超濾反滲透EDI

1、膜技術(shù)分類膜分離是以以外界能量或電位差為推動力，通過天然或人工合成的有機或無機薄膜，對雙組分或多組分的溶質(zhì)或溶劑進行分離、提純的方法。膜分離法可用于液相和氣相。由于膜的種類和功能很多，不可能用單一的方法來明確分類。常規(guī)的方法有以下幾種。（1）按膜的型式分類卷式膜、中控纖維膜、管式膜、平板式膜等。（2）按膜的材料分類a天然膜 如生物膜。b. 合成膜 高分子有機膜或無機膜。（3）按膜的結(jié)構(gòu)性分類a多孔膜 微孔介質(zhì)與大孔膜。b. 非多孔膜 無機膜與聚合物膜。c. 液膜 分為無固相支撐型和有固相支撐型。（4）按膜的作用機理分類a. 吸附性膜，如反應膜和多孔膜。b. 擴散性膜，如聚合物膜。c. 離子交換

2、膜，如陽離子交換膜和陰離子交換膜。d. 選擇滲透膜，滲透膜和反滲透膜。e. 非選擇滲透膜，如過濾型的微孔膜。目前工業(yè)應用中常見的膜分離方法有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO），幾種膜的過濾圖譜見圖。第一章 超 濾1.1超濾的發(fā)展1903 年 Becchold 根據(jù)研究結(jié)果提出超濾概念，世界上第一次超濾試驗是Schimidt 在 19 世紀 60 年代利用牛心包膜截留阿拉伯膠；20 世紀 70 年代，由于化學工業(yè)的飛速發(fā)展，研制出許多超濾膜，并很快得到商業(yè)化生產(chǎn)銷售。在超濾膜的實際應用中，日、美等國應用最多，超濾膜最初應用于化工和醫(yī)藥行業(yè)，后來用于海水淡化中反滲透膜的前處理

3、。超濾應用的領(lǐng)域是多方面的，第一可在水的脫鹽中作為反滲透的預處理與反滲透聯(lián)合使用；第二可應用于市政飲用水凈化或者市政污水再生回用等；第三可應用于醫(yī)藥行業(yè)，分離各種大分子和小分子藥物比如青霉素、凝血酶等；第四可應用于食品加工行業(yè)的果汁、殘渣處理等。超濾對病原體、懸浮物、濁度等具有絕對的屏障作用，可以完全去除懸浮顆粒，出水懸浮物<0.5mg/L，濁度<0.1NTU，對細菌的去除率>6log，病毒的去除率>4log；可以部分去除附著在懸浮物上的可溶物質(zhì)如大分子有機物等。超濾膜對溶質(zhì)的分離過程主要有：（1）在膜表面的機械截留篩分（2）在膜孔表面和膜孔內(nèi)的吸附一次吸附（3）在膜孔

4、中停留被去除阻塞一般認為超濾是一種篩分分離過程,其分離原理如圖所示,在靜壓差的推動力作用下,原料液中的溶劑和小溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜低壓側(cè),一般稱為濾出液或透過液,而大粒子組分被膜阻攔,使它們在濾剩液中的濃度增大。按照這樣的分離機理,溶質(zhì)被截留是因為溶質(zhì)分子太大,不能進入膜孔或則由于大分子溶質(zhì)在膜孔中的流動阻力大于溶劑和小分子溶質(zhì),不能進入膜孔。但膜表面的化學性質(zhì)也是影響超濾分離的重要因素,其影響表現(xiàn)為被截留的物質(zhì)與膜材料的相互作用,相互作用包括范德華力、靜電引力、氫鍵作用力等。超濾是反滲透的理想預處理設(shè)備。我國對超濾技術(shù)的研發(fā)起步于 20 世紀 70 年代，1978 年聚砜超濾膜的研制

