反渗透膜研究进展及海水淡化应用最新版

反渗透膜技术应用领域
以渗透液为产品，制取各种品质的水，如海水、 苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉 用水，高纯水的制备。
反渗透膜技术应用领域
以浓缩液为产品，在医药、食品工业中用以浓缩药液，如 抗生素、维生素、激素和氨基酸等溶液的浓缩，果汁、咖 啡浸液的浓缩。与常用的冷冻干燥和蒸发脱水浓缩比较， 反渗透法脱水浓缩比较经济，而且产品的香味和营养不受 影响。
发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海 水,隔了几秒后,吐出一小口的海水,而产生疑 问,经过解剖发现海鸥体内有一层薄膜,该薄 膜非常精密,海水经由海鸥吸入体内后加压, 将水分子贯穿渗透过薄膜转化为淡水,而残留 的有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外。 由此，引出反渗透法的基本理论架构。
反渗透技术基本原理
反渗透技术及海水淡化应用
小组成员：
汇报提纲
第一部分 反渗透技术基本原理 第二部分 反渗透技术的发展史 第三部分 反渗透膜材料性能 第四部分 反渗透膜技术的应用领域 第五部分 反渗透技术海水淡化的应用
一、反渗透技术基本原理
反渗透技术基本原理
海鸥喝水的启示 1950年美国科学家DR.S.Sourirajan无意
膜材料简介
膜材料简介
膜材料简介
平板膜（相分离膜 、界面聚合膜、溶 液涂覆膜以及等离 子体聚合膜、动力 形成膜等）。
膜材料简介
合法生产出来的。 界面聚合是利用两种反应活性很高的单体在不相容溶剂的
界面处发生聚合反应，从而在多孔支撑体上形成一层超薄 的致密功能层。
反渗透技术基本原理
如果用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种 不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从低浓 度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象称渗透（图a ）。这一过程的推动力是低浓度溶液中水的化学位与高浓度 溶液中水的化学位之差，表现为水的渗透压。
反渗透技术基本原理
随着水的渗透，高浓度水溶液一侧的液面升高， 压力增大。当液面升高至H时，渗透达到平衡，两侧 的压力差就称为渗透压（图b）。渗透过程达到平衡 后，渗透通量为零。
影响反渗透水处理系统性能的因素
增加 有效压力⇑
温度⇑ 回收率⇑ 进水含盐量⇑
产水量 ⇑ ⇑ ⇓ ⇓
透盐率 ⇓ ⇑ ⇑ ⇑
膜材料简介
主要的膜材料：醋酸纤维素酯、三醋酸纤维素酯、醋酸纤 维素丙酸酯、纤维素、芳香共聚多酰胺、芳香聚酰胺酰肼 、芳香聚酰肼、聚哌嗪酰胺、芳香聚酰胺、聚苯并咪唑、 聚苯并咪唑酮、聚砜、聚醚酰亚胺、聚苯砜对苯二甲酰胺 、聚酰亚胺、尼龙66、聚甲基丙烯酸乙酯。
反渗透系统回收率的提高，会使膜元件进水沿水流方向的含 盐量更高，从而导致膜渗透压增大，这将抵消反渗透进水压 力的推动作用，从而使降低了产水通量。膜元件进水含盐量 的增大，使淡水中的含盐量随之增加，从而降低了脱盐率。
在系统设计中，反渗透系统最大回收率并不取决于取决于渗 透压的限制，往往取决于原水中的盐分的成分和含量大小， 因为随着回收率的提高，微溶盐类如碳酸钙、硫酸钙和硅等 在浓缩过程中会发生结垢现象。
反渗透海水淡化(SWRO)技术自20世纪70年代进入海 水淡化市场后，发展十分迅速。经过40多年的不懈 努力，反渗透技术己经取得了令人瞩目的进展。目 前反渗透膜(RO膜)与组件的生产己经相当成熟，膜 的脱盐率达到99.8%，脱硼率达到95%，水通量大大 增加，抗污染和抗氧化能力也不断提高。
海水淡化的应用
根据美国独立研究机构Lux Research的推算 ，2008-2020年，世界淡化水供应总量将增长 3倍。“十二·五”时期，世界海水淡化科技 发展呈现新趋势。膜法和蒸馏法在未来较长 时间内仍将是海水淡化的两个主流工艺。截 至2010年底，己建成的海水淡化装机容量中 ，反渗透法所占比例最高，为60%，蒸馏法所 占比例次之，为34.8%，其他合计约占5%。反 渗透最大海水淡化单机规模达到日产 2.5×104 m³，工程规模达到日产35×104 m³ 。
