显 微 镜 下 膜 的 照 片
在相对湿度为100％时，膜的含水量高达 60％，其中表皮层只含10％－20％，且主 要是以氢键形式结合的所谓一级结合水和 少量的二级结合水。 多孔层中除上述两种结合水外，较大的孔 隙中还充满着毛细管水，此层中含水率较 高。 正由于膜中存在这几种不同性质的水，决 定了CA膜具有良好的脱盐性能和适宜的透 水性能。 膜必须保存在水中。
（2）机理不同：超过滤的去除机理主
要是筛滤作用。在反渗透膜上分离过程 伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复 杂的物理化学作用。
（3）工作压力不同：超过滤的工作
压力低(0.07－0.7MPa)。反渗透所需的 工作压力高(大于2.8MPa)。 超滤装置与反渗透装置类似，目前我国 试验研究及生产中普遍用管式装置。
中空纤维反渗透组件简图
密封
中空纤维膜 外径50－200μ 内径25－42μ 密封 多孔进水管 浓水 浓水出口
耐压容器
透过水
进水
淡水出口
（4）中空纤维式反渗透膜组件
中空纤维为U形的膜组件
中空纤维式膜组件的特点：
单位体积膜表面积大。 制造和安装简单，不需要支撑物。 缺点是不能用于处理含有悬浮物的 废水，预处理必须经过滤处理。 难以发现损坏的膜。
这种膜有不对称结构，表面结构致密， 孔隙很小，通称为表皮层或致密层、活 化层；下层结构较疏松，孔隙较大，通 称为多孔层或支撑层。示意
CA膜是被水充分溶胀了的凝胶体。 由于铸膜液中的所有添加剂及溶剂 在制膜过程中先后被除去，膜中仅 含水分。链接
醋酸纤维素膜的结构示意图
1% 表皮层，孔径 （8－10）×10－10m 过渡层，孔径 200×10－10m 99％ 多孔层，孔径 （1000－4000） ×10－10m


膜表面的孔径机械筛分作用； 膜孔阻塞、阻滞作用； 膜表面及膜孔对杂质的吸附作用。
凡基于此原理所进行的浓缩或纯化溶液的分离方法，一般 称之为反渗透工艺。
反渗透是渗透的一种反向迁移运动，它主要是在压力推动
下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液中的济剂与溶质分开。
3．反渗透膜及其透过机理
（1）对反渗透膜的性能要求 选择性好，单位膜面积上透水量大，脱 盐率高； 机械强度好，能抗压、抗拉、耐磨； 热和化学的稳定性好，能耐酸、碱腐蚀 和微生物侵蚀，耐水解、辐射和氧化； 结构均匀一致，尽可能地薄，寿命长， 成本低。
锅炉补给水除盐软水；


海水、苦咸水淡化；
造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。
在浓水边加压，当压 2、反渗透的原理 力超过渗透压时，则 由于浓度差存在，半透膜 水透过半透膜，即反 又不允许溶质通过，所以 渗透，实现净化过程。 水透过膜，使浓水一边液 面升高，产生渗透压
开始时两边液 面相同
半透膜
渗透和反渗透原理示意图
（3）反渗透膜的透过机理
1）氢键理论 该理论认为，水透过膜是由于水分子和膜的 活化点形成氢键及断开氢键的过程。 即在高压作用下，溶液中水分子和膜表皮层 活化点缔合，原活化点上的结合水解离出来， 解离出来的水分子继续和下一个活化点缔合， 又解离出下一个结合水。
水分子通过一连串的缔合－解离过程，依次从一个 活化点转移到下一个活化点，直至离开表皮层，进 入多孔层。
膜组件的浓缩液(浓水)流到下一组膜组件处 理。流经n组膜组件，即称为n段。
级(permeate staging)：指膜组件
的产品水再经下一组膜组件处理。透过液产 品水经n次膜组件处理，称为n级。
一级一段的不同方式
一级一段连续式 一级一段循环式
可保证出水水质， 但水回收率低
可以提高水的回收 率，但出水水质有 可能下降
② CA膜的性质 （a）膜的方向性：
由于CA膜是一种不对称膜，因此，在进 行反渗透时，必须保持表层与待处理的 溶液或废水接触，而决不能倒置，否则 达不到处理的目的。
（b）选择透过性：
CA膜对无机电解质和有机物具有选择透 过性。
对电解质，离子价越高，或同价离子水合 半径越大，则脱除效果越好。 阳离子的脱除顺序为： Sr2+>Ba2+>Li+>Na+ >K+。阴离子的脱除 顺序为：柠檬酸根>酒石酸根>SO42>CH3COO->Cl->Br->NO3->I->SCN-。 对有机物，一般是水溶性好的、非解离性 的、分子量小的脱除效果较差。而解离性 大的、分子量大于200的有机物，则脱除 效果较好。对同一类有机物，随分子量增 大，脱除效率增加。对同分子量有机物， 随分子支链的增加，脱除效果变得更好。
（2）反渗透膜的分类
按成膜材料可分为有机膜和无机高聚物膜； 按膜的形状可分为平板状、管状、中空纤 维状膜； 按膜结构可分为多孔性和致密性膜，或对 称牲(均匀性)和不对称性(各向异性)结构 膜； 按应用对象可分为海水淡化用的海水膜、 咸水淡化用的咸水膜及用于废水处理、分 离提纯等的膜。
1）醋酸纤维素膜的结构及性能
四种反渗透装置的性能及操作特点
比较项目
填充密度 （m2 /m3）
板框式
20
管
式
150
螺旋卷式
250
中空纤维式
1800
易污染程度
膜清洗难度 膜更换难度 原水预处理 成本 相对价格
难
内压式易， 外压式难 内压式难， 外压式易 低 高
中等
易 一般 中等 高
易
难 易 高 低
易
难 易 高 低
（1）板框式反渗透膜组件
1、超过滤与反渗透的异同
超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都 是利用膜来分离废水中溶解的物质。 两种方法的共同点在于：
两种过程的动力同是溶液的压力，在溶 液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而 溶解的物质被阻滞在膜表面上。
两者区别在于： （1）膜不同：超过滤所用的膜(超滤膜)较疏 松，透水量大，除盐率低，一般用超过滤 分离高分子和低分子有机物以及无机离子 等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂的 分子大 10 倍，在这种系统中渗透压已经不 起作用了。 反渗透所用的膜 ( 反渗透膜 ) 致密，透水量 低，除盐率高，具有选择透过能力，用以 分离分子大小大致相同的溶剂和溶质，
2)优先吸附－毛细管流理论 该理论把反渗透膜看作一种微细多孔结 构物质，它有选择性吸附水分子而排斥 溶质分子的化学特性。 当水溶液同膜接触时，膜表面优先吸附 水分子，在界面上形成一层不含溶质的 纯水分子层，其厚度视界面性质而异， 或为单分子层或为多分子层。 在外压作用下，界面水层在膜孔内产生 毛细管流连续地透过膜。
2、超滤的原理