5、成功為復合膜研制提供了基礎(chǔ)。80 年代進入快速發(fā)展階段，目前已經(jīng)有 30 多個單位和超過 200 個廠家從事超濾膜的研究和生產(chǎn)，年產(chǎn)值達數(shù)億元。先后研制出醋酸纖維膜（CA）、聚砜膜（PS）、聚丙烯腈膜（PAN）、聚偏氟乙烯膜（PVDF）、聚氯乙烯膜（PVC）、聚醚砜膜（PES）等，并迅速進行生產(chǎn)和使用；其組件型式有中空纖維、板式、管式、卷式等。我國使用超濾技術(shù)應用于電泳漆回中首先獲得成功，并迅速應用到工業(yè)廢水處理和高分子如酶和蛋白等濃縮分離中，其應用范圍越來越廣。經(jīng)過 40 年的發(fā)展，我國目前已有中空纖維、卷式和板式等結(jié)構(gòu)的超濾及裝置，所使用的超濾膜材料也有十幾種。1.2 超濾膜組件型式超濾是

6、在壓力差的推動力作用下進行的液相分離過程，超濾是一種篩分過程，超濾過程的原理示意圖如下圖所示。在一定的壓力作用下，原水中的原料液和小顆粒物從進水側(cè)透過產(chǎn)水側(cè)，一般稱為透過液，而大分子及大顆粒物被膜阻擋，原水中被截留物質(zhì)逐漸被濃縮而后以濃縮液（反洗排水）排出。膜組件是超濾裝置的核心部件，它是用一定面積的膜以某種形式組裝起來，一般包含膜、膜的支撐、膜殼、連接口等。常用的超濾膜組件型式有：中空纖維、管式、平板式和卷式等，其構(gòu)型見圖（1）中空纖維膜組件中空纖維膜膜絲的外徑一般在 0.52.0mm 之間，這使得它的水回用率較高，能夠截留幾千到幾十萬分子量的物質(zhì)，其截污能力較強且水通量也較大。（2）平板式

7、膜組件平板式膜組件的膜、多孔膜支撐材料以及形成料液流道的空間和兩個端重疊壓緊在一起，料液是由料液空間引入膜面，相對管式膜組件來說控制濃差極化比較困難，但是平板式超濾膜組件的投資費用和運行費用都要比管式超濾膜組件低，且膜板可就地更換，可對卸下的膜板或膜塊進行膜擦洗，具有較高的裝填密度和較低的存留料液體積。 （3）管式膜組件管式膜組件對料液中的懸浮物有一定的承受能力，能夠有效地控制濃差極化，大范圍地調(diào)節(jié)料液的流速，膜表面的污染物容易清洗；缺點是投資和運行費用都較高，單位體積內(nèi)的膜的比表面積較低。（4）卷式膜組件卷式膜組件具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小以及溫度和pH值適應性強的特點；但是組件流道較窄，對料

8、液的預處理要求較高，一般應用于醫(yī)藥生化、精細化工、造紙和高純水等行業(yè)。1.3超濾膜運行模式1.3.1內(nèi)壓和外壓式運行模式（1） 內(nèi)壓式運行模式內(nèi)壓式超濾膜的運行模式通常應用在管式和中空纖維膜組件中（圖 1.9），料液進入到管式膜內(nèi)部，過濾液從膜內(nèi)向膜外透過。由于膜絲內(nèi)流道的作用，料液分配均勻，流動狀態(tài)好。但由于管式膜內(nèi)徑有限，為防止堵塞，對進水懸浮物濃度有較嚴格的規(guī)定，一般濁度不高于 50NTU。實際應用中有立式安裝和臥式安裝兩種。（2） 外壓式運行模式外壓式超濾膜運行模式通常應用于管式、板式、卷式、中空纖維膜組件的場合，過濾的方向是從膜外向膜內(nèi)，適合于進水懸浮物含量較高的情況。外壓式超濾膜可

