動力的膜分離過濾技術(shù)，源于美國二十世紀六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉(zhuǎn)化為民用，目前已廣泛運用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。 

反滲透法通常又稱超過濾法，反滲透膜屬新材料范疇，是一種用高分子化學材料特殊加工制成的、具有半透性能的薄膜。它能夠在外加壓力作用下使水溶液中的某些組分選擇性透過，從而達到淡化、凈化或濃縮分離的目的。反滲透法的最大優(yōu)點是整個過程中無水相變化，能耗較少，而且設(shè)備投資省、建設(shè)周期短。它的能耗僅為電滲析法的1／2，蒸餾法的1／40。反滲透海水淡化的技術(shù)關(guān)鍵在于反滲透膜、高壓泵、能量回收裝置和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。 

反滲透海水淡化技術(shù) 
海水從取水頭部取出后，根據(jù)不同的海水水質(zhì)進行相應(yīng)的預(yù)處理過程，其目的是使海水在進入反滲透膜之前達到SDI<3等控制指標，以確保反滲透膜的使用壽命。經(jīng)過預(yù)處理的合格海水用高壓泵加壓送入反滲透膜組堆，透過反滲透膜的水經(jīng)收集后再經(jīng)過適當?shù)念A(yù)處理送入管網(wǎng)系統(tǒng)供用戶使用，未能透過反滲透膜的高壓濃鹽水進入能量回收裝置以回收其能量，經(jīng)過能量回收裝置的濃鹽水排回大海。 

由于反滲透膜在國外已經(jīng)是十分成熟的產(chǎn)品，因此反滲透海水淡化系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵在于合理的設(shè)計預(yù)處理系統(tǒng)、選用合適的高壓泵和能量回收裝置、設(shè)計完善的控制系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制、選用科學的材料和防腐措施以防止管路和系統(tǒng)的腐蝕。另外，對于開放式取水，除了保證系統(tǒng)的污染指數(shù)外，還必須采取科學的殺菌滅藻措施以防止微生物對系統(tǒng)的侵害。 

反滲透特點 
1、分離介質(zhì)：分子擴散膜，也稱半透膜。 
2、截留因素：水溶液的滲透壓和濃度。 
3、分離對象：分子態(tài)和離子態(tài)溶解物。 

RO反滲透膜孔徑小至納米級（1納米=10-9米），在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質(zhì)無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區(qū)分開來。RO膜過濾后的純水電導(dǎo)率 5 s/cm, 符合國家實驗室三級用水標準。 

反滲透膜的透過機理 
關(guān)于反滲透膜的透過機理，自20世紀50年代末以來，許多學者先后提出了各種不對稱反滲透膜的透過機理和模型，現(xiàn)介紹如下： 

一、氫鍵理論 
這個理論是由里德（Ried）等人提出的，并用醋酸纖維膜加以解釋。這種理論是基于一些離子和分子能通過膜的氫鍵的結(jié)合而發(fā)生聯(lián)系，從而通過這些聯(lián)系發(fā)生線形排列型的擴散來進行傳遞。在壓力的作用下，溶液中的水分子和醋酸纖維素的活化點——羰基上氧原子形成氫鍵，而原來的水分子形成的氫鍵被斷開，水分子解離出來并隨之轉(zhuǎn)移到下一個活化點，并形成新的氫鍵，如是通過這一連串氫鍵的形成與斷開，使水分子離開膜表面的致密活化層，由于多孔層含有大量的毛細管水，水分子能暢通流出膜外。 

二、優(yōu)先吸附-毛細孔流理論 
索里拉金等人提出了優(yōu)先吸附－毛細孔流理論。他們以氯化鈉水溶液為例，溶質(zhì)是氯化鈉，溶劑是水，膜的表面能選擇性吸水，因此水被優(yōu)先吸附在膜表面上，而對氯化鈉排斥。在壓力作用下，優(yōu)先吸附的水通過膜，就形成了脫鹽的過程。這種模型同時給出了混合物分離和滲透性的一種臨界孔徑的概念。臨界孔徑顯然是選擇性吸著界面水層的兩倍?；谶@種模型在膜的表面必須有相應(yīng)大小的毛細孔，根據(jù)這種理論，索里拉金等研制出具有高脫鹽率、高脫水性的實用反滲透膜，奠定了實用反滲透膜的發(fā)展基礎(chǔ)。 

