反滲透法是一項(xiàng)新型隔膜分離技術(shù)。反滲透是利用反滲透膜半滲透性質(zhì)，水和某些溶劑可透過這種膜，而其他溶質(zhì)以及任何顆粒均不能通過，從而把溶液中的溶劑（一般常指水）分離出來。電滲析雖然和反滲透均屬于膜分離范疇，但電滲析是通過離子交換膜將溶液中的離子有選擇性的透過，而不讓水透過。因此反滲透分離的對象主要是溶液中的離子范圍，標(biāo)志著經(jīng)典的過濾方法向著精細(xì)的分離方向發(fā)展。它與其他一些過濾過程的分離在顆粒大小方面的范圍。

　?。?）反滲透原理

　　 ①滲透與反滲透

　　 如果將純水和鹽水（或兩種不同濃度的溶液）用一種只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半滲透膜隔開，純水就會自然地透過半透膜滲透到鹽水（或從低濃度溶液滲透至高濃度溶液）一側(cè)，這種現(xiàn)象叫做滲透。當(dāng)滲透進(jìn)行到鹽水一側(cè)的液面達(dá)到某一高度而產(chǎn)生一個(gè)滲透壓頭，從而抵制了純水進(jìn)一步向鹽水一側(cè)滲透，滲透的自然趨勢被壓頭所抵消而達(dá)到平衡，這一平衡壓力稱為參透壓，這時(shí)達(dá)到一種滲透平衡狀態(tài)。

　　如果在鹽水一側(cè)加上一個(gè)大于滲透壓力P，則鹽水中的水分就從鹽水一側(cè)透過半透膜滲透至純水的一側(cè)，鹽水中的鹽分即被截留（濃度變大即濃縮），這種現(xiàn)象就稱為反滲透。

　　反滲透法使用的半透膜的特點(diǎn)是透水量大，脫鹽率高，它使水通過，同時(shí)截留90%～99%的溶解無機(jī)物質(zhì)，95%～99%的有機(jī)物組分和100%的最微細(xì)的膠體物質(zhì)（如細(xì)菌、病毒、膠體SiO2等）。膜的除鹽效率可達(dá)90%～99%，即它們的鹽分透過率為1%～10%之間。

　?、诜礉B透的脫鹽機(jī)理

　　反滲透的脫鹽機(jī)理目前尚有不同看法，現(xiàn)簡述兩種較為流行的機(jī)理。

　　a. 氫鍵理論。半透膜材料之一，乙酸纖維素是一種具有高度有序矩陳結(jié)構(gòu)的聚合物，它具有水或醇等溶劑形成氫鍵的能力。鹽水中的水分子能與乙酸纖維素上的羰基形成氫鍵。在反滲透壓力推動的作用下，以氫鍵結(jié)合進(jìn)入乙酸纖維素膜的水分子能夠由 個(gè)氫鍵位置斷裂而轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置形成另一個(gè)氫鍵。這些水分子通過一連串的形成氫鍵和斷裂氫鍵而不斷移位，直至離開膜的表皮層而進(jìn)入多孔性支撐層后，立即流出淡水。

　　b. 選擇吸附-毛細(xì)管流動機(jī)理。當(dāng)鹽水溶液與多孔的反滲透膜表面接觸時(shí)，如果膜具有選擇吸附純水而排斥溶質(zhì)的化學(xué)特性，則在膜和溶液界面上選擇吸附一層水分子，在反滲透壓力推動的作用下，通過膜的毛細(xì)作用流出純水，并連續(xù)地形成和流出這個(gè)界面純水層。

　　至于對有機(jī)物的脫除，則純屬篩分機(jī)理。因此，這與有機(jī)物的相對分子質(zhì)量大小和形狀有關(guān)。由于有機(jī)物的分子不能被膜的表面所排礴，又由于有機(jī)物傾向于降低溶液和膜之間的界面張力，一些小分子有機(jī)物（相對分子質(zhì)量小于100）最容易聚集在膜的表面上，因而很容易通過膜的孔隙。根據(jù)分子的形狀和相對分子質(zhì)量在100～200之間的有機(jī)物，能脫除一部分，相對分子質(zhì)量在200以上的有機(jī)物，基本上能全部脫除。

　?。?）反滲透膜

　　反滲透膜是進(jìn)行反滲透分離過程的主要關(guān)鍵之一。一般來說，對反滲透膜要求具備下列多種性能：①單位膜面積的透水量大、脫鹽率高；②機(jī)械強(qiáng)度好，多孔支撐層的壓實(shí)作用??；③化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸、耐堿和耐微生物的侵襲；④結(jié)構(gòu)均勻，使用壽命長；⑤制膜容易，原料充足。

　　但是，要制備具有上述各項(xiàng)多性能的膜是比較困難的。目前最廣泛使用的膜是乙酸纖維素膜，簡稱CA膜，該膜透水量大、脫鹽率高、價(jià)格便宜，比較成熟。這種乙酸纖維素半透膜物表皮層的厚度約0.25μm，膜總厚度約100μm。極薄表皮層中布滿微孔，孔徑約幾個(gè)納米，而多孔支撐層中的孔徑很大，約有幾百納米。在反滲透操作過程中，鹽水必須面向表皮層，該層由多孔的支撐層予以支撐。這種非對稱性的乙酸纖維素膜具有透水量大，脫鹽率高的優(yōu)點(diǎn)。

