生物膜法課件

反滲透Contents

滲透與反滲透

反滲透膜的除鹽機理

現(xiàn)有的各種反滲透膜介紹反滲透系統(tǒng)的設(shè)計

反滲透的實際工程運用

Question:

什麼是滲透?~~滲透與反滲透滲透是水從稀溶液一例通過半透膜向濃溶液一側(cè)自發(fā)流動的過程。半透膜只允許水通過，而阻止溶解固形物(鹽)的通過。滲透與反滲透

濃溶液隨著水的流入而不斷被稀釋。當水向濃溶液流動而產(chǎn)生的壓力P足夠用來阻止水繼續(xù)淨流人時，滲透處於平衡狀態(tài)，水通過半透膜從任一邊向另一邊流入的數(shù)量相等，即處於動態(tài)平衡狀態(tài)，而此時壓力P稱為溶液的滲透壓。滲透與反滲透

滲透壓是溶液的一種特性，它隨溶液濃度的增加而增大，一般是以Nacl溶液為基礎(chǔ)進行估算的，即每增加1mg/LNacl約增加滲透壓為69Pa，這可用於大多數(shù)天然水的估算。然而，應注意到高分子的有機物產(chǎn)生滲透壓要低很多(如蔗糖1mg/L約為6.9Pa)。一些溶液滲透壓值見表1—1滲透與反滲透滲透與反滲透當在濃溶液上外加壓力，且該壓力大於滲透壓時，濃溶液的水就會通過半透膜流向稀溶液，使得濃溶液的濃度更大，這過程就是滲透的相反過程，稱為反滲透。滲透與反滲透

反滲透或多或少與過濾相似，兩者都利用一只分離設(shè)備讓混合物通過而分離出液體，其他組分則截留在該分離設(shè)備內(nèi)?？墒窃诜礉B透與過濾之間至少存在著三個方面的主要差別。一般過濾中的滲透壓力是很小的，而它在反滲透中卻佔有特別重要的地位。反滲透決不會產(chǎn)生潮濕量很低的濾餅，團為溶劑的流失必然增高溶液的滲透壓力。濾池除去混合物主要依靠顆粒大小，而反滲透除鹽除了依靠膜的半透性還取決於其他重要因素。

滲透與反滲透

根據(jù)各種物料的不同滲透壓，利用反滲透現(xiàn)象進行分離、提取、純化、濃縮等方法，稱之為反滲透工藝(RO)。反滲透比起其他方法（如常用的蒸餾、電滲析等)來，具備所需能量少、體積小、設(shè)備簡單、單位體積產(chǎn)水量高、不需加熱、相態(tài)不變和適於大小規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。滲透與反滲透滲透和反滲透的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

按照Findlay(1913)的說法，是Abbe-Nollet(1748)首次報導滲透現(xiàn)象，後來由Dutroelot(1827)和Vierordt(1848)繼續(xù)進行考察。他們都利用動物膜做實驗，而動物膜並不是真正的半透膜。1877年，Pfeffer利用氰亞鐵酸銅沉析於多孔瓷料而製成的膜，進行第一次滲透定量實驗。在十九世紀晚期到二十世紀早期的一段時間內(nèi)，這種膜一直是許多正確測定滲透壓力實驗的基礎(chǔ)。Findlay(1913)對早期的滲透科研成果作了很好的歸納。

VantHoff對Pfeffer實驗成果的整理分析，是滲透理論研究的開始。J．W．Gibbe從熱力學角度繼續(xù)研究滲透理論。滲透理論已在1920年代初期基本上發(fā)展成熟，但要等到1950年代初期，人們才再次對它表示興趣。滲透與反滲透滲透和反滲透的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀Beid和Breton(1959)通過多次反滲透實驗後發(fā)現(xiàn)，不少制膜材料都對海水和稍鹹水中的鹽類表現(xiàn)出半透性。但從制水量大小角度來看，似乎只有醋酸纖維素是符合要求的制膜材料。後來Loeb(1962)發(fā)明了新的鑄膜法，製成改良型醋酸纖維素膜，它大大提高了膜的水通量，同時仍然保持著出色的拒鹽性能。這是一項重大技術(shù)突破，鋪平了反滲透除鹽付諸應用的道路。目前，正在運轉(zhuǎn)的反滲透系統(tǒng)中的膜，多半是Loeb制膜法的產(chǎn)品。Merten等人(1966)提供了反滲透除鹽原理和實踐方面的完整著作。

隨著理論的完善，反滲透工藝（RO）得到了發(fā)展。反滲透工藝是六十年代發(fā)展起來的一項新型隔膜分離技術(shù)，可用於無機或有機物質(zhì)的水溶液或非水溶液的分離、濃縮和分級，這些溶液可以及液態(tài)的也可以是氣態(tài)的,可除去大小0．0001微米的顆粒雜質(zhì)，一般可除去分子量大於150~200的有機物，除鹽率可高達95％以上。

滲透與反滲透

滲透和反滲透的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

國內(nèi)反滲透技術(shù)的發(fā)展

1965年開始反滲透膜的實驗室研究,1967-1969年全國海水淡化會戰(zhàn)為醋酸纖維素不對稱反滲透膜的開發(fā)打下基礎(chǔ),上世紀70年代進行了中空纖維和卷式RO元件的研究開發(fā),上世紀80年代初步產(chǎn)業(yè)化並推廣應用;上世紀80年代進行複合反滲透的研究開發(fā),並中試放大成功,近年來與引進相結(jié)合,進行複合反滲透的規(guī)?；a(chǎn),性能達到海水淡化要求.1997年舟山在嵊山島用國外的膜組件建500m3/d的海水RO淡化示範站??至今已建20多處反滲透海水淡化站,能耗約為4kWh/m3

淡水,總產(chǎn)淡水約5萬m3/d.滲透與反滲透

滲透和反滲透的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀滲透與反滲透

滲透和反滲透的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

目前我國已經(jīng)具備了萬噸級海水淡化的工程能力,噸水成本已經(jīng)從10年前的7元左右降至5元左右,隨著裝置規(guī)模的擴大、技術(shù)的進步和集成,造水成本仍有降低的空間.海水淡化技術(shù)在2003年頒佈的《全國海洋經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃綱要》和2005年頒佈的《全國海水利用專項規(guī)劃》中被列為重點發(fā)展技術(shù)之一.據(jù)國內(nèi)沿海地區(qū)海水淡化和西部地區(qū)苦鹹水淡化的需求,通過綱要和規(guī)劃的實施,能使關(guān)鍵材料與設(shè)備基本實現(xiàn)國產(chǎn)化,工程規(guī)模大型化,形成幾個產(chǎn)業(yè)化基地,建成幾個示範城市和示範區(qū),設(shè)立工程研究中心和研究試驗平臺.使海水淡化成為我國沿海地區(qū)供水安全保障體系的重要組成部分,使我國的海水淡化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將躋身國際大國和強國行列.

