反滲透是60年代發展起來的一項新的膜分離技術,是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質進行分離的過程。反滲透的英文全名是"REVERSE OSMOSIS",縮寫為"RO"。

RO(Reverse Osmosis)反滲透技術是利用滲透壓力差為動力的膜分離過濾技術,源于美國二十世紀六十年代宇航科技的研究,后逐漸轉化為民用,已廣泛運用于科研、醫藥、食品、飲料、海水淡化等領域。

RO反滲透膜孔徑小至納米級(1納米=10*-9米),在一定的壓力下,水分子可以通過RO膜,而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質無法通過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。

1950年美國科學家DR.S.Sourirajan有一回無意發現海鷗在海上飛行時從海面啜起一大口海水,隔了幾秒后,吐出一小口的海水,而產生疑問,因為陸地上由肺呼吸的動物是絕對無法飲用高鹽份的海水的。經過解剖發現海鷗體內有一層薄膜,該薄膜非常精密,海水經由海鷗吸入體內后加壓,再經由壓力作用將水分子貫穿滲透過薄膜轉化為淡水,而含有雜質及高濃縮鹽份的海水則吐出嘴外,此即往后反滲透法的基本理論架構,并在1953年由University of Florida應用于海水淡化去除鹽份設備,在1960年經美國聯邦政府專案資助美國U.C.L.A大學醫學院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士著手研究反滲透膜,一年約投入四億美元經費研究,以運用于太空人使用,使太空船不用運載大量的飲用水升空,直到1960年投入研究工作的學者、專家越來越多,使之質與量更加精進,從而解決了人類飲用水中的難題。

要了解反滲透,首先要了解"滲透"的概念。

滲透是一種物理現象。當兩種含有不同鹽類的水,如用一張半滲透性的薄膜分開就會發現,含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的水中,而所含的鹽分并不滲透,這樣,逐漸把兩邊的含鹽濃度融合到均等為止,這一過程稱為滲透。然而,要完成這一過程需要很長時間。但如果在含鹽量高的水側,施加一個壓力,其結果也可以使上述滲透停止,這時的壓力稱為滲透壓力。如果壓力再加大,可以使方向向反方向滲透,而鹽分剩下。因此,反滲透除鹽原理,就是在有鹽分的水中(如原水),施以比自然滲透壓力更大的壓力,使滲透向相反方向進行,把原水中的水分子壓力到膜的另一邊,變成潔凈的水,從而達到除去水中雜質、鹽分的目的。

反滲透又稱逆滲透,一種以壓力差為推動力,從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對膜一側的料液施加壓力,當壓力超過它的滲透壓時,溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側得到透過的溶劑,即滲透液;高壓側得到濃縮的溶液,即濃縮液。若用反滲透處理海水,在膜的低壓側得到淡水,在高壓側得到鹵水。

反滲透時,溶劑的滲透速率即液流能量N為:N=Kh(Δp-Δπ) (式中Kh為水力滲透系數,隨溫度升高稍有增大;Δp為膜兩側的靜壓差;Δπ為膜兩側溶液的滲透壓差)。稀溶液的滲透壓π為:π=iCRT(式中i為溶質分子電離生成的離子數;C為溶質的摩爾濃度;R為摩爾氣體常數;T為絕對溫度。)

反滲透通常使用非對稱膜和復合膜,所用的設備主要是中空纖維式或卷式的膜分離設備。反滲透膜能截留水中的各種無機離子、膠體物質和大分子 溶質,從而取得凈制的水。也可用于大分子有機物溶液的預濃縮。由于反滲透過程簡單,能耗低,近20年來得到迅速發展�，F已大規模應用于海水和苦咸水(見鹵水)淡化、鍋爐用水軟化和廢水處理,并與離子交換結合制取高純水,其應用范圍正在擴大,已開始用于乳品、果汁的濃縮以及生化和生物制劑的分離和濃縮方面。

反滲透機理模型有幾個經典模型

1、先吸附毛細孔模型:弱點干態電鏡下,沒發現孔。濕態膜標本不是電鏡的樣品。由Sourirajan提出。

2、溶解擴散模型:不認為有孔。

3、干閉濕開模型:上個世紀80,90年代,鄧宇等提出的,能夠解釋1和2模型的統一的現代最貼切的逆滲透機理模型。既"干閉濕開"反滲透模型,統一了兩個最經典的反滲透機制模型,細孔模型,溶解擴散模型。即

膜干時,膜收縮致密,孔隙閉合,電鏡下看不到;

膜濕時,膜材料溶脹,膜的孔隙被溶劑溶脹,孔打開。合并就是"干閉濕開"脫鹽模型。

參考資料:海水淡化技術:非加壓吸附滲透海水淡化法。上個世紀90年代鄧宇的發明,《美國化學文摘》收錄。

RO膜的孔徑是頭發絲的一百萬分之五(0.0001微米),也就是1×10^-10m,而水分子的直徑是4×10^-10m ,試問水分子如何透過?

