全麵解析反滲透內部結構及工作原理（上）

一、反滲透脫鹽的原理

在一定的溫度下，用一張易透水而難透鹽的半透膜將淡水和鹽水隔開〔如圖（a）〕，淡水即透過半透膜向鹽水方向移動，隨著右室鹽水側液位升高，產生一定的壓力，阻止左室淡水向鹽水側移動，達到平衡，如圖（b）所示。此時的平衡壓力稱為溶液的滲透壓，這種現象稱為滲透現象。若在右室鹽水側施加一個超過滲透壓的外壓〔如圖（c）〕，右室鹽溶液中的水便透過半透膜向左室淡水中移動，使淡水從鹽水中分離出來，此現象與滲透現象相反，稱反滲透現象。

由此可知，反滲透脫鹽的依據如下：

第 一、半透膜的選擇透過性，即有選擇地讓水透過而不允許鹽透過；

第 二、鹽水室的外加壓力大於鹽水室與淡水室的滲透壓力，提供了水從鹽水室向淡水室移動的推動力。一些溶液的典型滲透壓力見下表。

上述用於隔離淡水與鹽水的半透膜稱為反滲透膜。反滲透膜多用高分子材料製成，目前，用於火電廠的反滲透膜多為芳香聚酰胺複合材料製成。

RO（ReverseOsmosis）反滲透技術是利用壓力差為動力的膜分離過濾技術，其孔徑小至納米級（1納米=10-9米），在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質無法透過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區分開來。

反滲膜的工作原理圖如下：

二、反滲透膜的主要特性

1、膜分離的方向性和分離特性

實用性反滲透膜均為非對稱膜，有表層和支撐層，它具有明顯的方向性和選擇性。所謂方向性就是將膜表麵置於高壓鹽水中進行脫鹽，壓力升高膜的透水量、脫鹽率也增高；而將膜的支撐層置於高壓鹽水中，壓力升高脫鹽率幾乎為0，透水量卻大大增加。由於膜具有這種方向性，應用時不能反向使用。

反滲透對水中離子和有機物的分離特性不盡相同，歸納起來大致有以下幾點：

（1）有機物比無機物容易分離。

（2）電解質比非電解質容易分離。高電荷的電解質更容易分離，其去除率順序一般如下：

Al3+>Fe3+>Ca2+>Na+PO43->SO42->Cl-

對於非電解質，分子越大越容易去除。

（3）無機離子的去除率與離子水合狀態中的水合物及水合離子半徑有關。水合離子半徑越大，越容易被除去，去除率順序如下：

Mg2+、Ca2+>Li+>Na+>K+；F->Cl->Br->NO3-

（4）對有機物的分離規律：

醛>醇>胺>酸，叔胺>仲胺>伯胺，檸檬酸>酒石酸>蘋果酸>乳酸>醋酸；

（5）對異構體：

叔（tert-）>異（iso-）>仲（sec-）>原（pri-）

（6）有機物的鈉鹽分離性能好，而苯酚和苯酚的衍生物則顯示了負分離。離解或非離解的有機溶質的水溶液，當它們進行膜分離時，溶質、溶劑和膜間的相互作用力，決定了膜的選擇透過性，這些作用包括靜電力、氫鍵結合力、疏水性和電子轉移四種類型。

（7）一般溶質對膜的物理性質或傳遞性質影響都不大，隻有酚或某些低分子量有機化合物會使醋酸纖維素在水溶液中膨脹，這些組分的存在，一般會使膜的水通量下降，有時還會下降的很多。

（8）硝酸鹽、高氯酸鹽、氰化物、硫代氰酸鹽的脫除效果不如氯化物好，銨鹽的脫除效果不如鈉鹽。

（9）而相對分子質量大於150的大多數組分，不管是電解質還是非電解質，都能很好脫除。

此外，反滲透膜對芳香烴、環烷烴、烷烴及氯化鈉等的分離順序是不同的。

在實際工作中，有許多工作是相互製約的。因此在理論指導的前提下，需進行試驗驗證，掌握物質的特性或規律，正確運用反滲透技術，這點是十分重要。

2、反滲透水處理裝置

反滲透水處理裝置是包括從保安過濾器的進口法蘭至反滲透淡水出水法蘭之間的整套單元設備。包含保安過濾器、高壓泵、反滲透本體裝置、電氣、儀表及連接管線、電纜等可獨立運行的裝置。此外包含化學清洗裝置和反滲透阻垢劑加藥裝置。

（1）保安過濾器

為保證反滲透本體的運行，即使有良好的預處理係統，仍需要設置過濾設備，起保障作用，故稱之為保安過濾器。在反滲透係統中，保安過濾器不應作為一般運行過濾器使用，僅應作保安過濾使用，通常設在高壓泵之前。保安過濾器有多種結構形式，常用如圖3-5所示，濾元固定在隔板上，水自中部進入保安過濾器內，隔板下部出水室引出，雜質被阻留在濾元上。

反滲透水處理係統選擇的過濾精度一般為5µm。這種濾元的優點是過濾精度高，製造方便，價格便宜，雜質不易穿透，但反洗和化學清洗效果不明顯，隻能一次性使用，當運行壓差達到0.2MPa左右時需要更換濾元。