反滲透膜技術(shù)

反滲入膜技術(shù)主講人：馬思達(dá)王東興第1頁(yè)反滲入現(xiàn)象發(fā)覺

1950年美國(guó)科學(xué)家DR.S.Sourirajan無意間發(fā)覺海鷗在海上飛行時(shí)，從海面啜起一大口海水,隔了幾秒后,吐出一小口海水,而產(chǎn)生疑問，由于陸地上由肺呼吸動(dòng)物是絕對(duì)無法飲用高鹽份海水。解剖后發(fā)覺海鷗體內(nèi)有一薄膜，海鷗將海水吸入體內(nèi)后加壓，使水分子透過薄膜轉(zhuǎn)化為淡水，而具有雜質(zhì)和高濃縮鹽分濃縮海水則吐出嘴外。美國(guó)政府投入巨額資金研究反滲入膜，用于太空飛船使用，后逐漸轉(zhuǎn)化為民用。第2頁(yè)一、概念反滲入(ReversOsmosis簡(jiǎn)稱RO)技術(shù)，是利用反滲入膜只能透過溶劑(一般是水)而截留離子物質(zhì)或小分子物質(zhì)選擇透過性，以膜兩側(cè)壓差為推進(jìn)力，而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶劑與溶質(zhì)分離過程。反滲入膜(reverseosmosismembrane)是反滲入過程所用半透膜，只能透過水分子而不能透過鹽分子。第3頁(yè)反滲入膜是實(shí)現(xiàn)反滲入關(guān)鍵元件，是一種模擬生物半透膜制成具有一定特性人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纖維素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔直徑一般在0.5～10nm之間，透過性大小與膜本身化學(xué)構(gòu)造有關(guān)。第4頁(yè)二、原理第5頁(yè)壓力（要大于滲入壓力）大分子供水水反滲入反滲入膜

鹽二、原理錯(cuò)流過濾：在泵推進(jìn)下料液平行于膜面流動(dòng)，與死端過濾不一樣是料液流經(jīng)膜面時(shí)產(chǎn)生剪切力把膜面上滯留顆粒帶走，從而使污染層保持在一種較薄水平。第6頁(yè)

反滲入技術(shù)屬于壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離技術(shù)，操作壓力一般為1-10MPa．截留組分為0.1-1nm離子或小分子物質(zhì)。伴隨膜技術(shù)不停發(fā)展和迫于能源危機(jī)要求，人們進(jìn)行了超低壓反滲入膜開發(fā)，現(xiàn)已可在不大于1MPa壓力下進(jìn)行部分脫鹽。

反滲入膜傳質(zhì)機(jī)理，有代表性主要有溶解—擴(kuò)散理論、優(yōu)先吸附—毛細(xì)孔流理論、氫鍵理論、道南(Donnan)平衡模型等。二、原理第7頁(yè)典型反滲入膜1）乙酸纖維膜(縮寫為CA)

它是目前研究得最多反滲入或超濾膜材料，制得膜具有透水率高，有中等耐氯性，具有較好成膜性能及膜較牢靠等特點(diǎn)。2）復(fù)合膜被人們譽(yù)為第三代膜，通過選擇單體，控制工藝條件和交聯(lián)度等，來取得高脫除率和高通量脫鹽超薄層，其pH值應(yīng)用范圍寬，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐生物降解，以及可滿足特定要求等。

三、反滲入膜第8頁(yè)復(fù)合膜與CA膜詳細(xì)對(duì)比第9頁(yè)醋酸纖維素膜構(gòu)造示意圖99％表皮層，孔徑（8－10）×10－10m過渡層，孔徑200×10－10m多孔層，孔徑（1000－4000）×10－10m1%第10頁(yè)陶氏FILMTEC?復(fù)合膜膜片復(fù)合結(jié)構(gòu)圖第11頁(yè)顯微鏡下滲入膜照片第12頁(yè)膜性能決定著反滲入淡化器性能，衡量一種膜有沒有實(shí)用價(jià)值，要看膜是否具有下列條件高截留率和高透水率；強(qiáng)抗微生物侵蝕性能；好柔韌性和足夠機(jī)械強(qiáng)度；抗污染性能好，使用壽命長(zhǎng)，適用pH范圍廣；運(yùn)行操作壓力低；制備簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化生產(chǎn)；耐壓致密性好，具有化學(xué)穩(wěn)定性，能在較高溫度下應(yīng)用。三、反滲入膜第13頁(yè)反滲入膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域海水、苦咸水淡化制取生活用水，硬水軟化制備鍋爐用水，高純水制備。近年來，反滲入技術(shù)在家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)中應(yīng)用更體現(xiàn)了其優(yōu)越性。在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液等。印染、食品、造紙等工業(yè)中用于處理污水，回收利用廢業(yè)中有用物質(zhì)等?；?、冶金、制藥中，某些產(chǎn)品制備、提純、分離。四、應(yīng)用第14頁(yè)高增加低增加透析微濾超濾反滲入電滲析控制釋放氣體分離滲入汽化雙極膜液膜膜反應(yīng)器閘膜活化傳遞多種膜分離技術(shù)發(fā)展和趨勢(shì)第15頁(yè)主要設(shè)備反滲入操作基本設(shè)備包括預(yù)處理過濾器、高壓泵、膜組件。其中膜組件是反滲入操作主體設(shè)備。膜組件（單元）板式管式螺旋卷式中空纖維式五、設(shè)備第16頁(yè)第17頁(yè)第18頁(yè)第19頁(yè)第20頁(yè)第21頁(yè)第22頁(yè)五、設(shè)備第23頁(yè)上述多種形式反滲入組件各有專長(zhǎng)。但從單位體積產(chǎn)水量來看，螺旋卷式和中空纖維式反滲入器是產(chǎn)水量最高，工業(yè)上大型實(shí)用裝置基本上都是采取這兩種反滲入器。在反滲入市場(chǎng)中，卷式組件銷售量約占74%，中空纖維約占26%，管式和板框式相對(duì)較少。然而，應(yīng)當(dāng)指出是，從裝置膜面清洗角度來說，管式裝置仍有它獨(dú)有特點(diǎn)。