國內(nèi)反滲透技術(shù)的發(fā)展

與國外相比,我國反滲透工藝和工程技術(shù)已接近國外先進水準,但膜和組器技術(shù)同國際同類產(chǎn)品仍有較大的差距,複合膜雖已完成中試放大,但離工業(yè)生產(chǎn)仍有差距。當前反滲透膜市場,中空纖維型仍以國產(chǎn)CTA膜組件為主,而卷式型基本上由進口PA複合膜元件所佔據(jù)。在工業(yè)上,引進PA複合膜和其他所有關(guān)鍵部件,設(shè)計製造反滲透裝置,取代了以往整機進口的局面,實踐證明是成功的。滲透與反滲透

滲透和反滲透的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

到目前為止，對反滲透膜的脫鹽機理，尚有不同看法，今儀以目前較為流行的三種機理簡述如下：1

氫鍵理論

2選擇吸附—毛細管流動機理

3溶解—擴散機理

反滲透膜的除鹽機理

反滲透膜的除鹽機理

氫鍵理論

氫鍵理論是由Reid等提出來的,此模型把醋酸纖維膜看作是一種高度有序矩陣結(jié)構(gòu)的聚合物.它具有與水或醇等溶劑形成氫鍵的能力。當水進入醋酸纖維膜的非結(jié)晶部分後,和羧基的氧原子發(fā)生氫鍵而構(gòu)成結(jié)合水。水分子能夠由一個氫鍵位置移動到另一個位置。當外界施加壓力,水分子依次從上到下,通過一連串的形成氫鍵和斷裂氫鍵而不斷移位,很快傳遞通過聚合物,直至離開膜的表皮層,進入膜的多孔支撐層。由於膜的多孔層含有大量毛細管水,水分子便能暢通無阻地由此通過。反滲透膜的除鹽機理

氫鍵理論

反滲透膜的除鹽機理選擇吸附—毛細管流動機理

選擇吸附-毛細管流機制主要是由sourirajan提出來的。此理論把反滲透膜看作是一種微細多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì),以吉布斯自由能吸附方程為基礎(chǔ).當鹽的水溶液與多孔的反滲透膜表面接觸時，如果膜具有選擇吸附純水而排斥溶質(zhì)的化學特性，則在股相溶液介面上選擇吸附一層水分子，在反滲透壓力推動的作用下，通過膜的毛細作用流出純水，並連續(xù)地形成和流出這個介面純水層。圖3-5描述反滲透膜對各種鹽的水溶液脫除離子的性能。該理論認為，在醋酸纖維素膜的表皮層上佈滿了許多極細的孔隙，由於醋酸纖維素的親水性，它能在膜的表面選擇吸附一層水分子，約有二個水分子的厚度，約為10埃(即0.001微米)。鹽類溶質(zhì)則被膜排斥，化合價愈高的離了被排斥愈遠。反滲透膜的除鹽機理

選擇吸附—毛細管流動機理

當膜的孔隙為純水層厚度的一倍時，稱為股的臨界孔徑。在臨界孔徑範圍內(nèi)，孔隙周圍的水分子在反滲透壓力的推動下，通過膜表皮層的孔隙流出純水，因而達到脫鹽的目的。如圖3—5(a)所示。當孔隙大於臨界孔徑時，鹽的水溶液就洩漏過膜如圖3-5(b)所示；其中以一價鹽洩漏較多，二價鹽次之，三價鹽更次之,也就是說離子的化合價越高,排斥效應越強。至於對有機物的脫除，則純屬篩分機理。因此，這與有機物的分子量大小和形狀有關(guān)，如圖2-6(a)所示。由於有機物的分子不能被膜的表面所排斥，又由於有機物傾向於降低溶液與膜之間的介面張力，一些小分子有機物(分子量＜100)最容易聚集在膜的表面上，因此很容易通過膜的孔隙。根據(jù)分子的形狀和分子量在l00~200之間的有機物，能脫除一部分。分子量在200以上的有機物，基本上能全部脫除。孔徑較大的膜，如圖3—6(b)所示，一般應用在超過濾範圍，稱為超濾膜，反滲透膜的除鹽機理

選擇吸附—毛細管流動機理

反滲透膜的除鹽機理

溶解—擴散機理

溶解-擴散模型由Lonsdale和Riley等1965年以溶液擴散機理為基礎(chǔ)提出的。此模型把半透膜看作是一種完全緻密的中性介面。水和溶質(zhì)通過膜是分為兩個階段完成的。第一個階段是水和溶質(zhì)首先吸附溶解到膜材質(zhì)表面上;第二階段是水和溶質(zhì)在膜中擴散傳遞,最後通過膜。在溶解擴散過程中,擴散是控制步驟。溶解擴散模型比較合理地闡明了溶劑透過的推動力是壓力(其他),溶質(zhì)透過的推動力是濃差擴散的結(jié)果,但缺陷是這個理論只對醋酸纖維素膜比較符合.

通過膜的水流量和鹽流量可分別用簡單的、獨立的均勻擴散式描述。下麵是該機理的推導:反滲透膜的除鹽機理

溶解—擴散機理

反滲透膜的除鹽機理

溶解—擴散機理

反滲透膜的除鹽機理溶解—擴散機理對比式7—5和式7—7可看出，水通過的大小取決於淨壓力差，而溶質(zhì)通量的大小只與濃度有關(guān)。因此，隨著進水壓力的提高，通過膜的水流量會增加，而溶質(zhì)流量則基本保持不變。據(jù)此推斷，只要增加淨的推動壓力，反滲透製成水的數(shù)量和品質(zhì)均可提高。上述兩式還指出，在不改變施加壓力的條件下，製成水的品質(zhì)將由進水的溶質(zhì)濃度加大而變壞。這是原水滲透壓力增大所造成的結(jié)果。若進水量不變，那麼進水流的溶質(zhì)濃度將隨著溶劑的流失而變高，使水通量相對降低。當回收率(指製成水量與進水量的比值)高時，製成水的溶質(zhì)含量也會增加，因為進水的溶質(zhì)濃度變高。反滲透膜的除鹽機理

溶解—擴散機理

反滲透膜的除鹽機理溶解—擴散機理反滲透膜的除鹽機理溶解—擴散機理反滲透膜的除鹽機理溶解—擴散機理

圖7—3圖7—4分別闡明上述各點。圖7—3給出固定壓力條件下水通量與回收率之間的關(guān)係曲線。曲線上還標明進水含鹽量，它也是一個位得注意的參數(shù)。該圖指出，水通量將隨著進水食鹽量和回收率的提高而逐漸變小。圖7—4給出製成水水質(zhì)與回收率之間的關(guān)係曲線。圖上曲線再次表明，製成水水質(zhì)將隨著進水含鹽量和回收率的提高而逐漸變壞。

反滲透膜的除鹽機理

除以上三種反滲透膜分離理論外還有Donnan平衡模篩網(wǎng)效應學說,自由體積理論,Kedem-Katchalsky模型,Spiegler-Kedem模型,摩擦模型,擴散-細孔流模型等?，F(xiàn)有的各種反滲透膜

