反滲透基本理論

反滲透法通常又稱(chēng)超過(guò)濾法，該法是利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水與淡水分隔開(kāi)的。在通常情況下，淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)程為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱(chēng)為滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發(fā)達(dá)國(guó)家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法。

機(jī)理解釋

對(duì)反滲透膜脫鹽機(jī)理解釋很多，較公認(rèn)的機(jī)理主要有：

（1）氫鍵理論：氫鍵理論最早是由雷德（Reid）等提出的。也叫孔穴式與有序式擴(kuò)散(hole type-alignment type diffusion)理論，是針對(duì)乙酸纖維膜提出的模型。此模型表現(xiàn)出當(dāng)水進(jìn)入乙酸纖維膜的非結(jié)晶部分后，和羧基的氧原子發(fā)生氫鍵作用而構(gòu)成結(jié)合水。這種結(jié)合水的結(jié)合強(qiáng)度取決于膜內(nèi)的孔徑，孔徑越小結(jié)合越牢。由于牢固的結(jié)合水把孔占滿(mǎn)，故不與乙酸纖維膜以氫鍵結(jié)合的溶質(zhì)就不能擴(kuò)散透過(guò)，但與膜能進(jìn)行氫鍵結(jié)合的離子和分子(如水、酸等)卻能穿過(guò)結(jié)合水層而有序擴(kuò)散通過(guò)。

（2）優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流理論：該理論是索里拉金(Sourirajan)在Gibbs吸附方程的基礎(chǔ)上提出的，他認(rèn)為在鹽水溶液和聚合物多孔膜接觸的情況下，膜界面上有優(yōu)先吸附水而排斥鹽的性質(zhì)，因而形成一負(fù)吸附層，它是一層已被脫鹽的純水層，純水的輸送可通過(guò)膜中的小孔來(lái)進(jìn)行。純水層厚度既與溶液的性質(zhì)(如溶質(zhì)的種類(lèi)、溶液的濃度等)有關(guān)，也與膜的表面化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。索里拉金認(rèn)為孔徑必須等于或小于純水層厚度的二倍，才能達(dá)到完全脫鹽而連續(xù)地獲得純水，但在膜孔徑等于純水層厚度二倍時(shí)工作效率最高。根據(jù)膜的吸附作用有選擇性，可以推知膜對(duì)溶質(zhì)的脫除應(yīng)有選擇性。

特性

反滲透方法可以從水中除去90 %以上的溶解性鹽類(lèi)和99 %以上的膠體微生物及有機(jī)物等。尤其以風(fēng)能、太陽(yáng)能作動(dòng)力的反滲透凈化苦咸水裝置,是解決無(wú)電和常規(guī)能源短缺地區(qū)人們生活用水問(wèn)題的既經(jīng)濟(jì)又可靠的途徑。反滲透淡化法不僅適用于海水淡化,也適合于苦咸水淡化?，F(xiàn)有的淡化法中,反滲透淡化法是最經(jīng)濟(jì)的,它甚至已經(jīng)超過(guò)電滲析淡化法。由于反滲透過(guò)程的推動(dòng)力是壓力,過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生相變化,膜僅起著“篩分”的作用,因此反滲透分離過(guò)程所需能耗較低。在現(xiàn)有海水和苦咸水淡化中,反滲透法是最節(jié)能的。反滲透膜分離的特點(diǎn)是它的“廣譜”分離,即它不但可以脫除水中的各種離子,而且可以脫除比離子大的微粒,如大部分的有機(jī)物、膠體、病毒、細(xì)菌、懸浮物等,故反滲透分離法又有廣譜分離法之稱(chēng)。

優(yōu)點(diǎn)與其他水處理方法相比具有無(wú)相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡(jiǎn)單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高和出水質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。反滲透法脫鹽率及產(chǎn)水純凈程度都比電滲析法高,出水水質(zhì)優(yōu)于我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)高氟低礦化度苦咸水通過(guò)反滲透法淡化,出水水質(zhì)可達(dá)到我國(guó)《飲用純凈水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。有資料表明,反滲透法淡化苦咸水的能耗———電耗、水耗均低于電滲析法,而且反滲透法設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運(yùn)行效果穩(wěn)定可靠、符合“清潔生產(chǎn)”要求,反滲透法是較其他方法更為合理、有效的苦咸水淡化方法。

采用反滲透法對(duì)不同含鹽量的苦咸水進(jìn)行脫鹽淡化,淡化過(guò)程中,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。系統(tǒng)的脫鹽率達(dá)96 %以上,淡化水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。反滲透系統(tǒng)苦咸水淡化裝置具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,可根據(jù)原水的水質(zhì)情況,調(diào)整運(yùn)行參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同含鹽量的苦咸水連續(xù)進(jìn)行處理。該裝置高度集成化,可望成為定型的成套設(shè)備。

缺點(diǎn)

需要高壓設(shè)備，原水利用率只有75-80%。膜要定期清洗。