　　其次為芳香聚酰胺膜，它具有良好的透水性能，較高的脫鹽率，優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐壓實(shí)等特點(diǎn)，能在pH值為4～10范圍內(nèi)使用（長期使用范圍為pH5～9）。乙酸纖維素膜主要制成平板式、管式、螺旋卷式和槽條式。而芳香聚酰胺膜則主要制成中空纖維式，它的膜面積特別大，由它制成的反滲透器具有何種小、產(chǎn)水量大的優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展很快。

　　除上述兩種膜以外，還有耐熱的聚苯并咪唑膜，透水量大的動力形成膜，無機(jī)的多孔玻璃膜和氧化石墨膜，耐堿的磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜等。

　　3）使用反滲透膜時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)問題

　　 ①pH值使用范圍  

　　不同材料制成的膜對pH值使用范圍也不同。CA膜的長期使用范圍為pH=3～7，防止某些溶解固體在膜表面結(jié)垢而堵塞膜孔，并防止膜的水解。芳香聚酰胺膜一般適用pH=4～10，但長期適用范圍pH=5～9。

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　　在反滲透過程中，透水量隨操作壓力的提高而增加。但提高壓力又會使膜受到壓實(shí)的影響從而導(dǎo)致透水量的下降，這對CA膜最為顯著。因此，應(yīng)根據(jù)各種膜的性能來考慮反滲透操作壓力。操作壓力的選擇還依賴于原水的濃度、膜的透水性能和水的回收率。

　　③溫度

　　膜的透水量隨原水溫度的提高而增加。有些膜當(dāng)水溫提高1℃時(shí)，透水量能增加約2.7%。但溫度過高，會加快膜的水解速度。一般有機(jī)膜由于溫度升高而變軟，而使膜的壓實(shí)增加。原水溫度一般控制在20～30℃。

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　　在反滲透過程中，由于水不斷地透過膜，使膜表面的溶液濃度越來越大，由于這一濃差極化現(xiàn)象引起膜表面溶液的滲透壓大大增加，因而導(dǎo)致水透過膜的阻力增加，使膜的透水量和脫鹽率下降。為了避免這種現(xiàn)象，必須提高原水柱入的流速，使原水流動保持紊流狀態(tài)，防止膜表面濃度增加。

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　　使用長期的反滲透膜，其表面易被一層沉淀物覆蓋而結(jié)垢，堵塞膜孔，透水量下降。因此必須定期清洗膜面。通常采用稀鹽酸（pH值為2～3，主要對CA膜）沖洗，或用各種絡(luò)合劑如檸檬酸、過硼酸鈉、亞硫酸氫鈉、六偏磷酸鈉等防止鐵、錳、碳酸鹽結(jié)垢。在具體操作中，必須根據(jù)膜的材料和結(jié)垢的性質(zhì)選擇去垢劑。當(dāng)然，如在進(jìn)行反滲透過程之前對原水進(jìn)行必要的預(yù)處理，如采用砂過濾器、加藥凝聚、調(diào)節(jié)酸度、經(jīng)過各種孔徑的細(xì)砂過濾器、加藥凝聚、調(diào)節(jié)酸度、經(jīng)過各種孔徑的細(xì)過濾和精密過濾等方法，以減少膜表面結(jié)垢的防止膜的水解。

　?。?）反滲透器   

　　最簡單實(shí)用的反滲透組件裝置就是將一個(gè)高壓水泵與一個(gè)反滲透組件直接串聯(lián)起來，在壓力作用下，純水通過反滲透膜，面濃縮的廢液通過一只流量控制閥連續(xù)排出。為了取得滿意的純水流量，施加壓力超過廢液的滲透壓。在實(shí)踐中采用壓力在25～80Pa之間。

　　（5）反滲透法在純水處理方面的應(yīng)用  

　　  反滲透法可用于海水淡化、硬水軟化、工業(yè)廢水處理以高純水制備等方面。反滲透比蒸餾法、電滲析等方法耗能少、體積小、設(shè)備簡單、單位何種產(chǎn)水量高，還具有不需加熱、相態(tài)不變和適于大小規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，一般采用反滲透和離子交換相結(jié)合的聯(lián)合裝置以制取高純水。

　　由于反滲透應(yīng)用廣泛，優(yōu)點(diǎn)多，而且近年來隨著反滲透質(zhì)量的不斷提高，反滲透設(shè)備的不斷改進(jìn)，應(yīng)用范圍繼續(xù)擴(kuò)大，反滲透純化水已經(jīng)發(fā)展成為一種符合實(shí)際、效率高又經(jīng)濟(jì)的主處理系統(tǒng)。

　　選擇反滲透裝置的工藝條件，以降低反滲透系統(tǒng)的動力消耗，達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)先測出各項(xiàng)有關(guān)參數(shù)，根據(jù)具體情況應(yīng)注意以下各個(gè)環(huán)節(jié)。

　?、?  測定原水中的含鹽量、酸堿度、溫度、懸浮物、細(xì)菌以及其他顆粒等。

　?、?  選用合適的原水預(yù)處理方法，如凝聚、粗濾、細(xì)濾、調(diào)節(jié)pH值等。

　?、?  選擇膜材和了解膜的性能，如透水量、脫鹽率、pH使用范圍、機(jī)械強(qiáng)度和耐熱等。

　?、?  根據(jù)產(chǎn)水量要求計(jì)算出所需的膜面積。

　　⑤   考慮反滲透器類型的特性、反滲透裝置的工藝流程、水質(zhì)的要求、操作壓力、淡水回收率等。⑥   考慮鈣鹽等難溶鹽沉積膜面、堵塞膜孔以及濃差極化等問題。

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