進行反滲透分離過程的主要關(guān)鍵之一，是要求反滲透膜具有較高的透水和脫鹽性能。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)機械強度好，多孔支撐層的壓實作用小。(3)化學穩(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，性能衰降小。(5)制膜容易，價格便宜，原料充沛。現(xiàn)有的各種反滲透膜

但是，具備上列各項多種性能的膜目前尚未製成。目前最廣泛使用的膜是醋酸纖維素膜，該膜透水量大、脫鹽率高、價格便宜，比較成熟，應用最普遍。其次則為芳香聚醯胺膜，它的透水和脫鹽性能均較好，機械強度又很好，但目前價格較貴。

除了上述兩種膜以外，還有耐熱的聚苯並咪唑膜，透水量大的動力形成膜，無視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膜，耐酸、耐堿的聚四氟乙烯接枝膜等。下麵介紹四種類型的反滲透膜：DBCAA醋酸纖維素膜

ddYourText聚醯胺膜動力形成膜

反滲透膜現(xiàn)有的各種反滲透膜特種膜現(xiàn)有的各種反滲透膜醋酸纖維素膜(簡稱CA膜)

人們初次發(fā)現(xiàn)醋酸纖維素膜的反滲透性能,在鹽水一側(cè)加壓通過醋酸纖維素膜制取淡水。但透水量太小(每平方米膜面積每天生產(chǎn)淡水約4.1升)，達不到預期效果，對海水和苦鹹水談化無實用價值。直至1960年，按照Loeb-Sourirajan法改良製成了具有高透水量和高脫鹽率的非對稱性結(jié)構(gòu)(具有極薄緻密表皮層和多孔性支撐層)的醋酸纖維素半透膜。其表皮層的厚度約為0.22微米,膜總厚度約為l00微米，極薄。表皮層中佈滿微孔，孔徑約為幾十埃，而多孔支撐層中的孔徑很大，約有幾千埃。其不對稱結(jié)構(gòu)如圖3—2所示。

現(xiàn)有的各種反滲透膜醋酸纖維素膜(簡稱CA膜)

在反滲透操作過程中，鹽水必須面向表皮層，緻密的表皮層對鹽份起到過濾作用，該層由多孔的疏鬆支撐層予以支撐。這種非對稱性的醋酸纖維素限具有透水量大，脫鹽率高的優(yōu)點。近年來，人們對CA膜的研究工作取得了顯著的成果。對成膜過程中的蒸發(fā)、凝膠和熱處理三個階段的工藝條件進行了大量的研究工作。還對CA膜進行了種種接枝改性：二醋酸和三醋酸纖維素的混合膜、醋酸甲基丙烯酸纖維素膜、醋酸丁酸纖維素股、醋酸丙酸纖維素服以及CA超薄膜等等?，F(xiàn)有的各種反滲透膜醋酸纖維素膜(簡稱CA膜)

在1970年以前研製的聚醯胺膜主要為脂肪族聚醯胺膜，例如尼龍—66、尼龍—6、環(huán)氧乙烷接枝尼龍以及異氰酸酯處理的尼龍膜等。但這些脂肪族聚醯胺膜的透水性能很差，後來試製成一種芳香族聚醯胺膜，它具有良好的透水性能、較高的脫鹽率、優(yōu)越的機械強度、化學穩(wěn)定、耐壓實、能在pH值4~10範圍內(nèi)使用(長期使用範圍為pH5~9)。芳香聚醯胺膜主要是製成中空纖維，它的膜面積特別大，由它製成的反滲透器具有體積小、產(chǎn)水量大的優(yōu)點，因此發(fā)展很快?，F(xiàn)有的各種反滲透膜聚醯胺膜

1965年，在實驗中發(fā)現(xiàn)當使釷鹽[Th(IV)]的水溶液在加壓下高速通過微孔濾器，並使濾液不斷通過該微孔濾器約一小時後，微孔濾器表面就沉積一層Th(IV)的氧化物，而這層氧化物就是一種透水性能優(yōu)越的反滲透膜。除了Th(IV)鹽外，其他某些易被水解的鹽類亦能以這種成膜法(動力形成)製成反滲透股。通過一系列試驗證明，以水合氧化物的膠狀分散體制取動力膜時比從鹽類水解法容易。能成膜的氧化物有鋯[Zr(IV)]、鐵[Fe(III)]、錫[Sn(IV)]和鈾[U(VI)]等。其中以Zr(IV)形成的動力膜效果最好，且適用範圍(原液濃度、pH值、高低價離子等)較廣。

動力膜的基本特點是透水性能特好，其中有的透水量能高達5~6米3／米2·天，但此時的脫鹽率就很差。現(xiàn)有的各種反滲透膜動力形成膜（簡稱動力膜）支撐動力膜的多孔性介質(zhì)，有玻璃纖維、燒結(jié)玻璃和多孔性陶瓷等。較常用的一種多孔支揮材料是0.45微米孔徑的多孔性氯乙烯—丙烯晴共聚物與尼龍布的複合材料，將該材料包紮在16毫米外徑具有許多微孔(孔徑5微米)的不銹鋼管支承體上。以內(nèi)含10-4克分子的水合氧化鋯的NaCl(0.05克分子)水溶液在耐壓容器中於加壓下迴圈過濾(環(huán)流)，通過上述多孔材料包紮的不銹鋼支承體，於是在多孔材料表而出於沉積而形成一層動力膜。

1969年又發(fā)現(xiàn)了一種效果更好的動力膜，即在一只水合氧化鋯的表面上再覆上一層聚丙烯酸(PAA)。實驗證明這種動為膜(水合氧化鋯—聚丙烯酸[Zr(IV)—PAA]複合膜)在中性範圍內(nèi)具有良好的脫鹽性能，對0.05克分子濃度的Nacl水溶液的脫鹽率能達90％左右。

現(xiàn)有的各種反滲透膜動力形成膜（簡稱動力膜）聚苯並咪唑膜

特種膜

玻璃中空纖維膜

現(xiàn)有的各種反滲透膜特種膜特種膜聚苯並咪唑膜聚苯並咪唑膜(簡稱PBI)膜具有的基本特點是:(1)能耐高溫。

(2)吸水性能特好(相當於棉和毛的吸水性——約13％)。因此，PBI膜適用於在較高溫度下的反滲透作業(yè),由於它具有良好的吸水性能,更有利於製作反滲透的制膜材料。

PBI的結(jié)構(gòu)式如下：

在常溫下，PBI膜與CA膜的透水性能沒有多大差別。但當溫度升高到90℃時，CA膜的透水性能就下降到零，而PBI膜的透水性能非但不下降，並且隨著溫度的上升而提高，見表3—7所列的數(shù)據(jù)特種膜聚苯並咪唑膜特種膜玻璃中空纖維膜