三、溶液擴散理論 
朗斯代爾（Lonsdale）和賴利（Riley）等人提出溶解擴散理論。該理論假定膜是無缺陷的“完整的膜”，溶劑和溶質(zhì)透過膜的機理是由于溶劑與溶質(zhì)在膜中的溶解，然后在化學位差的推動力下，從膜的一側(cè)向另一側(cè)進行擴散，直至透過膜。溶劑和溶質(zhì)在膜中的擴散服從（Fick）定律，這種模型認為溶劑和溶質(zhì)都可能溶于均質(zhì)或非多孔型膜表面，以化學位差為推動力（常用濃度差或壓力差來表示），分子擴散使它們從膜中傳遞到膜下部。因此，物質(zhì)的滲透能力不僅取決于擴散系數(shù)，而且取決于其在膜中的溶解度。溶質(zhì)的擴散系數(shù)比水分子的擴散系數(shù)小得越多，高壓下水在膜內(nèi)的移動速度就越快，因而透過膜的水分子數(shù)量就比通過擴散而透過去的溶質(zhì)數(shù)量更多。 

目前一般認為，溶解擴散理論較好的說明膜透過現(xiàn)象，當然氫鍵理論、優(yōu)先吸附－毛細孔流理論也能夠?qū)Ψ礉B透膜的透過機理進行解釋。此外還有學者提出擴散－細孔流理論，結(jié)合水-空穴有序理論以及自由體積理論等。也有人根據(jù)反滲透現(xiàn)象是一種膜透過現(xiàn)象，因此把它當作非可逆熱力學現(xiàn)象來對待?？傊?，反滲透膜透過機理還在發(fā)展和完善中。 

四、有機物去除機理 
對于有機溶質(zhì)的脫除機理最初認為純屬篩網(wǎng)效應(yīng)其脫除率主子量大小和形狀有關(guān)。后來經(jīng)過大量的研究，發(fā)現(xiàn)膜與有機溶質(zhì)的電荷斥力對脫除率的影響有時不容忽視。近年來的研究證明，膜對有機溶質(zhì)的脫除主要受兩方面的影響：一是膜孔徑的機械篩除作用；二是膜與有機物間排斥力的作用，這種排斥作用的大小與膜材料和有機物的物理化學特征參數(shù)有很大的關(guān)系。這些物理比學特征參數(shù)及其對分離度的影響(不考慮膜孔徑的機械篩除作用)介紹如下。 

1、極性參數(shù) 
極性效應(yīng)表征的是有關(guān)分子的酸性或堿性。以下參數(shù)中的任何一個均可以給出極性效應(yīng)以定量的量度。 

(1)△Ms(酸性)或△Ms(堿性) 
△Ms(酸性)是溶質(zhì)(ROH)在CC14和醚溶液中測得的紅外光譜中OH譜帶最大值的相對位移，△Ms(堿性)是溶質(zhì)(CH3OD)在苯中測得的紅外光譜中OD譜帶最大值的相對位移△Ms(酸性)或△Ms(堿性)的數(shù)據(jù)分別與質(zhì)子給予體或質(zhì)子接受體的分子的相對氫鍵鍵合能力相聯(lián)系。氫鍵鍵合能力愈大，表示一種酸(如醇或酚)給予質(zhì)子的能力愈大或一種堿(如醛、酮)接受質(zhì)子的能力愈大。由于質(zhì)子給予能力與質(zhì)子接受能力表現(xiàn)出相反的趨勢，因此△Ms(酸性)的增加值等于△Ms(堿性)的減小值。 