9、在進水濁度 1000NTU 左右時連續(xù)穩(wěn)定運行。根據(jù)壓力作用方式，外壓式超濾膜又可分為兩類：壓力式和浸入式。1.3.2全流（死端）過濾和錯流過濾（1）全流過濾全流過濾又稱為死端過濾。其原理是把原水置入膜的上游，在膜兩側(cè)壓力差的作用下，水和分子量小于膜孔的物質(zhì)會通過膜，而大于膜孔的顆粒被膜截留。膜過濾的壓力差可通過在原液側(cè)加壓或在透過膜側(cè)減壓形成。隨著過濾時間的增長，被膜截留的物質(zhì)因得不到及時的清理將在膜表面上逐漸累積，形成污染層，致使過濾阻力增加。在過濾壓差不變時，膜通量將會降低。因此，死端過濾是間歇式的，必須定期清除膜上的污染物或沉淀物，也可以采用更換過濾膜的措施保障設(shè)備正常運行。（2）錯流

10、過濾錯流(cross-flow)過濾相對全流過濾是在過濾過程中，通過循環(huán)泵或者濃水排放的方式增大膜表面的流速，通過控制膜表面污染層厚度以降低膜的污染。因此一般用在水質(zhì)較差的條件下，可以采用錯流過濾的方式設(shè)計，根據(jù)水質(zhì)的不同錯流比例一般在 5%-50%之間，甚至更大。雖然采用錯流過濾可以降低超濾膜的污染程度，但由于需要更大的原水泵，因此相對于死端過濾能耗更高。錯流過濾的濃水可以回到預處理的入口再經(jīng)過預處理后重新進入超濾系統(tǒng)過濾處理。相對來說錯流過濾原水在膜表面形成湍流，能夠有效控制膜表面餅層的形成，有連續(xù)的濃水排放，能夠應用于懸浮物（SS）濃度較高的原水。但是系統(tǒng)設(shè)計相對復雜，能耗也較高，需要額

11、外的循環(huán)泵和濃水排放閥門。1.4 膜污染及影響因素 1.4.1 膜污染 膜污染是指處理物料中的微粒、大分子、膠體粒子或其它溶質(zhì)分子，由于與膜物理、化學或機械作用而引起的，在膜表面或膜孔內(nèi)吸附沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生滲透速率與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。對于膜污染，應當說，一旦料液與膜接觸，膜污染即開始。膜污染常發(fā)生在三種場合，即濃差極化、大溶質(zhì)的吸附和吸附層的聚合。1.4.2 影響超濾膜污染的因素 影響膜污染的主要因素包括三個方面:膜的性質(zhì)、料液性質(zhì)、膜分離操作條件。膜的性質(zhì)一般指膜材料、膜孔徑大小、孔隙率、親水性、電荷性質(zhì)、粗糙度等。研究表明，這些因素對膜污染有很大的影響。親水性膜表

12、面與水形成氫鍵，膜面不易被污染；孔徑大通量高的膜易形成堵塞；孔隙率小的膜易被堵塞。 膜污染是膜與溶液相互作用的結(jié)果，溶液的性質(zhì)對膜的影響是巨大的。即使溶液中蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的濃度較低(0.0010.019/L)，膜面也可形成足夠的吸附，使通量有明顯下降。溶液中離子強度的變化會改變蛋白質(zhì)的構(gòu)型和分散性，影響吸附，從而影響膜的通量。操作條件與膜污染密切相關(guān)。對膜污染直接產(chǎn)生影響的運行條件包括操作壓力、膜面流速和運行溫度。 對于壓力，一般認為存在一臨界壓力值，當操作壓力低于臨界壓力時，膜通量隨壓力的增加而增加，而高于此值時會引起膜表面污染的加劇，通量隨壓力的變化不大。臨界操作壓力隨膜孔徑的增加而減

13、小。 膜面料液的流動狀態(tài)，流速的大小都會影響膜污染。料液的流速或剪切力大，有利于降低濃差極化層和膜表面沉積層，使膜污染降低。溫度對膜污染的影響比較復雜。溫度上升，料液的黏度下降，擴散系數(shù)增加，減少了濃差極化的影響；但溫度的上升會使料液中某些組分的溶解度下降，使吸附污染增加。1.5超濾膜污染的控制及清洗方法 1.5.1 超濾膜污染的控制在超濾長期運行過程中，盡管選擇了較合適的膜和適宜的操作條件，過濾通量隨運行時間的增加必然產(chǎn)生下降現(xiàn)象，即膜污染問題必然發(fā)生。濃差極化會導致溶劑通量下降，溶質(zhì)的去除率降低。可采取以下幾方面措施使?jié)獠顦O化減至最低程度：提高超濾器的進水流速以增大膜面水流速度，使被截留的