目前主要使用的反滲透膜是醋酸纖維素膜和芳香聚醯胺中空纖維膜。但醋酸纖維系膜用於海水淡化時在高壓下由於膜被壓實，而使透水量下降或由於水解，在常期使用後使脫鹽率降低，還可能由於生化降解而使膜的性能損壞。這些缺陷可以通過在較低操作壓力下運轉(zhuǎn)、添加酸調(diào)節(jié)pH值以及添加殺菌劑等方法來克服。但是這些措施在遠洋航行中是不方便的，而且還使操作和維修複雜化。近來，人們發(fā)現(xiàn)了能耐水解印能耐生化降解的以玻璃為原料而製成的多孔性玻璃膜,該膜在120大氣壓下處理海水時，其透水量達1米3／米2·天,脫鹽率約為88％。該膜可製成中空纖維形式，這樣可以使體積大大縮小。玻璃中空纖維的外徑在20～200微米之間，相應的壁厚為5～４0微米。採用的材料為可分相的Na20—Si02—B203系統(tǒng)，玻璃原料選用高純度的四硼酸鈉、氧化硼和二氧化矽。在鉑—銠合金坩鍋中以1150℃熔融，再在較低溫度下精煉而成。將熔融的玻璃拉成外徑4毫米、壁厚0.5毫米、長1.5米的玻璃管，然後把這種玻璃管拉成壁厚10～20微米、外徑20～200微米的中空纖維。每根外徑4毫米、長1.5米的破璃管能拉成約2500米長的玻璃中空纖維。使用玻璃中空纖維處理海水的脫鹽率目前只有88％，因此它僅適用於海水二級淡化(即通過二次反滲透淡化)來制取飲用水。

各種膜的詳細製備工藝條件和操作過程可參考《電滲析和反滲透——水處理》一書

特種膜玻璃中空纖維膜

現(xiàn)有的各種反滲透膜各種反滲透膜的性能比較現(xiàn)有的各種反滲透膜

隨著反滲透膜的品質(zhì)不斷地改進和提高，膜的新品種不斷地發(fā)現(xiàn)，反滲透器結(jié)構(gòu)的不斷改善和創(chuàng)新，反滲透適應用面的不斷擴大，為反滲透的進一步發(fā)展開闢了廣闊的前途。

反滲透膜的開發(fā)方向

(1)開發(fā)能除去小的氯化有機分子的聚合物膜；

(2)開發(fā)能分離烴混合物的無機反滲透膜；(3)以動力膜為基礎(chǔ)，開發(fā)無機與有機混合材料膜；(4)採用更先進的物理方法獲悉膜的結(jié)構(gòu)及膜中液體的結(jié)構(gòu)；(5)以控制聚合物球粒的尺寸及球粒中聚合物的密度來控制膜的膜孔尺寸；現(xiàn)有的各種反滲透膜(6)聚合物球粒的概念也能被用於複合膜的設(shè)計；(7)在膜孔尺寸和聚合物—溶液相互作用的基礎(chǔ)上，能發(fā)展更為精確的傳遞理論；(8)由控制膜孔尺寸和膜溶質(zhì)相互作用，能開發(fā)將混合溶質(zhì)分級的膜；(9)膜污染能被膜的設(shè)計及膜組件的設(shè)計所控制；使用反滲透膜的幾點注意事項溫度

注意事項AddYourText濃差極化

pH值使用範國操作壓力

膜的清洗

現(xiàn)有的各種反滲透膜使用反滲透膜的幾點注意事項

pH值使用範圍

CA膜的長期使用範圍為pH3—7。在海水和苦鹹水處理方面通常調(diào)節(jié)pH值到5.5—6.5,防止某些溶解固體在膜表面沉澱結(jié)垢而堵塞膜孔，以及防止CA膜的水解。芳香聚醯胺和聚醯胺—醯肼膜一般是適用pH4～1０，但長期適用範鬧為pH5—9。聚呱嗪醯胺膜較耐水解,對pH值的適用範圍較寬些。動力膜Zr(IV)—PAA適用於中性範圍。玻璃膜能耐水解，對pH值的適用範圍較廣。使用反滲透膜的幾點注意事項

操作壓力

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的影響從而導致透水量的下降，這對CA膜最為顯著。因此，應根據(jù)各種膜的性能來考慮反滲透操作壓力。操作壓力的選擇還取決於原液的濃度、膜的透水性能和水的回收率。使用反滲透膜的幾點注意事項

溫度

膜的透水量隨原液溫度的提高而增加。有些膜當水溫提高1℃時，透水量能增加約2.7％，如圖3—11所示。但溫度過高時，會加快膜的水解速度(如CA膜)。一般有機膜由於溫度升高而變軟，跟著膜的壓實也增加。因此，一般有機膜的原液溫度應控制在20—30℃左右。使用反滲透膜的幾點注意事項

濃差極化

在反滲透過程中，由於水不斷地透過膜，引起了膜表面溶液濃度升高，從膜表面到進料液之間形成一濃度梯度。如果膜表面的溶液濃度越來越大，由於這一濃差極化現(xiàn)象引起了膜表面溶液的滲透壓大大增加，因而導致水透過膜的阻力增加，於是膜的透水量和脫鹽率隨之下降，如圖3—12所示.且某些難溶鹽(如CaSO4等)就會在膜表面沉澱析出。為了避免發(fā)生濃差極化現(xiàn)象，須使原液的流動保持紊流狀態(tài)，即提高原液進料的流速，以防止膜表面濃度的增加。使用反滲透膜的幾點注意事項

膜的清洗

由於被處理的水中通常含有無機物、有機物、微生物、粒狀物和膠狀物等雜質(zhì)，因此在進行反滲透過程前必須先經(jīng)過預處理——通常是採用砂過濾、各種孔徑的細過濾和精密過濾等方法?？梢允孪仍诒惶幚淼乃型都用鞯\或高分子電解質(zhì)以加速凝聚沉澱。此外在處理的水中注入一定量的氯(剩餘氯0.5—2ppm)或其他滅茵方法。在使用CA膜時還須調(diào)節(jié)進料水PH值5.5—6.5，防止膜的水解和減少膜表面結(jié)垢。

長期使用底膜表面易被一層沉澱物覆蓋而結(jié)垢，膜孔被堵塞，透水量就此下降。因此，必須定期清洗膜面。通常是採用稀鹽酸(pH值2—3，主要對CA膜)沖洗，或用各種絡合劑如檸檬酸、過硼酸鈉、亞硫酸氫鈉、六偏磷酸鈉等防止鐵、錳、碳酸鹽結(jié)垢的形成。在具體操作中，鬚根據(jù)膜材料和結(jié)垢的性質(zhì)選擇除垢劑。據(jù)報導，使用芳香聚醯胺中空纖維膜時，可加氨使進料水的pH值增加到8—9，藉以消除鐵和碳酸鹽引起的結(jié)垢。當板框式、螺旋卷式和槽條式反滲透器中的膜發(fā)現(xiàn)結(jié)垢時，可用高流速進水沖洗幾十分鐘以消除結(jié)垢。管式膜的清洗方法一般採用塑膠海綿球或聚胺酯泡沫插塞進行機械洗刷。使用反滲透膜的幾點注意事項