RO (干)膜的孔徑=1×10^-10m,應該是"干膜"的孔徑。膜分子結構是有彈性的,當"干RO膜"被水溶脹后,其"濕膜"的孔徑>≥1×10^-10m,達到水分子的4×10^-10m是容易的,況且水分子也不是死硬的,是柔性的,正好似"柔情似水"。

為了提高清洗效果,清洗前需要對膜污染的狀況進行分析,確定污染物的種類,根據反滲透膜污染、結垢的具體情況,選擇有針對性的清洗劑進行清洗。

一、分析途徑

1、分析系統運行數據。

2、分析給水中潛在的污染、結垢成分。

3、分析SDI儀的膜過濾器收集的污染物。

4、分析濾芯過濾器的污染物。

5、檢查管道內表面和膜元件兩端的狀況。

6、必要時剖開膜元件進行分析,查找污染、結垢成分。

二、分析方法

RO膜污染嚴重時,可通過染色試驗、顯微鏡分析、傅立葉變換紅外線光譜(FTIR)分析、掃描電子顯微鏡(SEM)分析、能源頻射X光線(EDX)分析等查找原因判斷故障位置。實際應用中常采用以下簡便易行的分析方法。

目測

在確定系統已經發生污染,需要實施化學清洗時,最好先打開壓力容器端板,直接觀察污染物在壓力容器端板與膜元件之間的間隙內累積的情況。一般根據直接觀察即可基本確定污染物的類型,從而確定相應的清洗方案。

①前段污染觀察

預處理濾料(石英砂、活性炭)泄漏、膠體污染、有機物污染和生物污染時,前端最嚴重,可以從前端膜元件入口觀察到顆粒物及粘液狀污染;發生生物污染時會發現腥臭味粘液物質,灼燒刮取的生物粘泥(粘膜),會有蛋白質的焦臭氣味。

②末端污染觀察

無機鹽結垢在系統末端最為嚴重,在末端膜元件端頭處可以摸到粗糙的粉狀物。用鹽酸(pH3~4)溶解時有氣體冒出,說明沉淀物極可能是CaCO3。硫酸鹽垢、硅垢在pH很低時也很難溶解。如果垢在0.1mol/LHF溶液中是可溶的,則可能是硅垢。

RO膜,是Reverse Osmosis membrane 的縮寫,中文意思是:逆滲透或者反滲透,滲透是水的一種物理現象。由于水存在濃度的差異,而水的滲透方式是由低濃度流向高濃度,反滲透,顧名思義即水一旦加壓之后,將由高濃度流向低濃度,亦即所謂逆滲透原理。

逆滲透凈水機就是在高濃度水的一邊加壓,使水份從高濃度穿過RO膜迫往低濃度的一邊,從而達到把水凈化的目的。由于RO膜的孔徑是頭發絲的一百萬分之五( 0.0001 微米) , 一般肉眼無法看到,細菌、病毒是它的5000倍,因此,只有水分子及部分有益人體的礦物離子能夠通過,其它雜質及重金屬均由廢水管排出,所有海水淡化的過程,以及太空人廢水回收處理均采用此方法,因此 RO 膜又稱體外的高科技人工腎臟。

RO膜民用方面最多是用于純水機方面,作為純水機凈化的過濾裝置之一,在自來水到凈水的過濾中起了最核心的作用。RO膜能夠有效的去除水中鈣、鎂、細菌、有機物、無機物、金屬離子和放射性物質等,經過該裝置凈化出的水晶瑩清澈、甜美甘醇。該裝置適用于家庭和賓館、酒店、醫院等企事業單位飲用凈水使用。

清洗RO膜元件的一般步驟:

一、用泵將干凈、無游離氯的反滲透產品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。

二、用干凈的產品水在清洗箱中配制清洗液(不同的膜需不同的清洗液)。

三、將清洗液在壓力容器中循環1小時或預先設定的時間。

四、清洗完成以后,排凈清洗箱并進行沖洗,然后向清洗箱中充滿干凈的產品水以備下一步沖洗。

五、用泵將干凈、無游離氯的產品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中并排放幾分鐘。

六、在沖洗反滲透系統后,在產品水排放閥打開狀態下運行反滲透系統,直到產品水清潔、無泡沫或無清洗劑(通常15~30分鐘)。

反滲透純凈水設備膜元件在裝入壓力容器前,不要打開密封包裝,在陰涼干燥處存放,避免陽光直射。

不可受凍結冰。

ge純水機在安裝膜元件前,應保證系統已經完成清潔工作。

膜元件在裝入系統時,要適當潤滑o型圈和濃水密封圈,可使用硅基膠或50%甘油水溶液,禁止使

用油、油脂、凡士林或石油類化合物。

在將膜元件逐一裝入壓力容器時,在壓力容器端板處通過加入墊圈的方法消除間隙,以防止在系統

啟動和停機時膜元件在壓力容器中躥動,同時可降低膜元件外連接處滲漏的可能性。

新系統在安裝膜元件后要進行徹底沖洗,將系統中殘留的雜質、溶劑和保護液完全清洗干凈。

產水用于飲用時,需至少沖洗24小時。

系統的啟動與運行

在系統啟動之前,濃水閥門應保持完全開啟。系統啟動后可逐漸緩慢關閉濃水閥門,使系統達到設定的回收率。濃水閥關閉時嚴禁啟動設備。

在系統運行期間,任何時候(包括系統的預啟動、常規操作、沖洗及化學清洗)都不可關閉產水管路上的閥門。

在高壓運行之前,通過軟啟動機構或變頻調速進行低壓沖洗以排出空氣。

保證給水濁度<1.0 NTU或SDI15<5,給水溫度<45℃,進水中不含可能對膜造成物理及化學損傷的有害物質。

任何時候膜元件進水中的余氯含量不得超過0.05mg/L,否則將會導致膜元件不可恢復的氧化損壞。

在正常運行一段時間后,膜元件會受到給水中可能存在的懸浮物或難溶物的污染。在標準條件下系統性能下降10%,或顯然發生結垢或污堵時,應及時進行清洗。定期地進行水沖洗和化學加藥清洗可恢復膜元件的性能,延長膜元件的使用壽命。

系統在短期停止運行期間,應每隔5天沖洗系統,沖洗后關閉閥門防止結垢堵塞。

系統長期停運(30天以上),添加1%亞硫酸氫鈉溶液,以防止細菌繁殖。