14、溶質(zhì)及時被水流帶走；適當提高水溫以加速分子擴散，增大過濾速度；采取清洗措施，使膜面或膜孔內(nèi)的污染物去除，從而達到過濾通量恢復，延長膜壽命的目的。1.5.2 超濾膜污染的清洗方法 超濾膜的清洗主要受膜的化學特性和污染物特性的影響。膜的化學特性是指膜耐酸堿、耐溫性、耐氧化性和耐化學試劑特性，它們對選擇化學清洗劑類型、濃度、清洗液溫度等極為重要。污染物特性主要指污染物在不同 p H 值、不同種類鹽及濃度溶液中，不同溫度下的溶解性、荷電性和它的可氧化性及可酶解性等。清洗方法的選擇主要取決于膜的構(gòu)型、膜的種類及污染物種類。目前常用的清洗方法有： （1）水力清洗 水力清洗主要包括高流速的膜面錯流正沖和原料

15、液側(cè)減壓的反向沖洗。正沖主要用于破壞濃差極化和帶走反沖所沖出的污染物；反沖主要除去膜內(nèi)和膜面的污染物。通常這兩種沖洗交替進行，以達到最好的水力清洗效果。（2）機械清洗 此方法只適用于采用超型海綿球的管式系統(tǒng)。 （3）化學清洗 化學清洗是減少膜污染的重要方法，可選用試劑很多，既可單獨使用，又可以組合形式使用。使用化學清洗時主要考慮膜的耐化學試劑能力、污染物的種類等影響因素。通常根據(jù)污染特性及膜材質(zhì)，采用不同的清洗方案。為達到較好的清洗效果，通常采用一種或多種藥劑的組合，如酸與堿、堿與螯合劑或表面活性劑的組合，也可以使用酶或?qū)Ｓ们逑磩┑?，實踐證明堿洗對運行壓力恢復較好。第二章 反滲透2.1 反滲透

16、概念反滲透膜具有選擇性的通過水而截留離子物質(zhì)的特性，當膜鹽水側(cè)的壓力大于滲透壓時，鹽水中的水將流向純水側(cè)，從而實現(xiàn)溶液中的鹽水分離。反滲透采用的是錯流過濾方式。如圖所示，錯流過濾中，進水流經(jīng)膜表面時，一部分透過膜成為產(chǎn)水，而另一部分則沿膜表面平行流動成為濃水。錯流過濾系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的死端過濾，進水并非僅沿著通過濾層的方向流動。錯流過濾的主要優(yōu)點是，膜截留下來的物質(zhì)被流體不斷地沖走，這在一定程度上相當于膜表面被連續(xù)地清洗，有利于延長膜的壽命，降低維護和清洗的費用。相反，傳統(tǒng)過濾中被截留的物質(zhì)積累在過濾介質(zhì)上，必須定期清洗更換介質(zhì)，這明顯不經(jīng)濟，也不利于環(huán)保。反滲透水處理工藝基本上屬于物理方法，它

17、在諸多方面具有傳統(tǒng)的水處理方法所沒有的優(yōu)點：(1)反滲透是在室溫條件下，采用無相變的物理方法得以使水淡化、純化；(2)水的處理只需水的壓力作為推動力，其能耗在許多物理處理方法中最低；(3)不用大量的化學藥劑和酸堿再生處理；(4)無化學廢液及廢酸、堿的排放，無環(huán)境污染；(5)設(shè)備占地面積少，所占空間??；(6)運行維護和設(shè)備維修工作極少。2.2 反滲透膜的透過機理反滲透是運用壓力(1l0 MPa)使溶液中的水通過反滲透膜，達到分離、提取、純化、濃縮等目的的處理技術(shù)。關(guān)于反滲透膜的透過機理，自 20 世紀中期以來，諸多研究者先后提出了多種反滲透膜的透過機理和模型。（1）優(yōu)先吸附-毛細孔流動模型Sou