膜的清洗

反滲透系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計一個可靠且成本低的反滲透系統(tǒng)將會遇到許多工程問題，較困難的設(shè)計課題有：1.怎樣支承脆弱的反滲透膜占承受300~1500磅／英寸2的壓差；2.怎樣防止高壓進水和濃水與低壓製成水的接觸；3.怎樣提高裝配密度以降低承壓容器的造價；4.怎樣正確設(shè)計進水渠道以減輕濃度極化和膜的污染；5.怎樣降低進水、濃水和製成水的寄生性壓力損央；6.怎樣降低膜的更換費用。反滲透系統(tǒng)設(shè)計

為了克服上述各項困難，以達到可靠和經(jīng)濟的目標，設(shè)計了下列四種基本的反滲透器：板框式、管式（直徑〉10mm)、螺旋纏繞式和空心細纖維型(直徑<5mm)(圖7—7)。表7—4對比了各種模型的優(yōu)缺點。除板框式以外，其餘三種都已經(jīng)在給水和廢水處理中應用。反滲透系統(tǒng)設(shè)計反滲透系統(tǒng)設(shè)計

反滲透站設(shè)有串聯(lián)—並聯(lián)佈置的模型。最重要的設(shè)計參數(shù)包括回收率、製成水水質(zhì)要求、工作壓力、濃水流量、預處理需要程度、保持通量的措施、製成水的後道處理等等。反滲透設(shè)計必須掌握進水的水質(zhì)組成及其變化、水溫以及滲透壓力等原始資科。擬採用的膜對進水組分的拒斥度，是判斷製成水水質(zhì)的必要資料。反滲透站的要求規(guī)模常按某一溫度時所需要的一定製成水流量來硯定。用於廢水處理時，設(shè)計規(guī)模常按進水流量確定。一旦反滲透站的出水流量和進水水質(zhì)組成確定後，接著就必須確定回收率。回收率的大小受到要求的出水水質(zhì)和濃水中微溶鹽的溶解度的限制。因為膜對特定離子的拒斥度常常變化，又因為進水水質(zhì)也經(jīng)常變化，因而要正確判斷出水水質(zhì)很困難。下麵介紹估算出水水質(zhì)的簡化方法。首先寫出水的物質(zhì)平衡關(guān)係式反滲透系統(tǒng)設(shè)計首先寫出水的物質(zhì)平衡關(guān)係式反滲透系統(tǒng)設(shè)計反滲透系統(tǒng)設(shè)計反滲透系統(tǒng)設(shè)計

在實際運行中真正需要的能量大於上述最小需要量，其原因是：1)使用較大的壓差推動力以提高制水速度；2)提高流速防止?jié)舛葮O化；3)濃水排走的不可回收能。在確定反滲透站設(shè)計規(guī)模和能量需要以後，接著還得求定膜面積。選擇膜面積的考慮因素有：膜的使用壽命、膜的受壓緻密、膜的污染以及淨的推動力(△P—△Ⅱ)等。例如，若相似條件下的運行經(jīng)驗指出，在600磅／英寸2的工作壓力和66℉溫度條件下的水通量為10加侖／日／英寸2，則100000加侖／日的反滲透站就需要10000英寸2的膜。習慣上利用一年運轉(zhuǎn)後膜的通量數(shù)值計算需要膜面積，使初期的工作壓力低一些。怎樣調(diào)整濃水流量以減輕濃度極化，是反滲透設(shè)計的另一個重要考慮因素。隨著滲透水的不斷流走，濃水在反滲透器內(nèi)的流量也沿途逐漸降低。將反滲透膜堆或爪力容器分級，按照金字塔型式串聯(lián)—並聯(lián)佈置，有利於克服這個弊病。

反滲透系統(tǒng)設(shè)計

預處理和保持通量

在所有除鹽方法中，都必須對進水進行頂處理，反滲透當然不能例外。進水和濃水的處理目的一般是：

1．除去過量的濁度或懸浮固體；

2．校正和控制進水的pH和溫度；

3．抑制或控制化合物的形成，否則將堵塞水的通道或覆蓋膜表面；

4．進行消毒以防止粘狀物質(zhì)的生成和設(shè)備的污染；

5．除去乳化和末乳化油類或相似有機物質(zhì)。

混凝(絮凝)沉澱或過濾或同時兼用這二者能除去進水中過量濁度和懸浮固體?？赡芤O(shè)置重力式濾池或壓力式濾池或矽藻土濾池。少量膠體物質(zhì)雖造成通量損失，但可容忍一些，並在定期清理時清除。微溶物質(zhì)的沉積是運行的主要問題，例如碳酸鈣、硫酸鈣和水合金屬氧化物等。在pH等於5條件下運行可避免碳酸鈣和磷酸鈣的沉積。這個pH值還有利於抑制膜的水解。六偏磷酸鈉極限處理法能抑制硫酸鈣的納垢。微量水合金屬氧化物的沉積一般在清理時清除?；钚蕴碱A處理能大大減輕有機化合物的沉積。根據(jù)水處理廠的規(guī)模和進水有機質(zhì)含量，不採取活性碳預處理而容忍少量沉積，並加強清理措施，有時反而顯得經(jīng)濟。大量膜面積是細菌生物膜和黴菌的良好生長場所，應採取必要的對應措施加以克服。反滲透系統(tǒng)設(shè)計預處理和保持通量在進水中投氯造成1—2毫克/L的餘氯值，是有效的抑制生物膜過度生長的措施。這個氯濃度對醋酸纖維素膜變質(zhì)酌影響極為輕微。反滲透出水的後道處理住往是校正pH和驅(qū)除二氧化碳；當用於飲用時，還應消毒。通量隨時間而衰退是反滲透運行中最嚴重的問題。它是各種型式反滲透器以及其他膜法的共性問題。前面曾指出，通量衰退是膜的受壓緻密和污染共同造成的結(jié)果。在運行壓力不高的情況下(小於600磅／英寸2表壓)，膜污染是造成通量衰退的主要因素。定期清理可緩解膜的污染(Nusbavm等人，1970)。正確決定預處理深度以及選擇適當?shù)那謇矸椒?，是反滲透設(shè)計中的重要措施。反滲透系統(tǒng)設(shè)計預處理和保持通量反滲透的實際工程運用