一般來說，有機溶質(zhì)的△Ms(酸性)增加，表示有關(guān)分子與膜的氫鍵鍵合能力增強，這種增強的結(jié)果就會減小膜與有機溶質(zhì)間的排斥力。因此，隨著△Ms(酸性)的增加，有機物的分離度減小?；蛘哒f，隨著△Ms(堿性)的增加，有機溶質(zhì)與膜的氫鍵鍵合能力減小，因此膜與有機溶質(zhì)間的排斥力增大，有機物的分離度增加。但當△Ms(堿性)值超過隨某一化合物的種類而異的值時，隨著△Ms(堿性)的增加，溶質(zhì)分離度的增加甚微。 

(2)解離常數(shù)Ka或pKa (PK＝－logKa ) 
解離常數(shù)是水溶液中具有一定離解度的溶質(zhì)的的極性參數(shù)。離解常數(shù)給予分子的酸性或堿性以定量的量度，pKa減小，對于質(zhì)子給予體來說，其酸性增加；對于質(zhì)子接受體來說，其堿性增加。 

對于酸性有機物來說，隨著pKa的減小，一方面，有機溶質(zhì)與膜的氫鍵鍵合能力增強，相當于溶質(zhì)與膜間的吸引力增加，因而分離度下降；另一方面，它離解成為離子的傾向增加，相當于增強了該有機物與膜之間的靜電斥力，從而分離度升高。上述兩種作用的相伴相克，起主導(dǎo)作用的因素決定著分離度高低的走向。因此，對于酸性分子來說，酸性的大小和pKa共同影響著溶質(zhì)分離度。與酸性有機物有所不同，對于堿性有機溶質(zhì)來說，隨著pKa的減小，有機溶質(zhì)與膜間的靜電斥力增加，去除率升高。 

(3)Hammet數(shù)或Taft數(shù) 
Hammet數(shù)σ是表示芳香族間位或?qū)ξ蝗〈臉O性常數(shù)，Taft數(shù)σ*是表示芳香族鄰位化合物或脂肪族化合物中取代基的極性常數(shù)。σ和σ*兩者定量表示取代基對有機分子的極性效應(yīng)的影響；σ和σ*具有加和性；取代基的σ和σ*值愈低，它的電子收回能力(或質(zhì)子給予能力)愈小。因此對一給定的官能團，σ和σ*值的降低相當于分子的酸性降低或堿性增加。一般來說，無論是酸還是堿，有機溶質(zhì)的分離度隨著σ和σ*值的減小而增加。 

2、位阻參數(shù)（Es） 
Es是表示有機物原子之間或原子與官能團之間相互排斥力的常數(shù)，ΣEs為所有官能團的Es之和。ΣEs減小，表明有機溶質(zhì)的位阻障礙增大，因而去除率增加。ΣEs正常用來表示對醚的分離度的影響。ΣEs降低，溶質(zhì)的分離度趨于增加。 

3、 非極性參數(shù)（Small數(shù)或修正Small數(shù)） 
Small數(shù)S是表示非極性有機分子間凝聚力的常數(shù)，又稱摩爾吸引常數(shù)：修正Small數(shù)（ΣS*）是表示非極性有機分子疏水程度相對大小的常數(shù)，它是松蒲和Souriragan等利用溶質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù)對凝聚力進行修正后而得到的，故稱修正Small數(shù)。Small數(shù)或修正Small數(shù)常用來表示對碳氫化合物分離度的影響。碳氫化合物的的溶解度越高，修正Small數(shù)越小。 

溶質(zhì)的Small數(shù)或修正Small數(shù)增大，意味著疏水或非極性增強。松蒲等人通過大量的研究發(fā)現(xiàn)，對于同一張膜來說，ΣS*值增加，溶質(zhì)的分離度趨于增加。 

