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1、目录3-1反渗透和纳滤技术发展历史323-2膜法分离过程分类323-3反渗透和纳滤原理333-4影响反渗透和纳滤膜性能的因素343-5了解反渗透膜元件脱盐率规范37推荐精选3-1反渗透和纳滤技术发展历史自从上世纪五十年代未六十年代初期，反渗透(RO)和纳滤(NF)技术产品商品化投放市场，尤其是陶氏化学公司全资子公司发明的超薄聚酰胺复合膜进入实用阶段，使得RO和NF成为实用化的化工分离单元操作，它们的应用领域得到不断地扩展。起初，反渗透主要用于海水和苦咸水脱盐，由于工业领域对保护水源、减少能耗、控制污染以及从废水中回收有价值物质的需求日益增加，反渗透和纳滤的新用途变得更有经济价值。此外，伴随着膜
2、分离技术的发展，促进了生物技术和制药行业的技术进步，相对于传统蒸馏法，膜法分离浓缩技术更加节省能量消耗，同时也不会引起产品热分解变质。1963年在美国明尼苏达州明尼亚波里斯市开展的膜基础研究，成为成立FilmTec公司和著名的FILMTECFT30膜化学的技术基础。1977年成立FilmTec公司之后，于1981年至1984年间复合膜技术和产品以及公司本身发生了长足的发展。1985年8月，FilmTec公司成为陶氏化学公司全资子公司。现在反渗透膜能够在显著地降低运行压力的条件下，实现更高的脱盐率和产水量，纳滤膜也可在相对低的操作压力下提供对某些盐类或化合物的更高的分离选择性。为了满足快速增长的
3、反渗透和纳滤膜市场对FILMTEC产品的需求，作为美国最大的化工行业高科技公司陶氏化学公司，陶氏公司的巨大资源提升和扩充了其全资子公司FilmTec公司的研发、制造和生产能力，使其成为膜工业界公认的膜技术的领导者，保证了产品具有世界最高的性能和长期稳定性和可靠性，保证了FILMTEC产品及其用户在市场上的成功。3-2膜法分离过程分类膜法液体分离技术一般可分为四类：微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)，它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。1) 微滤能截留0.11微米之间的颗粒，微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体(无机盐)等通过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的
4、透过，微滤膜两侧的运行压差(有效推动力)一般为0.7bar。2) 超滤能截留0.0020.1微米之间的颗粒和杂质，超滤膜允许小分子物质和溶解性固体(无机盐)等通过，但将有效阻挡住胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表征超滤膜的切割分子量一般介于1,000100,000之间，超滤膜两侧的运行压差一般为17bar。3) 纳滤是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，它因能截留物质的大小约为1纳米(0.001微米)而得名，纳滤的操作区间介于超滤和反渗透之间，它截留有机物的分子量大约为200400左右，截留溶解性盐的能力为2098之间，对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液，如氯化钠及氯化钙的脱
5、除率为2080，而硫酸镁及硫酸钠的脱除率为9098。纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度，脱除井水的硬度及放射性镭，部分去除溶解性盐，浓缩食品以及分离药品中的有用物质等，纳滤膜两侧运行压差一般为3.516bar。推荐精选4) 反渗透是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于100的有机物，但允许水分子透过，醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于95，反渗透复合膜脱盐率一般大于98。它们广泛用于海水及苦咸水淡化，锅炉给水、工业纯水及电子级超纯水制备，饮用纯净水生产，废水处理及特种分离等过程，在离子交换前使用反渗透可大幅度地降低操作费用和废水排放量。反渗透膜两侧的运行压差当进水为苦
6、咸水时一般大于5bar，当进水为海水时，一般低于84bar。反 渗 透纳 滤微 滤颗 粒 过 滤离 子 和 分 子微 米 10-3纳 米 富 里 酸腐 殖 酸似 隐 孢 菌 素 卵母细胞 细 菌 藻 类 非挥发有机物/色度/消毒副产物/致癌前躯物 粘 土淤 泥胶 体 乳 化 油小假单胞菌 流 感 病 毒合成有机化合物杀虫剂，表面活性剂挥发性有机物， 染料二垩英，生物耗氧量化学耗氧量离 子硝酸根、硫酸根氰化物、硬度、砷磷酸根、重金属大肠杆菌 蛋 白 质 酶 制 品 氨 基 酸 小 红 细 胞 胶 体 硅 10-210-11110102103大 分 子微 粒 病 毒 脊髓灰质炎病毒 超 滤3-3反
7、渗透和纳滤原理1) 渗透我们知道渗透是指稀溶液中的溶剂(水分子)自发地透过半透膜(反渗透膜或纳滤膜)进入浓溶液(浓水)侧的溶剂(水分子)流动现象。2) 渗透压定义为某溶液在自然渗透的过程中，浓溶液侧液面不断升高，稀溶液侧液面相应降低，直到两侧形成的水柱压力抵销了溶剂分子的迁移，溶液两侧的液面不再变化变化，渗透过程达到平衡点，此时的液柱高差称为该浓溶液的渗透压。3) 反渗透原理即在进水(浓溶液)侧施加操作压力以克服自然渗透压，当高于自然渗透压的操作压力施加于浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水(浓溶液)中的水分子部分通过膜成为稀溶液侧的净化产水(请参见下图)。4) 纳滤工作原理纳滤