反滲透(RO)主要用來去除水中溶解的無機鹽，反滲透膜對幾乎所有的溶質(zhì)都有很高的脫除率。RO技術(shù)的大規(guī)模應用主要是苦鹹水、海水淡化和難以用其他方法處理的混合物。在污水處理方面,RO已廣泛應用於城市污水處理和利用、電鍍污水處理、紙漿和造紙工業(yè)污水處理、化工污水處理、冶金焦化污水處理、食品工業(yè)污水處理、制藥污水處理及放射性污水處理等。RO法處理出水質(zhì)量很高,在水處理中通常用於最後的精製。反滲透技術(shù)應用十分廣泛,主要應用於海水淡化、純水和超純水製備、城市給水處理、城市污水處理及應用、工業(yè)電鍍廢水及紙漿和造紙工業(yè)廢水處理、化工廢水處理、冶金焦化廢水處理、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等廢水處理,我國有大港電廠、寶鋼自備電廠等發(fā)電廠應用反滲透技術(shù)來進行預脫鹽處理。反滲透的實際工程運用

1

反滲透膜在城市污水方面的應用

目前,反滲透膜在城市污水深度處理方面的應用尤其是污水處理廠二級出水回用及中水回用等,已受到高度重視。美國CaliforniaOrange縣WF21工廠最早在廢水深度處理中使用了反滲透膜技術(shù)。中東不少缺水國家也採用反滲透膜技術(shù)處理城市污水,其一級反滲透膜出水含鹽80mg/L,二級出水含鹽10mg/L達到回用要求。SUZUKIY等將不同組件形式、不同材質(zhì)的反滲透膜用於生活污水回用處理研究,結(jié)果表明:螺旋卷式聚乙烯醇複合膜和三醋酸纖維素中空纖維膜在廢水回用工藝中具有較高的實用價值:膜透過液水通量較大,水質(zhì)無色透明、無味,糞便大腸菌類的截留率為100%,滲透液COD為1～2mg/L,色度≤1度,磷含量為0.01mg/L,基本與城市給水相差不大。悉尼奧運會體育場館將經(jīng)SBR工藝處理的生活污水和經(jīng)沉降和水生植物氧化塘處理的雨水混合後送到0.2μm的微孔過濾系統(tǒng)進行淨化,得到可沖廁所用的中水;中水再經(jīng)過反滲透處理用於場館綠化,這樣既節(jié)約了自來水,又減少了市政污水處理量,實現(xiàn)了綠色奧運.反滲透的實際工程運用2

反滲透膜在垃圾滲濾液中應用

垃圾填埋場滲濾液是液體在填埋場重力流動的產(chǎn)物,水質(zhì)複雜,水量變化大,既含有各種有機物,還含有高濃度氨氮和各種重金屬離子,其可生化性隨填埋時間而變化。但反滲透膜技術(shù)對這種波動“不敏感”,且最新一代的反滲透膜也保證了反滲透膜技術(shù)在滲濾液處理中的正常運行。Hurd等選用3種低壓聚醯胺反滲透膜對TrailRoad垃圾填埋場的滲濾液進行處理,結(jié)果透過液的流量取決於操作壓力大小及TOC的濃度,當操作壓力>1.03×106Pa時,透過液的流量為26.0～54.0L/(m2·h),TOC和Cl-的去除率>96%,NH3-N的去除率>88%。Angeloy等用SW30-2521型卷式膜對義大利Pietramelina垃圾填埋場的滲濾液進行了中試,試驗表明,當滲濾液COD增至1749mg/L時,滲透量大大降低,操作壓從2.0MPa增至5.3MPa時,COD的去除率從96%上升為98%,此外,COD對金屬去除率的影響和金屬離子的屬性有關(guān)。反滲透的實際工程運用最早應用於垃圾填埋場滲濾液處理的反滲透系統(tǒng)是盤管式膜組件。1998年,盤管式反滲透(DT-RO)系統(tǒng)進入垃圾填埋場滲濾液處理市場。美國國家環(huán)保局(USEPA)對DT-RO系統(tǒng)進行過全面的經(jīng)濟技術(shù)評價,認為DT-RO對滲濾液中污染物的去除非常有效,對總有機碳(TOC)的去除率大於96.7%,對總懸浮物(TDS)的去除率超過99.4%,對揮發(fā)性有機物(VOCs)的去除率超過92.3%。目前得到廣泛應用的DT-RO技術(shù)一般採取2級RO裝置,已經(jīng)在世界各地有200多個工程實例,其中西歐、北美、澳洲地區(qū)就有百餘座滲濾液RO處理場在應用,德國在這一領(lǐng)域處於領(lǐng)先地位,共有43座。國內(nèi)齊小力採用PALLROCHEM提供的RO502型DT-RO產(chǎn)品,在北京阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場、六裏屯垃圾填埋場和北神樹垃圾填埋場進行了滲濾液的處理試驗。結(jié)果如表1所示反滲透的實際工程運用反滲透的實際工程運用3

反滲透膜在重金屬廢水處理方面的應用

含重金屬離子廢水的常規(guī)處理方法都只是一種污染轉(zhuǎn)移,即將廢水中溶解的重金屬轉(zhuǎn)化成沉澱或更加易於處理的形式,其最終處置常常是進行填埋,而重金屬對地下水和地表水環(huán)境造成二次污染的危害依然長期存在。國內(nèi)外均對反滲透法處理重金屬廢水進行了廣泛深入的研究,發(fā)現(xiàn)採用反滲透膜技術(shù)不僅可以避免產(chǎn)生二次污染,而且還能獲得高的金屬離子截留率。目前,在電鍍工業(yè)中我國約有100套反滲透裝置應用於處理含鎳及含鉻電鍍液,組件多採用內(nèi)壓管式或卷式。國家海洋局杭州水處理技術(shù)中心採用3級濃縮即第一級納濾濃縮10倍,第二級反滲透(BWRO)濃縮5倍,第三級反滲透(SWRO)濃縮2倍,對電鍍鎳漂洗水進行處理,

反滲透的實際工程運用結(jié)果水中的Ni2+由300mg/L濃縮至30mg/L,流量由50t/h減至0.5t/h後進入負壓蒸發(fā)系統(tǒng)得到NiSO4·6H2O晶體和其他電解質(zhì)晶體,透過液經(jīng)離子交換後Ni2+小於0.5mg/L,然後同自來水混合,經(jīng)處理後回用作漂洗泡沫鎳的純水。UJANGZ.採用複合低壓反滲透膜對含Zn2+和Cu2+的廢水進行處理研究,不投加EDTA,進水pH在3～5之間,水溫250℃,水回收率為40%,操作壓力450kPa時,Zn2+和Cu2+的去除率93%～96%;投加EDTA後,由於與Zn和Cu形成絡合離子,在其他條件相同時,反滲透膜對Zn2+和Cu2+的截留率穩(wěn)定在95%,當投加EDTA適宜時,二者的截留率均達到99%以上,研究還發(fā)現(xiàn)對Zn2+的截留率略高於Cu2+。在經(jīng)過前期處理後的含鎳、鉻、銅及鋅等重金屬離子的廢水,進一步採用反滲透膜作為終端處理,能確保廢水中的重金屬離子完全去除,處理後的水質(zhì)優(yōu)良,可以作為回用水資源,實現(xiàn)閉路迴圈。反滲透的實際工程運用4