五、無機物去除機理 
關(guān)于反滲透膜去除無機物的原理有多種理淪，現(xiàn)將幾種主要的介紹如下。 

1、 Scatchafd理論 
該理論認為溶質(zhì)的分離與膜及溶液的介電常數(shù)有關(guān)，荷電離子在不同介電常數(shù)的介質(zhì)中具有不同的離子濃度，介電常數(shù)越低，該離子濃度也越低。這里把溶液和膜分別記作為I相和II相，相應(yīng)的介電常數(shù)分別為和II，并以“膜一溶液”兩相界面(記作I－)作為計算距離的基準。離子濃度是距離的函數(shù)，因為>1I，所以在液相中，距離I－界面越遠，離子濃度越高；在膜中，距離I－II界面越遠，離子濃度越低。

Scatchard認為，膜與溶液的介電常數(shù)差別越大，或者說膜的介電常數(shù)越小溶液的介電常數(shù)越大，則離子在膜表面處及膜內(nèi)的渡度越小。膜內(nèi)離子濃度越低，膜對溶質(zhì)的去除率越高。因此，為了提高膜的分離性能，應(yīng)選擇介電常數(shù)較低的膜材料。Scatchafd還發(fā)現(xiàn)，溶液的濃度越高，膜的去除率越低。 

2、 Gluckauf理論 
Gluckauf認為膜存在著細孔，細孔半徑為r，如圖6-2所示。由于膜與溶液的介電常數(shù)不同， 離子從溶液中進入膜內(nèi)需要一定的能氫E)：式中，4為離子電荷；是與Debye -Huckel模型中的離子半徑( 1/Kρ)和膜孔徑有關(guān)的常數(shù)， 為離子半徑?？字蠦處離子濃度(C孔)服從Boltzmann分布； C孔=Cexp（－E/（Kρ））式中，kc為Boltzmann常數(shù)；T為溶液的溫度。 

由上式可以看出，溶質(zhì)的去除率與膜的孔徑、膜的介電常數(shù)、離子的水化體積、離子所帶的電荷、離子的濃度以及溶液的溫度有關(guān)。 

2.1、Bean理論 
Bean在Gluckauf理論的基礎(chǔ)上，利用Parsegian的研究成果計算得到去除率R為；式中，μ為細孔內(nèi)溶液的粘度；D為水中溶質(zhì)的擴散系數(shù)。由上式可以看出，溶質(zhì)的去除率與操作壓力及膜孔徑有關(guān)。 

2.2、離子與溶劑的相互作用 
松浦等人為了研究離子與溶劑的相互作用對膜透過性能的影響，提出了的△△G概念?！鳌鱃是離子從主體溶液進入Ⅰ－Ⅱ相界面所需要的自由焙差。即 △△G=△Gr－△GB 式中，△△G為Ⅰ－Ⅱ相界面處離子與溶劑相互作用的自由烙差，由離子水化自由燴△GB為主體溶液中離子與溶劑相互作用自由焙差，由反滲透實驗數(shù)據(jù)推算。 

△△G >0，表明離子從主體溶液遷移至膜表面為反自發(fā)過程，即膜排斥該離子；反之△△G < 0，則離子從主體溶液遷移至膜表面為自發(fā)過程，即膜吸引該離子。 

松浦等人根據(jù)醋酸纖維素膜對各電解質(zhì)分離的實驗結(jié)果和離子的水化自由焙，求出了離子的△△G。發(fā)現(xiàn)有如下規(guī)律； 
(1) 陽離子的G為負值，陰離子的G為正值。這表明膜吸引陽離子而排斥陰離子，可以推測醋酸纖維素膜呈負電性。 
(2) 1價陽離子的G比2價陽離子的G更負，這預(yù)示著1價陽離子的分離效果比2價陽離子的差。 
(3) 對于鹵素離子，隨著離子半徑增加G下降，因而去除率隨離子半徑增大而下降。 

