反渗透细胞破碎.doc

反渗透摘要：是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.510nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的透过速度相对较快。因此一种满意的反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。关键词：反渗透；脱盐率；透过速度1反渗透法概述反渗透是60年代发展起来的一项新的薄膜分离技术，是依靠反渗透在压力下使溶剂与溶质进行分离的过程。要了解反渗透法除盐原理，先要了解“渗透”的概念。渗透是一种物理现象，当两种含有不同浓度盐类的水，如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现，含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，这样，逐渐把两边的含盐浓度融和到均等为止。但如果在含盐量高的水侧，施加一个压力，其结果也可以使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大，可以使水向相反方向渗透，而盐分剩下。因此，反渗透除盐原理，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中盐分的目的，这就是反渗透除盐原理1。2反渗透分离原理反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。反渗透时，溶剂的渗透速率即液流能量N为：N=Kh（p) 式中Kh为水力渗透系数，它随温度升高稍有增大；p为膜两侧的静压差；为膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液的渗透压为：=iCRT式中i为溶质分子电离生成的离子数；C为溶质的摩尔浓度；R为摩尔气体常数；T为绝对温度。反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备，主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水（见卤水）淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，其应用范围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。3反渗透主要特点3.1反渗透是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。3.2反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便、运行可靠等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术。3.3对水中所有离子进行截留。3.4所需动力较纳滤高。4反渗透膜污染反渗透膜分离技术是其中应用最为广泛的水处理技术之一。与其他膜相比，反渗透膜孔径更小，可以更有效地脱除盐分和小分子酸、醛等有机质和胶体2。随着膜分离过程的进行，由于膜的机械截留及溶质与膜之间的物理化学作用，膜不可避免的受到污染，导致过滤阻力增大，渗透通量逐渐减小。膜污染已经成为限制膜分离技术进一步应用的瓶颈问题。多学者对膜污染的机理进行了探讨，希望能够用数学模型来描述膜的污染过程，从而预测膜污染的进程，找到膜污染的影响因素3。5反渗透技术进步表现5.1反渗透膜的性能明显提高。1978年成功地开发了海水淡化复合膜(采用脂肪族聚酰胺复合物为材料)至今，经过近20年的不断发展，海水淡化反渗透复合膜的性能已经有了较大的提高，目前的反渗透复合膜系采用芳香族聚酰胺的材料，特征水通量是1978年的2倍，盐的透过率大约为1978年的四分之一。如此的技术进步使得海水淡化制取饮用水从原来的二级流程简化为目前的一级流程，且膜的价格稳中有降。5.2功交换器的研制成功。据报导，一种新型能量回收装置已经成功地用于NewProvidece岛13600m3/d和Cayman岛的5000m3/d海水反渗透淡化系统上。这种能量回收装置称为功交换器，将排放的浓盐水压力传给补给海水，转换效率高达89%96%.由于浓盐水的能量回收充分，据测算系统的吨水能量消耗仅为2.6kWh.这种功交换器是1998年反渗透海水淡化技术的一个新里程碑，更为意义重大的是该数据是从商业规模的淡化装置上得来的。5.3段间能量回收透平的成功应用。1996年6月，佛罗里达水服务公司(FloridaWaterServiceCorp.)在Marco岛对现有的15000m3/d苦咸水淡化系统进行了工艺改造，使第二段排放的浓盐水通过段间能量回收透平用于提高该段的进料水压力，从而提高了第二段膜堆的产水量。