8、与反渗透没有明显的界限。纳滤膜对溶解性盐或溶质不是完美的阻挡层，这些溶质透过纳滤膜的高低取决于盐份或溶质及纳滤膜的种类，透过率越低，纳推荐精选滤膜两侧的渗透压就越高，也就越接近反渗透过程，相反，如果透过率越高，纳滤膜两侧的渗透压就越低，渗透压对纳滤过程的影响就越小。5) 反渗透和纳滤过程根据反渗透和纳滤原理可知，渗透和反渗透及纳滤必须与具有允许溶剂(水分子)透过的半透膜(反渗透膜或纳滤膜)联系在一起才有意义，才会出现渗透现象和反渗透或纳滤操作。v 反渗透膜：允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能性的半透膜称为反渗透膜；压力浓溶液稀溶液浓溶液稀溶液渗透反渗透水分子扩散经过半透膜进入浓溶液
9、侧以平衡溶液的离子强度，在平衡点，浓溶液和稀溶液间的高度差对应两侧间的渗透压差施加超过渗透压的压力反向水分子的流动方向。因而定义为反渗透v 纳滤膜：允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜称为纳滤膜；v 膜元件：将反渗透或纳滤膜膜片与进水流道网格、产水流道材料、产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组装在一起，能实现进水与产水分开的反渗透或纳滤过程的最小单元称为膜元件；v 膜组件：膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件；v 膜装置：由膜组件、仪表、管道、阀门、高压泵、保安滤器、就地控制盘柜和机架组成的可独立运行的成套单元膜设备称为膜装置，反渗透和纳滤过程通过该膜装置来实
10、现；v 膜系统：针对特定水源条件和产水要求设计的，由预处理、加药装置、增压泵、水箱、膜装置和电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程称为系统。推荐精选进水浓水产水高压泵水半透膜水浓水阀 渗透液流量回收率 进水流量 渗透液浓度脱盐率()（1 ） 进水浓度X100X100待处理的进水经过高压泵被连续升压泵入膜装置内，在膜元件内进水被分成浓度低的或更纯的产水，称为透过液和浓度高的浓水。浓水调节阀控制成为产水和浓水的比例即装置回收率。3-4影响反渗透和纳滤膜性能的因素产水通量和脱除率是反渗透和纳滤过程中的关键参数，针对特定系统条件，水通量和脱除率是膜的本征特性，而膜系统的水通量和脱除率则主要受压力、温
11、度、回收率、进水含盐量和pH值影响。本文将对这些关键术语给出定义并扼要介绍影响反渗透和纳滤膜性能的因素，如操作压力、温度、进水含盐量、产水回收率和系统pH值。1) 定义v 回收率指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率。膜系统的设计是基于预设的进水水质而定的，设置在浓水管道上的浓水阀可以调节并设定回收率。回收率常常希望最大化以便获得最大的产水量，但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。v 脱盐率通过反渗透膜从系统进水中除去总可溶性的杂质浓度的百分率，或通过纳滤膜脱除特定组份如二价离子或有机物的百分数。v 透盐率脱盐率的相反值，它是进水中溶解性的杂质成份透过膜的百分率。
12、v 渗透液经过膜系统产生的净化产水。v 流 量流量是指进入膜元件的进水流率，常以每小时立方米数(m3/h)或每分钟加仑数表示(gpm)。浓水 流量是指离开膜元件系统的未透过膜的那部分的“进水”流量。这部分浓水含有从原水水源带入的可溶性的组份，常以每小时立方米数(m3/h)或每分钟加仑数表示(gpm)。v 通 量单位膜面积上透过液的流率，通常以每小时每平方米升数(L/m2h)或每天每平方英尺加仑数表示 (gfd)。v 稀溶液净化后的水溶液，为反渗透或纳滤系统的产水。v 浓溶液未透过膜的那部分溶液，如反渗透或纳滤系统的浓缩水。2) 压力的影响进水压力影响RO和NF膜的产水通量和脱盐率，我们知道渗透
13、是指水分子从稀溶液侧透过膜进入浓溶液侧的流动，反渗透和纳滤技术即在进水水流侧施加操作压力以克服自然渗透压。当高于渗透压的操作压力施加在浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方向就会推荐精选被逆转，部分进水(浓溶液)通过膜成为稀溶液侧的净化产水。正如图1所示，透过膜的水通量增加与进水压力的增加存在直线关系，增加进水压力也增加了脱盐率，但是两者间的变化关系没有线性关系，而且达到一定程度后脱盐率将不再增加。图1.进水压力对通量和脱盐率的作用脱盐率产水通量压 力图2.进水温度对通量和脱盐率的作用产水通量(恒定压力)脱盐率(恒定通量)温 度由于RO和NF膜对进水中的溶解性盐类不可能绝对完美地截留，总有一定量的
14、透过量，随着压力的增加，因为膜透过水的速率比传递盐分的速率快，这种透盐率的增加得到迅速地克服。但是，通过增加进水压力提高盐分的排除率有上限限制，正如图1脱盐率曲线的平坦部分所示那样，超过一定的压力值，脱盐率不再增加，某些盐分还会与水分子耦合一同透过膜。3) 温度的影响如图2所示，膜系统产水电导对进水温度的变化非常敏感，随着水温的增加，水通量几乎线性地增大，这主要归功于透过膜的水分子的粘度下降、扩散能力增加。增加水温会导致脱盐率降低或透盐率增加，这主要是因为盐分透过膜的扩散速率会因温度的提高而加快所致。推荐精选图3.FT30超薄复合膜和CA膜运行和清洗参数比较10090807060504030201000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14清洗极限范围操作极限范围清洗极限范围FILMTEC FT30醋酸纤维素膜操作极限范围pH 值 范 围温 度，oC多数天然水pH值范 围膜元件能够承受高温的能力增加了其操作范围，这对清洗操作也很重要，因为可以采用更强烈和更快的清洗程序，FILMTEC FT30超薄复合膜和醋酸纤维素(CA)膜的允许pH和温度范围比较详见图