反滲透膜及膜裝置類型 
一、反滲透膜類型 
一般來說，反滲透膜應(yīng)具備以下性能： 
①單位面積上透水量大，脫鹽率高； 
②機械強度好，多孔支撐層的壓實作用?。?nbsp;
③化學穩(wěn)定性好，耐酸、堿腐蝕和微生物侵蝕； 
④結(jié)構(gòu)均勻，使用壽命長，性能衰降慢； 
⑤制膜容易，價格便宜，原料充足。 

影響膜性能因素： 
①回收率/轉(zhuǎn)變率； 
③壓力； 
④壓密； 
⑤濃差極化。 

據(jù)此，目前較常用的膜類型有： 
①醋酸纖維膜（CA膜） 
CA膜又可以分為平膜、管式膜和中空纖維膜幾類。CA膜具有反滲透膜所需的三個基本性質(zhì)：高透水性、對大多數(shù)水溶性組分的滲透性相當?shù)?、具有良好的成膜性能?nbsp;

②聚酰胺膜（PA膜） 
聚酰胺膜又可以分為脂肪族聚酰胺膜、芳香聚酰胺膜（成膜材料為芳香聚酰胺、芳香聚酰胺-酰肼以及一些含氮芳香聚合物） 

③復(fù)合膜 
這是近些年來開發(fā)的一種新型反滲透膜，它是由很薄的而且致密的符合層與高空隙率的基膜復(fù)合而成的，它的膜通量在相同的條件下比非對稱膜高約50%－100%。目前復(fù)合膜有以下幾種： 
a.交聯(lián)芳香族聚酰胺復(fù)合膜（PA）； 
b.丙烯-烷基聚酰胺和縮合尿素復(fù)合膜； 
c.聚哌嗪酰胺復(fù)合膜； 
d.氧化鋯-聚丙烯酸復(fù)合膜。 

3.2反滲透裝置型式 

1、 板框式反滲透裝置 
這種形式的裝置由Aerojet通用公司發(fā)展起來的，教適合于小的和低壓工廠。膜支撐體在一種圓形平板上，這塊平板稱為多孔板，常見的有不銹鋼多孔板和聚氯乙烯多孔板，產(chǎn)水通過多孔板匯集起來。這種裝置存在以下缺點：①安裝和維護費用高，②進料分布不均勻，③流槽窄，④多級膜裝卸復(fù)雜，⑤單位體積中膜的比表面積低，產(chǎn)水量少。盡管有這些缺點，但由于它的結(jié)構(gòu)簡單可靠，體積比管式裝置小，在小規(guī)模的生產(chǎn)場所還是有一定的優(yōu)勢的。 

2、管式反滲透裝置 
這種裝置在實際應(yīng)用中是很有意義的。它能夠處理含懸浮顆粒和溶解性物質(zhì)的液體，像沉淀一樣在管式裝置中把料液進行濃縮，運行期間系統(tǒng)處處都可以保持良好的排水作用，適當調(diào)節(jié)水力條件，常?？梢灶A(yù)防溶液的濃縮弄臟或堵塞膜。其主要優(yōu)缺點可以歸納如下： 
優(yōu)點：①能夠處理含懸浮固體的溶液，②合適的流動狀態(tài)就可以防止?jié)獠顦O化和膜污染等，并容易調(diào)整。 
缺點：①設(shè)備端部用膜較多，裝置制造和安裝費用較昂貴。②單位體積中膜的比表面積小。③必須把管子外部包起來。④要使用支撐材料 