通过如此改造，系统的产水量增加3780m3/d,增幅达25%.段间能量回收透平适合于苦咸水或盐含量较低的海水淡化系统，它可以增加系统的产水量，或降低系统的能量消耗。5.4 微滤技术用于海水预处理。鉴于传统地加入化学药剂和二级过滤的预处理技术不一定能很好地去除进料海水中的胶体类物质，提出了利用膜处理作为反渗透预处理工艺流程。该流程的核心是采用大孔径中空纤维超滤或微滤膜，超滤膜的截留分子量为(1020)104u,微滤膜的孔径为0.2m.经过一定的工业规模运行，膜技术的预处理工艺已经基本成熟，并具有如下两个新颖性能：a.可自动、频繁脉冲式冲洗中空纤维管(某些型号采用反洗)，其特点是通过短时间的停运来保持稳定的产水通量4。6性能指标6.1脱盐率脱盐率=（1产水含盐量/进水含盐量）100%膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度，脱盐层越致密脱盐率越高，同时产水量越低。反渗透对不同物质的脱盐率主要由物质的结构和分子量决定，对高价离子及复杂单价离子的脱盐率可以超过99%，对单价离子如：钠离子、钾离子、氯离子的脱盐率稍低，但也可超过了98%（膜使用时间越长，化学清洗次数越多，反渗透膜脱盐率越低。）；对分子量大于100的有机物脱除率也可过到98%，但对分子量小于100的有机物脱除率较低。6.2透过速度水通量指反渗透系统的产水能力，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。盐透过速度在单位时间、单位膜面积上透过的盐量，也叫透盐率、盐通量。6.3回收率回收率指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。依据预处理的进水水质及用水要求而定的。膜系统的回收率在设计时就已经确定，回收率=（产水流量/进水流量）100%7影响因素7.1进水压力对反渗透膜的影响进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，提高脱盐率。当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。7.2进水温度对反渗透膜的影响反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加水对通量也线性的增加，进水水温每升高1，产水量就2.5%-3.0%;(以25为标准)7.3进水PH值对反渗透膜的影响进水PH值对产水量几乎没有影响，面对脱盐率有较大影响。PH值在7.5-8.5之间，脱盐率达到最高。7.4进水盐浓度对反渗透膜的影响渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。8发展对策鉴于我国反渗透技术取得的巨大成就和面临的问题,建议采取如下对策以促进技术的发展和实现产业化。8.1加快海水淡化用反渗透复合膜的研制目前,国内海水淡化所用反渗透复合膜均从国外进口,国产反渗透膜与国外产品还存在一定的差距。反渗透膜是反渗透海水淡化的核心,反渗透膜的国产化与产业化不能解决,势必影响我国反渗透海水淡化技术的发展。我国海水反渗透膜的研制已经具有三个五年计划攻关的良好基础,国家应进一步支持海水反渗透膜的研制,使得在“十五”期间形成反渗透海水淡化膜的技术突破,尽快实现国产化和产业化,在促进国内反渗透淡化技术发展的同时,进入国际市场。8.2解决反渗透海水淡化配套设备的国产化在反渗透膜选定的情况下,反渗透海水淡化系统的能量消耗等指标主要取决于选用的高压泵和能量回收装置的效率。目前,国内海水淡化所用高压泵和能量回收透平都是从国外进口,其零备件也得从国外进口,在浪费外汇额度的同时也给设备的维护带来许多不便。国内的多级离心泵、柱塞泵制造技术已经十分成熟,并被成功地用于油田注水,经过适当地攻关,完全可以生产用于反渗透海水淡化的高压泵。能量回收透平的技术核心是高速叶轮的制造,国内的三元扭曲叶轮制造技术居国际领先水平,并被广泛地用于进口压缩设备的技术升级和改造,经过科技攻关,完全有可能实现能量回收透平的国产化,达到提高性能、降低造价的目标。只有实现了反渗透膜、高压泵、能量回收透平的国产化和产业化,才有可能实现我国反渗透海水淡化的产业化,在推动技术进步的同时,跻身国际海水淡化市场。8.3强强联合,优化工程化技术反渗透膜、高压泵和能量回收装置的国产化只是解决了反渗透淡化工程的器件和设备问题。性能优良的器件和设备组合不一定形成运转良好的淡化工程,因此,反渗透的工程设计技术急需优化。优化的方式可采用强强联合,集合国内的优势力量攻克海水反渗透的海水取水、海水预处理和反渗透主体设计等技术关键,形成工程设计的优化技术集成,在此基础上建立海水反渗透工程设计的国家标准,指导海水反渗透的工程设计和供货,推动行业的健康发展。8.4加强管理,规范资质海水反渗透淡化工程属于海洋工程。国家有关部门应加强此方面的管理,规范工程设计和设备