18、rirajan(Sourirajan S,1970)等人提出了優(yōu)先吸附-毛細孔流動理論以及最大分離的臨界孔徑。以NaCl水溶液為例，溶質(zhì)是 NaCl,認為膜的表面能選擇性吸水，因此水被優(yōu)先吸附在膜表面上，而對 NaCl則排斥。在壓力的作用下，優(yōu)先吸附的水通過膜，便形成了脫鹽的過程基于這種模型的膜在膜表面必須有相應大小的毛細孔。在模型基礎(chǔ)上，S.Kimura 和S.Sourirajan對反滲透資料進行分析和處理，并考慮到濃差極化，提出了一套傳質(zhì)方程式。(2)形成氫鍵模型該理論是由 Reid(Reid C E.,1959)等人提出的，并通過醋酸纖維膜進行了解釋。該理論認為，膜的表面很致密，其上有大

19、量的活化點，鍵合一定數(shù)目的結(jié)合水，這種水已失去溶劑化能力，鹽水中的鹽不能溶于其中。進料液中的水分子在壓力下可與膜上的活化點形成氫鍵而締合，使該活化點上的其它結(jié)合水解締下來，該解締的結(jié)合水又與下面的活化點締合，使該點原有的結(jié)合水解締下來，該過程不斷從膜面向下層進行，水分子從膜面進入膜內(nèi)，最后從底層解脫下來成為產(chǎn)品水。(3)溶解擴散模型 Lonsdale 和 Podall(Lonsdale H, 1972)等人提出溶解擴散模型。該模型假設(shè)膜是完美無缺的理想膜。高壓側(cè)溶液中的溶劑和溶質(zhì)先溶于膜中，然后在化學位的推動力下，從膜的一側(cè)向另一側(cè)以分子擴散方式通過，直至透過膜。溶劑和溶質(zhì)在膜中的擴散服從Fi

20、ck 定律，這種模型認為溶劑和溶質(zhì)都可能溶于膜表面，因此物質(zhì)的滲透能力不僅取決于擴散系數(shù)，而且取決于其在膜中的溶解度，溶質(zhì)的擴散系數(shù)比水分子的擴散系數(shù)要小得多，因而透過膜的水分子數(shù)量就比通過擴散而透過去的溶質(zhì)數(shù)量更多。 目前，在三種模型中，以溶解擴散模型應用最為廣泛。當然其它兩種模型也能夠?qū)Ψ礉B透膜的透過機理進行解釋。比如對于醋酸纖維素膜，用溶解擴散模型來解釋有一定偏差，而用選擇性吸附一毛細管流模型則可以很好的解釋。另外，還有學者提出脫鹽中心模型，表面力-孔流模型等。總而言之，反滲透膜透過機理還在發(fā)展中，期待新的更好的科研手段和理論的出現(xiàn)。2.3 反滲透膜的類型2.3.1 按照膜材料劃分(1)

21、 醋酸纖維素膜（CA膜）這是第一個被推出商品反滲透膜（Loeb-Sourirajan,1960）,CA 膜以二醋酸纖維素和三醋酸纖維素及二者混合物為原料，經(jīng)調(diào)制鑄膜液、鑄膜液刮平（doctor blade）、溶劑（乙醇或乙醚）揮發(fā)、凝膠固化、熱處理等多道工序制成，值得的成品膜厚約 100µm,包括致密表層及多空支撐層。CA 膜化學穩(wěn)定性較差，易水解，膜性能衰減較快，操作壓力較高；但 CA 膜有一定的抗氧化性，膜表面光潔，不易發(fā)生結(jié)垢和污染。(2) 芳香族聚酰胺類薄膜復合膜（TFC膜）最常用的有芳香族聚酰胺復合膜和芳香族聚酰胺中空纖維膜。薄膜復合膜是將完全不同的材料教主在-多空支撐層上