超滤又称为超过滤，通过膜表面的微孔结构对物质 进行选择性分离。当液体混合物在一定压力下流经 膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超滤液），而 大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提 高（称为浓缩液），从而实现大、小分子的分离、 浓缩、净化的目的。 用于去除废水中大分子物质和微粒（分子量>500）。 超滤截留大分子物质的机理是：
密封
密封
螺旋卷式膜组件组合示意图
膜叶
进 水
浓 水
透过水
透水 网状 材料
膜组件的组装示意图
端 盖
密 封 圈
膜 组 件
连 接 器
浓 缩 液
进 水 口
耐压 容器
透 过 液
工 业 应 用 的 反 渗 透 装 置
工业 应用 的反 渗透 装置 的膜 组件 之间 的连 接
螺旋卷式反溶透装置的特点：
结构紧凑，单位容积的膜面积大。 处理能力高，占地面积小，操作方 便。 缺点是不能处理含有悬浮物的液体， 原水流程短，压力损失大，浓水难 于循环以及密封长度大，清洗、维 修不方便，易堵塞。
① 膜的结构 醋酸纤维素是没有强烈氢键的无定形链状高 分子化合物。 制膜过程是将其溶解在丙酮中并加入甲酰胺 作添加剂，经混合调制、过滤、铸塑成型， 然后再经蒸发、冷水浸渍、热处理，即可得 到醋酸纤维素 (cellulose acetate,CA)膜。 外观为乳白色、半透明，有一定的韧性，膜 厚l00－250m。
一级多段连续式
水回收率高，浓缩液量少，浓度高，有利 于回收其中的有用物质。但出水水质差。
一级多段循环式
浓缩液浓度高，出水水质较好。
二级五段连续式
第二级
二、超过滤（Ultrafiltration)
1、超过滤与反渗透的异同 2、超过滤的原理 3、超滤膜及膜组件
4、 超滤的基本工艺流程
5、 超滤的特点及应用领域
（c）压密效应：
CA膜在压力作用下，外观厚度一般减少 25％―50％，同时，透水性及对溶质的 脱除率也相应降低，这种现象称为膜的 压密效应。这种塑性变形是不可逆的， 因此膜的性能在压力消失后不会恢复。 （d）膜的水解作用和生物分解作用： CA膜是一种酯，易于水解，水解速率与 pH值和水的温度有关。一般在碱性介质 中的水解速率比在酸性介质中大，在 pH4.5－5.2时最低。
6.1.3反渗透与纳滤
一、反渗透（RO） Reverse Osmosis
1、概述
2、反渗透基本原理
3、反渗透膜及其透过机理
4、反渗透装置
5、反渗透工艺流程
1、概述
反渗透是一项高新膜分离技术，其孔径很小，大都 ≤10×10 –10（10A），它能去除滤液中的离子范围 和分子量很小的有机物，如细菌、病毒、热源等。它 已广泛用于海水或苦咸水淡化、电子、医药用纯水、 饮用蒸馏水、太空水的生产，还应用于生物、医学工 程。 特点
3）溶解-扩散机理
溶剂与溶质透膜的机理是由于溶剂
与溶质在膜中的溶解，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。
4．反渗透装置
工业生产中使用的膜分离设备是由 多个构造相同的单个装置组合而成 的，一般把构成设备的相同的装置 称为膜组件（membrane module）。 反渗透膜组件有板框式（plate and frame)、管式(tubular modules)、 螺旋卷式(spirals wound)和中空纤 维式(hollow fiber)等四种。