反渗透技术之原理是在高于溶液渗透压的 作用下，依据其他物质不能透过半透膜而 将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜 的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水 中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等 （去除率高达97%-98%）。
反渗透技术基本原理
反渗透技术（RO，Reverse Osmosis）是利用压力差为动 力的膜分离过滤技术，其孔径小至纳米级（1纳米=10-9米 ） ，在一定的压力下，H2O分子可以通过RO膜，而源水中的无 机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法 透过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格 区分开来。
影响反渗透水处理系统性能的因素
压力的影响
反渗透进水压力直接影响反渗透膜的膜通量和脱盐率。如图 所示，膜通量的增加与反渗透进水压力呈直线关系；脱盐率 与进水压力成线性关系，但压力达到一定值后，脱盐率变化 曲线趋于平缓，脱盐率不再增加 。
影响反渗透水处理系统性能的因素
温度影响
如图所示，脱盐率随反渗透进水温度的升高而降低。而产水通量 则几乎呈线性地增大。主要是因为，温度升高，水分子的粘度下 降，扩散能力强，因而产水通量升高；随着温度的提高，盐分透 过反渗透膜的速度也会加快，因而脱盐率会降低。原水温度是反 渗透系统设计的一个重要参考指标。
经过近30年的研究开发，我国在反渗透膜技术领域取得了重大 突破,在常规反渗透膜复合材料、膜及膜组件制作、反渗透复合 膜的应用等方面均取得了较好的成就。
由蓝星股份有限公司、日本东丽公司广泛合作。 近两年来北京时代沃顿有限公司迅速成长为国内最大的反渗透
膜生产商，生产的各类反渗透膜打破国际品牌的垄断，膜组件 在国内市场的销售额大幅增大。
日东于2009 年已开发出一种“反渗透膜滤芯”的新型水 处理设备，增大了水处理膜面积，滤水量提高了约10 % ，并且降低了成本。
国内反渗透膜研究进展
1958 年以前,我国膜工业完全空白。我国反渗透膜技术的研究 始于上世纪80年代后期。
2008 年我国大陆膜市值约60亿元，其中国产反渗透膜市场占有 率达到10%。但在关键功能材料和高性能反渗透复合膜等研究方 面与国外相比还存在较大差距。
维素膜具有脱盐的功能。 1962年Loeb和Surirajan所进行的各向异性醋酸纤维膜的研究使反
渗透过程实用化取得突破性进展，揭开了反渗透膜工业化应用的序 幕。 1975年，流体公司（Fluid Systems）第一张商业化界面聚合复合 膜正式诞生，这是反渗透发展史上的一座里程碑。 1981年Cadotte在Filmtec公司开发出了由苯二胺和三甲磺酰氯反应 来制作全芳族界面聚合复合膜的方法，该膜替代了原有的醋酸纤维 素膜，成为新的工业化标准。
膜材料简介
新膜和材料的开发主要针对以下关键问题①对盐 的高截留率和对水的高渗透通量。 ②低的操作运行压力。 ③膜性能的长效型，包括耐压密性、耐酸性、耐 氧化性、耐温性、乃微生物性及耐污染性等。
膜组件主要有4种类型:板框式、管式、卷式、中 空纤维式，其中又以卷式和中空纤维式使用最为 广泛。
中空纤维膜
性和选择性都大为提高。
膜材料简介
反渗透膜的结构：膜元件结构示意图
膜材料简介
反渗透膜的结构：膜元件结构示意图
四、反渗透膜技术的应用领域
反渗透膜技术应用领域
反渗透膜最早应用于苦咸水淡化。随着膜技术 的发展，反渗透技术已扩展到化工、电子及医药等 领域。反渗透过程主要是从水溶液中分离出水，分 离过程无相变化，不消耗化学药品，这些基本特征 决定了它以下的应用范围。
反渗透膜技术应用领域
渗透液和浓缩液都作为产 品，处理印染、食品、造 纸等工业的污水，使渗透 液返回系统，循环使用， 浓缩液用于回收或利用其 中的有用物质。
反渗透膜技术应用领域 工业应用的反渗透装置
五、反渗透技术海水淡化的应用
海水淡化的应用