22、，由于這兩層材料不同，所以復合膜不易被壓密。TFC膜具有化學穩(wěn)定性好、耐生物降解、操作壓力低、高脫鹽率、高通量等優(yōu)點；但其不耐氯及其他氧化劑，抗污染和抗結(jié)垢性能較差。(3)復合膜 復合膜是另一種形式的非對稱膜，通常以無紡布為底層，聚砜為支撐層，表層為交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚酞胺(PA)層。由于復合膜在產(chǎn)水通量和脫鹽上比CA膜更具的優(yōu)勢，目前在反滲透領(lǐng)域復合膜占主導地位，基本將CA膜取代。此外在傳統(tǒng)聚酸胺復合膜的基礎(chǔ)，經(jīng)過膜的改性，開發(fā)了一系列的抗污染膜，抗氧化膜，耐熱膜等將反滲透技術(shù)應用到更多的領(lǐng)域。目前使用最廣泛的是非對稱醋酸纖維膜(CA膜)和芳香族聚酞胺復合膜(TFC膜)。非對稱CA膜在1960年由L

23、-S法制備成功，與以前的對稱膜相比具有較高的脫鹽率和膜通量，此后得到工業(yè)推廣。但該種膜有易壓密的過渡層，通量下降斜率大，pH范圍窄，不耐生物降解等缺點，應用范圍受到限制。2.3.2按照膜性能劃分反滲透膜經(jīng)過幾十年的發(fā)展，膜的類型越來越豐富，針對不同使用條件開發(fā)的膜品種也漸漸細化，因此，反滲透膜的分類方式也多種多樣。按照操作壓力分，反滲透膜可以分為高壓、低壓、超低壓和極低壓膜。高壓膜運行壓力在800 psi(5.5 MPa)主要用于海水淡化；低壓膜運行壓力225 psi (1.55 MPa)適用于苦咸水淡化；超低壓膜運行壓力150 psi(1.03 MPa)可用于較低鹽度的進水；極低壓膜壓力10

24、0 psi(0.69 MPa)適用于對脫鹽率要求不高，低含鹽量水的處理。2.3.3 按照膜組件的類型 按照反滲透膜組件的類型，反滲透裝置可以分為:板框式、管式、卷式、中空纖維式。國際上RO膜組件以卷式為主流約占91%以上，中空纖維約5%，板框式有4%，管式應用較少。卷式膜元件的中間為多孔支撐材料，兩邊是膜的雙層結(jié)構(gòu)，它的末端是沖孔的塑料管，雙層膜的邊緣與多孔支撐材料密封形成一個膜袋用于收集產(chǎn)水，在膜袋之間鋪上一層格網(wǎng)，然后沿中心管卷繞膜材料，即形成卷式膜元件。（1）中空纖維式 中空纖維式反滲透膜組件，是將成束地中空纖維絲的開口處鑄在管板之上，并用環(huán)氧樹脂用離心澆鑄的方式密封，連接方式與列管式熱

25、交換器中的管束和管板的連接方式類似，而中空纖維絲形式則為U形彎的形式。在壓力作用下，反滲透給水中淡水由纖維管外進入纖維管內(nèi)，從開口端流出，匯集成為產(chǎn)品水。中空纖維膜組件優(yōu)點有：1）填充密度與自支撐能力大；2）裝置十分緊湊，無需外加支撐材料；3）耐壓性好，放到效應?。?）產(chǎn)水率及回收率高等優(yōu)點，但是中空纖維膜組件也有產(chǎn)品制作較困難，對進水水質(zhì)要求高，污染后不易清洗等缺點。（2） 卷式 卷式反滲透膜元件是目前應用最廣泛的反滲透膜元件類型，由壓力容器及膜元件兩部分組成。卷式反滲透膜組件是將多個膜的開口粘接在產(chǎn)品水中心管上，而產(chǎn)品水中心管具有很多開孔，然后將這數(shù)個膜卷繞到此中心管上。膜與膜之間的給水通