3、 螺旋式反滲透裝置 
美國通用原子公司（Gulf General Atomic Co）發(fā)展了這種裝置。這種螺旋式結(jié)構(gòu)的中間為多孔支撐材料，兩邊是膜的“雙層結(jié)構(gòu)”，它的末端是沖孔的塑料管。雙層膜的邊緣與多孔支撐材料密封形成一個膜袋（收集產(chǎn)水），在膜袋之間再鋪上一層隔網(wǎng)，然后沿中心管卷繞這種多層材料（膜/多孔支撐材料/膜/料液隔網(wǎng)），就形成了一個螺旋式反滲透組件。將卷好的螺旋式組件，放入壓力容器中，就成為完整的螺旋式反滲透裝置。使用這種螺旋式反滲透裝置時應(yīng)注意：①中心管主要褶皺處的泄露②膜及支撐材料在粘結(jié)線上發(fā)生皺紋③膠線太厚可能會產(chǎn)生張力或壓力不均勻④支撐材料的移動會使膜的支撐不合理，導(dǎo)致平衡線移動⑤膜上有小孔洞，這是由于膜的質(zhì)量不合格所致。目前，美國制作螺旋式組件已實現(xiàn)機械化，采用一種0.91m滾壓機，連續(xù)噴膠將膜與支撐材料粘密封結(jié)在一起，并滾轉(zhuǎn)成螺旋式組件，牢固后不必打開即可使用。 

螺旋式組件的主要優(yōu)缺點是： 
優(yōu)點：①單位體積中膜的表面積比率大②壓力導(dǎo)管的設(shè)計簡單，具有擾性，安裝和更換容易，結(jié)構(gòu)可以緊密放在一起。 
缺點：①料液含懸浮固體時不適宜②料液流動路線短③壓力消耗高④再循環(huán)濃縮困難。 

4、中空纖維式反滲透裝置 
美國杜邦公司和道斯化學公司提出用純中空纖維素作為反滲透膜，制造出中空纖維式反滲透裝置。這種裝置類似于一端封死的熱交換器，其中含有外徑50μm、內(nèi)徑25μm；裝成一種圓柱形耐壓容器中，或是將中空纖維彎成U形裝入耐壓容器中，由于這種中空纖維極細，通?？梢匝b填幾百萬根。高壓溶液從容器旁打進去，經(jīng)過中空纖維膜的外壁，從中空纖維管束的另一端把滲透液收集起來，濃縮后的料液從另一端連續(xù)排掉。 

中空纖維式反滲透裝置的主要優(yōu)缺點如下： 
優(yōu)點：①單位體積中膜的表面積比率高，一般可達到16000－30000m2/m3，因此組件可以小型化；②膜不需支撐材料，中空纖維本身可以受壓而不破裂。 
缺點：①膜表面去污困難，料液需經(jīng)嚴格預(yù)處理；②中空纖維膜一旦損壞是無法更換的。 
由此我們可以給優(yōu)質(zhì)反滲透裝置作出以下要求： 
① 對膜能提供合適的支撐 
② 處理溶液在整個膜面上必須均勻分布 
③ 在最小能耗情況下，對處理溶液提供良好的流動狀態(tài) 
④ 單位體積中膜的有效面積比率高 
⑤ 組件容易拆卸和更換 
⑥ 便于膜的拆卸和組裝 
⑦ 在運行壓力下，有效的工作時安全與可靠性高 
⑧ 外部泄露能盡可能從壓力的變化上發(fā)現(xiàn) 
⑨ 建造、維護費用都是方便的。 

我國是世界上少數(shù)幾個掌握海水淡化先進技術(shù)的國家之一，自50年代開始研究海水淡化技術(shù)以來，對此一直非常重視，連續(xù)幾個五年計劃都將海水淡化列入國家科技攻關(guān)項目，并將海水淡化產(chǎn)業(yè)化列入了《當前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南》。經(jīng)過40余年的發(fā)展，我國不但建立了海水淡化科研基地，培養(yǎng)和鍛煉了專門人才，而且在海水淡化領(lǐng)域取得了令人矚目的成績，奠定了我國在海水淡化領(lǐng)域的世界強國地位。 

反滲透技術(shù)日臻成熟。經(jīng)過500噸／日、1000噸／日海水淡化和18000噸／日苦咸水淡化的工程實踐，我國的反滲透海水淡化技術(shù)進一步得到完善。目前我國已經(jīng)比較完整的掌握了海水淡化工程設(shè)計的相關(guān)參數(shù)，并開發(fā)了較為豐富的工程化技術(shù)，具備了相當?shù)漠a(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。