第3节 反渗透技术
一、概述 反渗透、纳滤、超滤和微滤的比较
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RO和UF的不同
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二、渗透与渗透压
一种溶剂可通过半透膜进入另一种溶 液,或者是从一种稀溶液进入到一种比较 浓的溶液，这种现象叫～。
1748年，法国物理学家J.A.Nollet首次 发现渗透现象。
1830年,法国生物学家R.J.Henri Dutrochet 第一次对渗透现象进行半定量研究，并将渗透 现象命名为osmosis。
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RO 图示
进料水供应
水源：地表/下水，废水 水质参数,水温变化
335
220
670
9180
27
0.073
670
1）指以5000ppmNaCl溶液作为原液,脱盐率达92－96％时的透水率。
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五、反渗透系统的布置形式
用于回收率（淡水产量与原水进水量的比值） 50%以下的工艺。
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2）循环式,可提高水的回收率，但出水水 质下降。
3）多段式,即多级串联。用两极串联可将 回收率提高到70-75%，用三级串联可提 高到80-85%。
透
压
渗透压:维持渗透平衡所施
加的压力
p< π 纯水 p＝ π 平衡 p> π 纯水
溶液 渗透 溶液 反渗透
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稀溶液中渗透压的Vant Hoff方程: π=iCRT
式中：C——溶质浓度。 发表于1885年。 测定溶剂吸引溶液的引力。
实现反渗透具备： 1. 选择性半途膜, 2. P>π 。
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优点:可以拆开清洗,换膜方便 缺点:结构复杂,不能反冲洗
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（2）管式
内压式:膜涂在管内,料液由管内走; 外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。
内压管式:
料液
多孔管 膜
外压管式:
料液
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优点:低能耗,结构牢固，紧凑 缺点:不容易清洗,不能反冲洗
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（3）卷式
优点: ①单位体积中膜的表面积大; 缺点：①料液含悬浮固体时不适宜；②料液流
膜表面
H2O H2O
Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O
H2O H2O H2O H2O
H2O H2O H2O
Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O H2O H2O
膜表面
临界孔径
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四、反渗透装置
膜组件、泵和各种仪表、管路
膜组件:将膜以某种形式组装在一 个基本单元设备内,在外压作用下，能 实现对溶质与溶剂的分离的单元设备。
索里拉金提出,膜表面具有亲水性，能 选择性地吸水，形成1个水分子厚的纯水层， 而排斥溶质。施加压力时，优先吸附的纯 水膜中的水不断通过膜，盐类则被膜排斥， 化合价越高排斥越远。
压力
H2O H2O
主体溶液
界面
H2O H2O H2O H2O
Na+ClNa+Cl-
Na+ClNa+ClNa+ClH2O
多孔膜
适于中小容量 规模；已商业 化
适于中小容量 规模。已商业 化
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
膜的堆积密度大；制作工艺和技术较复杂，
密封较困难；
适于大容量规
易堵塞，不易清洗；
模；已商业化
不宜在高压下操作
制作工艺和技术复杂； 易堵塞，清洗不易
氢键理论
里德（Reid）提出,盐水中的水与CA 膜上的羰基的氧原子形成氢键，即形成 结合水。在压力的作用下，通过一连串 的氢键断裂与形成而不断移位，直到流 到膜外，源源不断地流出淡水。
水分子逐渐从膜面进入膜内,最后透过膜;溶质通过高分子链间空穴， 以空穴型扩散透过膜。
选择性吸附-毛细流动理论
均质膜
非对称性膜
微孔对称性膜
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复合膜
高压海水淡化RO膜的结构
海水
超薄脱盐层 交联芳香族聚酰胺 0.3um
支撑层 聚砜,45um
0.5um
RO膜截面图 (UHR-FE SEM) 产品水
基Ba层se Fabric 无No纺n-w布1o0v0e聚unm酯Po层lyes,1te0r 0um
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（2）透过机理
动路线短；③压力消耗高。
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（4）中空纤维式反渗透装置 杜邦公司提出。
中空纤维
高压原水
淡水 浓水
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优点: ①装填密度高,可达16000～30000m2/ m3，
组件可小型化; ②膜不需支撑材料，可受压而不破裂。
缺点： ①膜面去污困难，料液预处理严格； ②膜损坏无法更换。
类 型 板 框 式
管式
螺旋 卷式
中空 纤维 式
各反渗透装置的优缺点比较
优点
缺点
使用状况
结构紧凑、简单、牢固、能承 受高压；可使用强度较高的平 板膜；性能稳定，工艺简便
装置成本高，流动状态 不良，浓差极化严重； 易堵塞，不易清洗，膜 的堆积密度较小
膜容易清洗和更换；原水流动 状态好，压力损失较小，耐较 装置成本高； 高压力；能处理含有悬浮物的、 管口密封较困难； 粘度高的，或者能析出固体等 膜的堆积密度小 易堵塞流水通道的液体
适于大容量规 模；已商业化
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各种反渗透装置的特点比较
类型
板框式
内压管 式
外压管 式
螺旋卷 式
中空纤 维式
膜堆积密度 （m2/m3）
492 328
328
656
操作压力 （kg/cm2）
56 56
70
56
透水率1） （m3/(m2·d)
） 1.00
1.00
0.61
1.00
单位体积的透 水量
（m3/(m3·d)） 502
1867年,德国生物化学家M.Traube制出了 真正的半透膜。
1877年,德国植物学家W.Pfeffer对蔗糖 的渗透压进行了广泛的定量测定测定。
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硫氰化铜沉积多孔
磁筒上所形成的半
透膜
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渗透到半透膜的两侧出现一定的压力差 时才停止。这个压力差称为渗透压π。
渗透平衡:膜两侧水分子的渗
渗
透速度相等
对优质反渗透装置的要求: ①能为膜提供合适的支撑; ②处理液在膜上均布； ③最小能耗,提供良好的流状； ④膜的装填密度高； ⑤易拆卸更换和组装； ⑥安全可靠； ⑦泄漏能从压力变化上发现； ⑧建造、维护和修理方便。
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（1）板框式 构造:多孔板两面+反渗透膜。 流程： 特点：耐高压,占地大，易浓差极化。
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三、膜及其透过机理
（1）膜材料、膜分类及其结构 常用:醋酸纤维素（CA）膜和芳香族聚酰 胺膜。 性能要求： 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，耐酸、碱和微生物 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。
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从结构可分为均质膜、非对称膜、复合膜