26、道上有格網(wǎng)層，可以擾動給水的流動，使得流過膜表面的給水均勻，膜與膜之間的還有織物的支撐層，起到對產(chǎn)出淡水導流，使產(chǎn)出淡水可以在膜夾層之間流動。 卷式反滲透膜組件采用的是錯流過濾的方式，從膜組件的一端進水，流動方向與膜表面平行，在壓力作用下，產(chǎn)品淡水垂直的透過反滲透膜，在膜的另一側(cè)流入中心管中，被收集，濃水帶走膜表面被截留的膠體顆粒物質(zhì)以及鹽分。 卷式反滲透膜具有以下特點：1）填充密度大，能夠保持膜的原始形狀，反滲透性能良好；2）作用穩(wěn)定，操作簡單；3）表面流速穩(wěn)定，水流均勻；4）水通量和回收率較高，出水質(zhì)量好；5）清洗相對簡單，抗污染性好；6）造價低廉。2.3.4 新型膜材料(1)金屬膜國外新

27、研制的金屬膜采用不對稱結(jié)構(gòu)，以粗金屬粉末作支撐材料，以同種合金的細粉末噴涂作有效濾層(厚度小于200m)；其孔徑分布集中在 1-2m之間，屬微濾(MF)范圍；顆粒物難以進入濾膜內(nèi)部，堵塞濾道而滯留在膜表面，形成表面過濾。與傳統(tǒng)多孔燒結(jié)金屬濾材相比,不對稱金屬膜濾通量高3-4倍，壓降較小，反沖洗周期長達6-8個月，且反沖洗效果較好。(2) 有機-無機混合膜 制造有機-無機混合膜,使之兼具有機膜及無機膜的長處。無機礦物顆粒(如二氧化鋯)摻入有機多孔聚合物(如聚丙烯腈)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中形成的有機-無機礦物膜，具有機膜的柔韌性及無機膜的抗壓性能、表面特性，可顯著提高表面孔隙率及通量。填料類型、粒徑、比表面積

28、對膜性能均有影響。 (3)新型有機膜 新型含二氮雜萘銅結(jié)構(gòu)類雙酚單體(DHPZ)，該單體具有芳環(huán)雜非共平面扭曲結(jié)構(gòu)，由其合成的含二氮雜萘銅結(jié)構(gòu)的聚芳醚銅(PPEK)和聚芳醚砜(PPES)具有耐高溫、可溶解的綜合性能。2.4 反滲透膜的性能基于反滲透膜的運行原理和功能，反滲透膜應該具有以下性能，工業(yè)上也主要以這些性能參數(shù)來評價反滲透膜元件或一個完整系統(tǒng)的優(yōu)劣。 分離性反滲透中以脫鹽的能力來表示分離性，表征指標是脫鹽率或透鹽率。透鹽率是指產(chǎn)水中鹽含量與進水中鹽含量的比值。脫鹽率與透鹽率相對，兩者相加之和為 100 %。反滲透復合膜在標準情況下，對各種離子的脫鹽率通常在99 %以上。 透過性對于最常

29、見的水溶液體系，透過性一般以單位時間透過單位膜面積的水流量來表示，也即水通量。在相同的條件下，水通量越大越好。水通量受操作因素的影響比較大，操作壓力、水質(zhì)濃度、運行溫度等都對水通量有影響。 物化穩(wěn)定性物化穩(wěn)定性主要是指膜片的耐熱性、抗酸堿性、抗氧化性、機械強度等，對于不同的品牌反滲透膜的極限使用條件各不相同，大部分產(chǎn)品最大操作溫度不超過50，連續(xù)操作的pH 4.0-11.0，要求余氯小于0.1 mg/L。新型功能膜產(chǎn)品可將極限范圍擴大，GE耐高溫膜可持續(xù)進水在70，VONTRON抗污染膜進水自由率增大到小于0.5 mg/L。2.5 反滲透膜的抗污染性膜污染是膜過程的伴生現(xiàn)象，故增強膜材料的抗污