五、設(shè)備第24頁(yè)反滲入流程包括預(yù)處理和膜分離兩部分。預(yù)處理辦法有物理法(如沉淀、過濾、吸附等)、化學(xué)法(如氧化、還原、pH調(diào)整等)和光化學(xué)法。常見流程有一級(jí)、一級(jí)多段、多級(jí)、循環(huán)等幾個(gè)形式。六、操作流程第25頁(yè)透過液回收率不高，在工業(yè)中很少采取

一級(jí)一段連續(xù)式六、操作流程第26頁(yè)部分濃縮液返回進(jìn)料液貯槽與原有進(jìn)料液混合后，再次通過組件分離。因濃縮液中溶質(zhì)含量較原料液高，因此透過液質(zhì)量有所下降。六、操作流程一級(jí)一段循環(huán)式第27頁(yè)水回收率提升，濃縮液量減少，但濃縮液中溶質(zhì)含量增大。

這種方式得到濃縮液由于通過多段流動(dòng)，壓力損失較大，生產(chǎn)率下降，為此需增設(shè)高壓泵。一級(jí)多段連續(xù)式六、操作流程第28頁(yè)第二段透過水質(zhì)較第一段差，這種辦法可得到較高濃度濃縮液。一級(jí)多段循環(huán)式六、操作流程第29頁(yè)對(duì)膜選擇更廣泛每一級(jí)膜兩側(cè)濃差減小，操作壓差能夠減少，對(duì)設(shè)備要求減少；但各級(jí)多需要泵將料液提升到較高壓力，能耗增加。多級(jí)多段配備六、操作流程第30頁(yè)東麗海水淡化反滲入膜及應(yīng)用七、舉例第31頁(yè)常規(guī)海水淡化工藝流程圖第32頁(yè)東麗兩段法海水淡化系統(tǒng)工藝流程

(BCS:BrineConversionSystem)第33頁(yè)第34頁(yè)一段法與兩段法制水成本比較回收率：40%操作壓力：6.5MPa回收率：60%操作壓力：6.5/8.4MPa第35頁(yè)兩段法反滲入海水淡化系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)第36頁(yè)八、現(xiàn)狀及展望國(guó)際上RO膜供應(yīng)商主要有陶氏化學(xué)、美國(guó)海德能、美國(guó)通用電氣、日本東麗、韓國(guó)世韓等等，這些公司占有市場(chǎng)份額較大。在我國(guó)，反滲入膜應(yīng)用領(lǐng)域主要在苦咸水淡化、水溶液脫水濃縮和廢水再利用等方面，是繼美、法、日、以色列等國(guó)之后研究和開發(fā)海水淡化先進(jìn)技術(shù)國(guó)家之一。中國(guó)90%RO膜依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)最大生廠商是北京沃頓公司，另外尚有長(zhǎng)沙威靈頓，杭州北斗星，深圳惠靈頓。

第37頁(yè)處理水危機(jī)海水淡化已經(jīng)成為21世紀(jì)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)目前，反滲入已成為海水和苦咸水淡化最經(jīng)濟(jì)技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，反滲入技術(shù)自1969年進(jìn)入淡水化市場(chǎng)后，到1995年已占當(dāng)年世界淡水化市場(chǎng)88％。八、現(xiàn)狀及展望第38頁(yè)多種分離過程海水淡化所需能量分離過程必要?jiǎng)恿Γ╧W·h/m2）必要熱量（kcal/m3）理論值（回收率0%）0.72616