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反滲透膜工作原理

發布日期:

2021-05-28 07:56:01

欄目:

水處理設備資訊

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一、膜的發展史

19世紀30年代硝酸纖維素微濾膜商品化。

1953年美國佛羅里達大學的Reid等人提出反滲透海水淡化。

1960年美國加利福尼亞大學發明了一代高性能的非對稱性醋酸纖維素膜,反滲透(RO)開始用于海波及苦咸水淡化。

1961年美國Hevens公司提出管式膜組件的制造方法。

1965年美國加利福尼亞大學制造出用于苦咸水淡化的管式反滲透裝置。

1970年開發成功芳香聚酰胺中空纖維反滲透膜,使RO膜性能進一步提高。

20世紀80年代后進入工業應用的膜用滲透汽化進行醇類等恒沸物脫水。

20世紀90年代出現低壓反滲透復合,為第三代RO膜,膜性能大幅度提高,為RO技術發展開辟了廣闊的前景。


二、反滲透膜的發展史

1748Nollet發現滲透現象。

1920年 建立了稀溶液的完整理論。

1953年 發現醋酸纖維素類具有良好的半透性。

1960年 人類制成醋酸纖維素反滲透膜。

1970年 杜邦公司發明了芳香族聚酰胺中空纖維反滲透器。

1980年 全芳香族聚酰胺復合膜及其卷式元件問世。

1990年 中壓、低壓、及超低壓高脫鹽聚酰胺復合膜進入市場,從而為反滲透技術的發展開辟了廣闊前景。

1998年 低污染膜研發成功,進一步擴大了反滲透的應用范圍。

三、反滲透技術基礎

1、什么是反滲透膜

滲透膜早已存在于自然界中,但直到1748年,Nollet發現水能自然的擴散到裝有酒精溶液的鍺膀胱內,人類才發現了滲透現象。

自然的滲透過程中,溶劑通過滲透膜從低濃度向高濃度部分擴散;而反滲透是指在外界壓力作用下,濃溶液中的溶劑透過膜向稀溶液中擴散,具有這種功能的半透膜稱為反滲透膜,也稱ROReverse Osmoses)膜。

從反滲透過程的傳質機理及模型來說,主要有三種學說:

第 一、現象學模型

第 二、溶解-擴散模型

第三、優先吸附-毛細孔流模型

這些理論都不能獨自解釋反滲透現象的原理。雖然人們還沒有揭示反滲透現象本質,但是卻不妨礙人們去利用反滲透現象,研制出性能優良的反滲透膜,為人類造福。

反滲透膜的一個特點就是,無法制造出膜,即脫鹽率的膜,盡管它對無機鹽和分子量大于100的有機物的脫除率可以達到百分之九十八以上。目前可以制造出反滲透膜脫鹽率最高可達到百分之九十九.

2、衡量反滲透膜性能的主要指標

1)脫鹽率和透鹽率

脫鹽率——通過反滲透膜從系統進水中去除可溶性雜質濃度的百分比。

透鹽率——進水中可溶性雜質透過膜的百分比。

脫鹽率=1–產水含鹽量/進水含鹽量

透鹽率=1–脫鹽率

膜元件的脫鹽率在其制造成形時就已確定,脫鹽率的高低取決于膜元件表面超薄脫鹽層的致密度,脫鹽層越致密脫鹽率越高,同時產水量越低。反滲透對不同物質的脫鹽率主要由物質的結構和分子量決定,對高價離子及復雜單價離子的脫鹽率可以超過99%,對單價離子如:鈉離子、鉀離子、氯離子的脫鹽率稍低,但也超過了百分之九十八;對分子量大于100的有機物脫除率也可過到百分之九十八,但對分子量小于100的有機物脫除率較低。

2)產水量(水通量)

產水量(水通量)——指反滲透系統的產能,即單位時間內透過膜水量,通常用噸/小時或加侖/天來表示。

滲透流率——滲透流率也是表示反滲透膜元件產水量的重要指標。指單位膜面積上透過液的流率,通常用加侖/每平方英尺/每天(GFD)表示。過高的滲透流率將導致垂直于膜表面的水流速加快,加劇膜污染。

3)回收率

回收率——指膜系統中給水轉化成為產水或透過液的百分比。膜系統的回收率在設計時就已經確定,是基于預設的進水水質而定的。

回收率=產水流量/進水流量

3、影響反滲透膜性能的因素

1)進水壓力對反滲透膜的影響

進水壓力本身并不會影響鹽透過量,但是進水壓力升高使得驅動反滲透的凈壓力升高,使得產水量加大,同時鹽透過量幾乎不變,增加的產水量稀釋了透過膜的鹽分,降低了透鹽率,提高脫鹽率。當進水壓力超過一定值時,由于過高的回收率,加大了濃差化,又會導致鹽透過量增加,抵消了增加的產水量,使得脫鹽率不再增加。

2)進水溫度對反滲透膜的影響

反滲透膜產水電導對進水水溫的變化十分敏感,隨著水溫的增加水對通量也線性的增加,進水水溫每升高1℃,產水量就提升百分之三;(以25℃為標準)

3)進水PH值對反滲透膜的影響

進水PH值對產水量幾乎沒有影響,但對脫鹽率有較大影響。PH值在7.5-8.5之間,脫鹽率達到上限。

4)進水鹽濃度對反滲透膜的影響

滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度的函數,進水含鹽量越高,濃度差也越大,透鹽率上升,從而導致脫鹽率下降。


四、反滲透膜工作原理

對透過的物質具有選擇性的薄膜稱為半透膜,一般將只能透過溶劑而不能透過溶質的薄膜稱之為理想半透膜。當把相同體積的稀溶液(例如淡水)和濃溶液(例如鹽水)分別置于半透膜的兩側時,稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發地向濃溶液一側流動,這一現象稱為滲透。當滲透達到平衡時,濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度,即形成一個壓差,此壓差即為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質,即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關而與半透膜的性質無關。若在濃溶液一側施加一個大于滲透壓的壓力時,溶劑的流動方向將與原來的滲透方向相反,開始從濃溶液向稀溶液一側流動,這一過程稱為反滲透。反滲透是滲透的一種反向遷移運動,是一種在壓力驅動下,借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法,它已廣泛應用于各種液體的提純與濃縮,其中普遍的應用實例便是在水處理工藝中,用反滲透技術將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物及膠體等雜質去除,以獲得高質量的純凈水。

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