反滲透膜在含油廢水方面的應用

含油廢水是一種量大面廣的工業(yè)廢水,若直接排入水體,會在水體表層產(chǎn)生油膜阻礙氧氣溶入水中,從而致使水中缺氧、生物死亡、發(fā)出惡臭,嚴重污染生態(tài)環(huán)境。一般,含油廢水中的油分以浮上油、分散油、乳化油三種狀態(tài)存在,其中前兩種比較好處理,經(jīng)機械分離、凝聚沉澱和活性炭吸附,油分可降低到幾mg/L以下,而乳化油含有表面活性劑和起同樣作用的有機物,油分以微米數(shù)量級大小的粒子存在,所以長期保持穩(wěn)定,難以分離。反滲透的實際工程運用

對含乳化油的廢水應用反滲透法處理,不需破壞乳化液進行濃縮分離,其濃縮液採用焚燒處理,滲透液可進行回用或排放處理。美國加利福尼亞的聖泡斯廢熱電站第一次大規(guī)模應用反滲透裝置於油田采出水處理,成功地將含鹽3000mg/L、矽6263mg/L、油3.5mg/L、總有機碳(TOC)(16～23)mg/L的油田采出水處理到鍋爐用水水質(zhì),於是處理後的水回用於電站鍋爐給水。含油廢水成分複雜,除了溶解狀態(tài)、乳化狀態(tài)多種鹽類外,還有投加的破乳劑、降粘劑等,因此單單一種膜處理方法有其局限性,在實際應用過程中一般採用多種處理方法聯(lián)合使用的方式,才能保證出水水質(zhì)。國內(nèi)張宏忠等先採用自配的DEMUL-B1作為破乳劑對高濃度的O/W型紡絲油劑廢水進行破乳,然後以O(shè)SMONICS公司的SE反滲透膜對破乳後的水樣進一步處理,結(jié)果表明:經(jīng)“破乳-反滲透”處理淨化後的水質(zhì),其COD的去除率達到99.96%,含油量幾乎監(jiān)測不出。反滲透的實際工程運用

國外,Sanghhyun等把鹽析和反滲透結(jié)合起來處理乳化油廢水取得了很好的效果,在含油廢水中加入1.0%～4.5%的鋁或水溶性鹽,在pH值2～5範圍內(nèi)攪拌混合,靜止0.5～1h後油分上浮,除去漂浮油後進行過濾,可進一步除去以鋁鐵絮凝形態(tài)殘存於水中的油分,去除率高達99%,而後用反滲透膜處理含鋁鹽或鐵鹽的水溶液,鹽的去除率接近100%,最終透過水可回用,濃縮水在油水分離工序中迴圈CARTWRIGHTP.S.採用納濾/反滲透集成工藝處理油田廢水,研究表明:第一級使用中空纖維納濾膜去除幾乎所有重油、濁度和主要溶解有機物,第一級的滲濾液直接進入第二級卷式反滲透膜,反滲透膜產(chǎn)生的濾液能夠滿足再用或回灌地下,當每級運行回收率為90%,溫度18～22°C,運行壓力7～25kg/cm2時,第一級穩(wěn)定後水通量為8.1L/(m2·h),第二級穩(wěn)定後水通量為5.1L/(m2·h),

實際膜分離效果如表3所示。反滲透的實際工程運用反滲透膜技術(shù)的發(fā)展趨勢

在當今世界水處理業(yè)朝著以開發(fā)水資源(即廢水回用與保護環(huán)境雙重目標的廢水資源化方向發(fā)展的趨勢下,反滲透膜技術(shù)由於具有優(yōu)良的分離性能,其應用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛。

今後它的發(fā)展方向主要集中於:

①

研究開發(fā)具有低能耗、抗污染、耐高溫、高壓和特種分離等性能的反滲透膜組件;

②

研究開發(fā)具有抗酸鹼性、抗氧化性以及高透水性的新型膜材料;

③

反滲透膜組件與超濾、微濾、納濾及EDI等組件的組合或與其他單元操作相結(jié)合(如膜分離技術(shù)與催化反應結(jié)合起來形成膜反應器)可以取得更好的分離效果。[1].水質(zhì)控制物理化學方法[美]小沃爾特·J·韋伯中國建築工業(yè)出版社

1980[2].反滲透與合成膜[加]S.SOURIRAJAN中國建築工業(yè)出版社

1987[3].電滲析和反滲透王振堃上?？茖W技術(shù)出版社1980[4].反滲透水處理工程馮逸仙中國電力出版社

2000[5].反滲透水處理應用技術(shù)張葆宗中國電力出版社

2004[6].反滲透水處理系統(tǒng)工程馮逸仙中國電力出版社

2005[7].水處理中膜分離技術(shù)應用的研究周軍，楊豔琴等

通用機械2007（4）[8].反滲透在環(huán)境工程中的應用王海鳳,相波,李義久環(huán)境科學與技術(shù)200730（7）[9].反滲透膜技術(shù)在我國的發(fā)展概況陳一鳴，劉玉榮科技通報19895（1）[10].膜分離技術(shù)及其在污水處理中的應用顧偉，朱建耀哈爾濱職業(yè)技術(shù)學院學報2007（5）[11].反滲透技術(shù)的基本原理及發(fā)展趨勢胡敩劼，禹保衛(wèi)工程技術(shù)化學之友2007（9）[12].反滲透膜分離技術(shù)的創(chuàng)新性進展高從楷

膜科學與技術(shù)200626（6）[13].反滲透膜在水處理中的研究進展周軍，方少明等過濾與分離200616（2）參考文獻膜分離法

寫在前面的話

膜分離是在20世紀初出現(xiàn)，20世紀60年代後迅速崛起的一門分離新技術(shù)。大多數(shù)人會認為，膜離我們的生活非常遙遠。其實不然，膜分離技術(shù)非常貼近我們的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中藥、茶食品、飲料、調(diào)味品等我們隨時可能接觸到的，都會用到膜分離技術(shù)。據(jù)初步統(tǒng)計，2001年全世界膜和膜組件的銷售額已接近80億美圓，成套設(shè)備和膜工程的市場則已達到數(shù)百億美圓，而且每年還在以10%~20%的幅度遞增，顯示出這一新興產(chǎn)業(yè)的廣闊前景?！?膜分離法概述

膜分離就是用天然的或人工合成膜,以外界能量或化學位差作為推動力,對雙組分或多組分溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和富集的方法。膜分離技術(shù)作為新的分離淨化和濃縮方法,與傳統(tǒng)分離操作(如蒸發(fā)、萃取、沉澱、混凝和離子交換等)相比較,過程中大多無相變化,可以在常溫下操作,具有能耗低、效率高、工藝簡單、投資小和污染輕等優(yōu)點,故在污水處理、食品生產(chǎn)、醫(yī)藥合成和能源、化工生產(chǎn)等過程中發(fā)展相當迅速。§1.1膜分離法的發(fā)展過程膜在大自然中，特別是在生物體內(nèi)是廣泛存在的，但我們?nèi)祟悓λ恼J識、利用、模擬直至現(xiàn)在人工合成的歷史過程卻是漫長而曲折的。