30、染能力始終是膜制備技術(shù)發(fā)展的重要目標之一。在改善反滲透膜的抗污染能力方面目前致力于改善膜的粗糙度、電荷性及親水性。 (l)降低膜表面的粗糙度由于卷式反滲透膜是以錯流方式運行，也即水的流動方向與膜表面平行，因此光滑的膜表面更有利于污染物隨水流通過，因此各生產(chǎn)商研發(fā)人員采用各種措施以降低聚酞胺膜的表面粗糙度。海德能公司在膜表面復合一層抗污染層來增加膜表面的平整度，而陶氏公司則通過增大膜厚度等手段直接提高膜的光滑度。(2)調(diào)整膜表面的電荷極性 一般的聚酞胺膜表面帶負電荷，易于吸附水中帶正電荷的膠體粒子，產(chǎn)生膠體污染，而電中性的膜表面發(fā)生這一現(xiàn)象的可能性會大大降低。研究表明，LFC膜表面呈中性，不易被

31、任何表面活性劑污染。因此研發(fā)在任意pH條件下，帶電中性或趨于電中性的膜材料能夠提高膜元件的抗污染性。 (3) 提高膜材質(zhì)的親水性 聚酞胺等有機材質(zhì)的原始性能是疏水性的，疏水性膜不僅水透過性差，而且容易與水中的有機物通過一定作用產(chǎn)生吸引效果，故疏水性膜抗有機污染性差。一些反滲透膜生產(chǎn)商研發(fā)出親水性強，親水角小的膜材質(zhì)，例如韓國世韓公司開發(fā)的膜片將親水角降低到37度。2.6 膜污染機理就反滲透膜而言，膜污染指料液中的溶質(zhì)分子在膜表面或膜孔內(nèi)的吸附、沉積而造成膜孔徑變小及堵塞，從而引起膜分離性能不可逆衰減的現(xiàn)象。RO 膜污染可分為兩類：可逆膜污染濃差極化，它可通過流體力學條件的優(yōu)化及回收率的控制來減

32、輕和改善。不可逆膜污染溶質(zhì)分子在膜表面的吸附、沉積及膜孔堵塞而引起的污染，此類污染目前尚無有效的措施加以改善，只能依靠原水的預處理或抗污染膜的研發(fā)應用來加以延緩其形成速度。2.6.1濃差極化濃差極化是一種邊界層現(xiàn)象，它由被膜阻留的溶質(zhì)積聚在膜表面而引起。在反滲透過程中，由于膜的選擇透過性，溶劑與可滲透的溶質(zhì)從高壓側(cè)透過膜到低壓側(cè)，而溶質(zhì)則大部分被膜所截留，積累在膜的高壓側(cè)表面，這樣在邊界層附近形成一種濃度梯度，緊靠于膜表面的溶質(zhì)濃度最大。這種濃度梯度就稱為濃差極化。濃差極化會促使溶質(zhì)從膜表面通過邊界層向主體溶液擴散，它是一種可逆的膜污染。反滲透膜由于濃差極化的存在，會造成以下危害: (1)膜表

33、面溶質(zhì)濃度的增高，引起滲透壓的增大，從而減小了有效傳質(zhì)驅(qū)動力，降低透水速度。 (2)由于膜表面的鹽濃度增高，使透鹽量會增高，因而降低了膜的脫鹽率。 (3)當膜表面溶質(zhì)濃度達到他們的飽和濃度時，便會在膜表面形成沉積，使膜的水通量和脫鹽率進一步降低；嚴重時導致結(jié)晶析出，阻塞流道，使膜過程運行惡化，逐漸失去透水能力。濃差極化是不能消除的，但為了提高膜的處理效果，延長膜的使用壽命，就要尋找途徑降低濃差極化。減少濃差極化，就要從提高傳質(zhì)系數(shù)k值入手。傳質(zhì)系數(shù)k很大程度上依賴于組件的幾何形狀，料液的流動狀態(tài)和性質(zhì)等。通常從如下途徑來提高傳質(zhì)系數(shù)。 (1)合理設(shè)計和精心制作膜組件，使流體分布均勻，湍流促進等。 (2)適當控制操作流速，改善流動狀態(tài)，使膜-溶液相界面層的厚度減至適當?shù)某潭?，以降低濃差極化度。 (3)適當提高溫度，以降低流體粘度和提高溶質(zhì)的擴散系數(shù)。 對于一