在全球总储水量中，淡水仅占0.5%，而海水占97.0% ，海水淡化为解决淡水资源提供了一条非常理想的 路径。反渗透膜法淡化海水因为无相变、能耗低等 特点己经成为海水淡化的主流技术，是目前海水淡 化和苦咸水脱盐最经济的技术之一。
影响反渗透水处理系统性能的因素
含盐量的影响
水中盐浓度是影响膜渗透压的重要指标，随着进水含盐量的 增加，膜渗透压也增大。图示，在反渗透进水压力不变的情 况下，进水含盐量增加，因渗透压的增加抵销了部分进水推 动力，因而通量变低，同时脱盐率也变低。
影响反渗透水处理系统性能的因素
回收率的影响
影响反渗透水处理系统性能的因素
影响反渗透水处理系统性能的因素
pH值的影响
不同种类的膜元件适用的pH值范围差别较大，如醋酸纤维膜在pH 值4～8的范围内产水通量和脱盐率趋于稳定，在pH值低于4或高于 8的区间内，受影响较大。目前工业水处理使用的膜材料绝大多数 为复合材料，适应的pH值范围较宽（连续运行情况下pH值可以控 制在3～10的范围），在此范围内的膜通量和脱盐率相对稳定，如 图所示。
反渗透技术基本原理
如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液 侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度 水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧， 这一过程就称为反渗透（图c））。
二、反渗透技术的发展史
国外反渗透膜研究进展
从18世纪中叶开始，人们就开始用动物器官中的膜进行科学实验 19世纪中期，人工合成膜开始进入人们的视线中。 作为专利记载的脱盐方式，“反渗透”名词的出现则始于1931年。 1959年，美国佛罗里达大学的Reid和Breton在试验中发现了醋酸纤
进入21 世纪以来，我国的海水淡化技术发展很快，目前运行的 反渗透海水淡化装置近40套，淡化产量为5×105m3/d。
三、反渗透膜材料性能
反渗透膜性能
一般来说，分离溶液中分子量低于500的低分子物质， 应该采用反渗透膜；分离溶液中分子量大于500的大分子或 极细的胶体粒子可以选择超滤膜，而分离溶液中的直径0.1 ～10m的粒子应该选微孔膜。
普遍采用的制膜方法是将支撑体(通常是超滤膜) 用含有 活泼单体(多元胺)的水溶液浸湿，然后除去多余水相单体 ；再将此膜浸入另一个含有活泼单体(多元酰氯)的有机溶 剂中；多元胺和多元酰氯发生反应后在支撑膜表面形成致 密的功能层。由于含单体的两相互不相容，反应仅在界面 处发生，因此生成的功能层很薄，从而致使复合膜的渗透
国外反渗透膜研究进展
1975 年,美国推出海水脱盐用聚酰胺中空纤维反渗透器。 1997 年,日本采用卷式反渗透膜在冲绳建成日产水量为 4×104 m3的海水淡化厂。
2005 年,日本采用中空纤维反渗透膜在福冈建成日产水量 达5 ×104m3的海水淡化厂。
2006 年，美国宣布已成功开发出含有纳米复合材料的新 型反渗透膜，此膜可以应用于海水淡化和废水回收,并有 望降低成本。
在高分子中引入酯基、氰基、磺酸基、羧基、磷酸基等离 子性基因和增加官能团数等，或通过共混、接枝、共聚等 方式来达到将同一种高分子材料改性为多种功能材料，从 而拓展膜材料范围的目的。
膜材料简介
膜主要有纤维素系膜、非纤维素（芳香-杂环化合 物）系膜、复合膜。
对复合膜的开发极大地丰富了膜分离科学研究与 开发的内容。正是由于复合膜的出现，不仅使大 量的单体、聚合物成为制膜材料，而且由于交联 组成可以不相溶，从而可以分别选材制备超薄皮 层和微孔支撑体，使其各自特定的功能最优化， 制备出性能最卓越的反渗透膜。
以上关于反渗透膜、超滤膜和微孔膜之间的分界并不是 十分严格、明确的，它们之间可能存在一定的相互重叠。反 渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动力使溶剂通过膜 的分离过程，它们组成了分离溶液中的离子、分子到固体微 粒的三级膜分离过程。
影响反渗透水处理系统性能的因素
针对特定的系统条件，水通量和脱盐率是反渗透 膜的特性，而影响反渗透本体的水通量和脱盐率 因素较多，主要包括压力、温度、回收率、进水 含盐量和pH值等影响因素。