18世紀末,法國的AbbeNollet發(fā)現(xiàn)水能自然地擴散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi),首次揭示了膜分離現(xiàn)象。1864年Traube成功地研製出亞鐵氰化銅膜,這是人類歷史上的第一片人造膜。回顧膜分離技術(shù)的發(fā)展歷史,首先出現(xiàn)的是微濾和超濾,此後是電滲析,接著出現(xiàn)反滲透,最後出現(xiàn)的是納濾?！?.2膜分離法分類微濾（MF）超濾（UF）納濾（NF）反滲透（RO）滲析（D）以濃度差作為驅(qū)動力電滲析（ED）以電位差作為驅(qū)動力其他：氣體分離（GS）、滲透蒸發(fā)（PVAP）、液膜（LM）、集成膜技術(shù)（IMT）等以壓力差作為驅(qū)動力不具備離子交換性質(zhì)中性膜電滲析、超濾、反滲透是目前給水與廢水處理常用的三種膜分離方法。濾膜孔徑及操作壓力大致說來，超濾用於去除大小大於10倍溶劑分子的顆粒，顆粒相對分子品質(zhì)小於1000。對溶劑水而言，即顆粒應約大於2.5nm(水分子為0.28nrn)。超濾膜的孔徑一般為1.5~10nm。超濾系統(tǒng)一般在小於0.5MPa下操作。反滲透用於占除大小與溶劑同一數(shù)量級的顆粒．相對分子品質(zhì)在10~1000範圍內(nèi)。對水溶液而言，顆粒的大小約為零點幾個納米。反滲透用半透膜作為濾膜，必須在克服膜兩邊滲透壓的條件下操作，典型的操作壓力為5MPa。當顆粒物大於約50nm後，即屬於一般的過濾。半透膜的結(jié)構(gòu)微晶片結(jié)構(gòu)，含有結(jié)合水，結(jié)構(gòu)緻密，具有透水而不被堵塞的特性凝膠體的海綿狀結(jié)構(gòu)，含結(jié)合水和毛細水空隙大，起支撐作用，凝膠體的海綿狀結(jié)構(gòu)，含結(jié)合水和毛細水最簡單的解釋為篩除作用。即限孔大小介於水分子與溶質(zhì)分子之間，因此水能透過，而溶質(zhì)不能透過。但這不能解釋鹽離子不能透過的原因，因為這些離子和水分於的大小基本一樣。

在半透膜孔的壁上吸附了水分子，因此堵塞了溶質(zhì)分子的通路。水分子可以自由運動通過膜孔，而溶質(zhì)分子則需要把水分子頂下來後才能通過，這需要較大能量，因此，在通常溶液的情況下就不能通過半透膜。認為膜的聚合物網(wǎng)上有帶電荷部位。這些電荷阻擋了電解質(zhì)的離子通過，起了滲透膜的作用。但是，大多數(shù)的反滲透用膜，都不具有帶電荷部位。有一種機理認為是出於水能溶解於膜內(nèi)，而溶質(zhì)不能溶解於膜內(nèi)。膜的半透性有下麵幾種解釋：1.2.1微濾（MF）微濾技術(shù)是目前所有膜技術(shù)應用最廣泛的一種膜分離技術(shù)。微濾主要用於過濾0.1~10μm大小的顆粒、細菌、膠體。其過濾原理和普通過濾相似,屬於篩網(wǎng)過濾。微濾過濾具有操作壓力低(<0.2MPa),對水質(zhì)的適應性強、占地面積小的優(yōu)點。微濾作為較經(jīng)濟的微過濾方式在飲用水處理方面應用廣泛,可代替常規(guī)的澄清過濾和二沉池,在水質(zhì)波動較大時仍可連續(xù)處理,占地面積小;用於各種廢水的預處理,以降低濁度、懸浮物,滿足後處理進水要求。

1.2.2超濾（UF）超濾膜也屬於壓力驅(qū)動膜,其分離原理一般認為是篩分過程。其孔徑範圍為0.05~1nm。超濾主要用於去除固體顆粒物、懸浮物、從溶液中分離大分子物質(zhì)和膠體。用超濾膜處理電泳塗漆廢水已在我國汽車工業(yè)、電器工業(yè)部門得到了廣泛應用,通過超濾膜的分離特性將有大量金屬離子雜質(zhì)的電泳漆從廢水中回收出來重新利用。超濾膜應用的主要問題是膜通量隨運行時間的延長而降低、膜污染和濃差極化嚴重,價格高、需要複雜的預處理是其應用的主要障礙。開發(fā)大通量、高強度、耐高溫、抗污染、抗氧化、便宜長壽命的超濾膜及膜組件是今後研究的重點。1.2.3納濾（NF）納濾介於反滲透和超濾之間,是20世紀80年代出現(xiàn)典型的反滲透複合膜之後研製開發(fā)的又一種新型分子級的膜分離技術(shù)。納濾也屬於壓力驅(qū)動型過程，其操作壓力通常為0.5MPa~1.0MPa。納濾膜的一個顯著特點是具有離子選擇性,它對二價離子的去除濾高(95%以上),一價離子的去除率低(40%~80%)。因此納濾廣泛應用於河水及地下水中含三鹵甲烷中間體THM、低分子有機物、農(nóng)藥、異味、硝酸鹽、硫酸鹽氟、硼、砷等有害物質(zhì)的去除,廢水的脫色,廢水中不同有機物的分級濃縮。納濾膜在低壓下具有高通量，在許多場合,它比反滲透投資成本和操作費用低。納濾膜易污染,對進水水質(zhì)要求高,需要複雜的預處理限制了納濾膜的應用。相信隨著預處理水質(zhì)的提高和膜性能的改善,今後在環(huán)保領(lǐng)域會有較大的發(fā)展。1.2.4反滲透（RO）

反滲透膜幾乎對所有的溶質(zhì)都具有很高的脫除率,反滲透出水水質(zhì)很高,在水處理中通常用於除鹽處理。反滲透在環(huán)保領(lǐng)域的大規(guī)模應用是飲用水質(zhì)的改善、城市污水、工業(yè)廢水和垃圾滲濾液的處理。反滲透存在的主要問題是膜污染和濃差極化。開發(fā)價廉、超低壓、耐污染、耐高溫、抗氧化的膜材料是研究的重點。1.2.5電滲析（ED）電滲析是利用離子交換膜對水中離子的選擇性，以電位差作為驅(qū)動力的膜分離方法。當前離子交換膜的研究、生產(chǎn)和應用均已達到很高的水準,ED技術(shù)領(lǐng)先的國家是美國和日本。該技術(shù)首先用於苦鹹水淡化,而後逐漸擴展到海水淡化及制取飲用水和工業(yè)純水中,在重金屬污水處理、放射性污水處理等工業(yè)污水處理中也已得到應用,目前已成為一種重要的膜法水處理技術(shù)。

ED也有它自