超滤+反渗透+EDI

膜技术分类膜分离是以以外界能量或电位差为推动力，通过天然或人工合成的有机或无机薄膜， 对双组分或多组分的溶质或溶剂进行分离、提纯的方法。膜分离法可用于液相和气相。由 于膜的种类和功能很多，不可能用单一的方法来明确分类。常规的方法有以下几种。（1）按膜的型式分类卷式膜、中控纤维膜、管式膜、平板式膜等。（2）按膜的材料分类a. 天然膜如生物膜。b. 合成膜高分子有机膜或无机膜。（3）按膜的结构性分类a. 多孔膜微孔介质与大孔膜。b. 非多孔膜无机膜与聚合物膜。c. 液膜分为无固相支撑型和有固相支撑型。（4）按膜的作用机理分类a. 吸附性膜，如反应膜和多孔膜。b. 扩散性膜，如聚合物膜。c. 离子交换膜，如阳离子交换膜和阴离子交换膜。d. 选择渗透膜，渗透膜和反渗透膜。e. 非选择渗透膜，如过滤型的微孔膜。目前工业应用中常见的膜分离方法有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透 （RO），几#膜的过滤图谱见图。微波超滤觐波反渗域10 urn - ftfO nm1OD-1D nm10-1 nm 1 nm几种膜分商力法的过滤图讲悻J.411分Irz色条n膜法分离微粒范带第一章超滤1.1超滤的发展1903年Becchold根据研究结果提出超滤概念，世界上第一次超滤试验是Schimidt 在19世纪60年代利用牛心包膜截留阿拉伯胶；20世纪70年代，由于化学工业的飞速 发展，研制出许多超滤膜，并很快得到商业化生产销售。在超虑膜的实际应用中，日、美等 国应用最多，超滤膜最初应用于化工和医药行业，后来用于海水淡化中反渗透膜的前处理。 超滤应用的领域是多方面的，第一可在水的脱盐中作为反渗透的预处理与反渗透联合使用； 第二可应用于市政饮用水净化或者市政污水再生回用等第三可应用于医药行业，分离各种 大分子和小分子药物比如青霉素、凝血酶等；第四可应用于食品加工行业的果汁、残渣处理 等。超滤对病原体、悬浮物、浊度等具有绝对的屏障作用，可以完全去除悬浮颗粒，出水 悬浮物0.5mg/L，浊度0.1NTU，对细菌的去除率6log，病毒的去除率4log；可以部分去 除附着在悬浮物上的可溶物质如大分子有机物等。超滤膜对溶质的分离过程主要有：（1）在膜表面的机械截留筛分（2）在膜孔表面和膜孔内的吸附一次吸附（3）在膜孔中停留被去除阻塞一般认为超滤是一种筛分分离过程，其分离原理如图所示，在静压差的推动力作用下，原 料液中的溶剂和小溶质粒子从高压的料液侧透过膜低压侧，一般称为滤出液或透过液，而大 粒子组分被膜阻拦，使它们在滤剩液中的浓度增大。按照这样的分离机理，溶质被截留是因 为溶质分子太大，不能进入膜孔或则由于大分子溶质在膜孔中的流动阻力大于溶剂和小分子 溶质，不能进入膜孔。但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素，其影响表现为被 截留的物质与膜材料的相互作用，相互作用包括范德华力、静电引力、氢键作用力等。超滤是反渗透的理想预处理设备。我国对超滤技术的研发起步于20世纪70年代， 1978年聚砜超滤膜的研制成功为复合膜研制提供了基础。80年代进入快速发展阶段，目 前已经有30多个单位和超过200个厂家从事超滤膜的研究和生产，年产值达数亿元。先 后研制出醋酸纤维膜（CA）、聚砜膜（PS）、聚丙烯月青膜（PAN）、聚|氟乙烯膜（PVDF）、聚 氯乙烯膜（PVC）、！醚砜膜（PES ）等，并迅速进行生产和使用；其组件型式有中空纤维、 板式、管式、卷式等。我国使用超滤技术应用于电泳漆回中首先获得成功，并迅速应用到 工业废水处理和高分子如酶和蛋白等浓缩分离中，其应用范围越来越广。经过40年的发 展，我国目前已有中空纤维、卷式和板式等结构的超滤及装置，所使用的超滤膜材料也有 十几种。1.2超滤膜组件型式超滤是在压力差的推动力作用下进行的液相分离过程，超滤是一种筛分过程，超滤过 程的原理示意图如下图所示。在一定的压力作用下，原水中的原料液和小颗粒物从进水侧 透过产水侧，一般称为透过液，而大分子及大颗粒物被膜阻挡，原水中被截留物质逐渐被 浓缩而后以浓缩液（反洗排水）排出。嬉漕嘎理贰意图映皿占膜组件是超滤装置的核心部件，它是用一定面积的膜以某种形式组装起来，一般包含 膜、膜的支撑、膜壳、连接口等。常用的超滤膜组件型式有：中空纤维、管式、平板式和 卷式等，其构型见图超醴暇的四种臆照件膨代（1）中空纤维膜组件中空纤维膜膜丝的外径一般在0.52.0mm之间，这使得它的水回用率较高，能够截留 几千到几十万分子量的物质，其截污能力较强且水通量也较大（2）平板式膜组件平板式膜组件的膜、多孔膜支撑材料以及形成料液流道的空间和两个端重叠压紧在一 起，料液是由料液空间引入膜面，相对管式膜组件来说控制浓差极化比较困难，但是平板 式超滤膜组件的投资费用和运行费用都要比管式超滤膜组件低，且膜板可就地更换，可对 卸下的膜板或膜块进行膜擦洗，具有较高的装填密度和较低的存留料液体积。（3）管式膜组件管式膜组件对料液中的悬浮物有一定的承受能力，能够有效地控制浓差极化，大范围 地调节料液的流速，膜表面的污染物容易清洗；缺点是投资和运行费用都较高，单位体积 内的膜的比表面积较低。（4）卷式膜组件卷式膜组件具有结构紧凑、占地面积小以及温度和pH值适应性强的特点；但是组件流 道较窄，对料液的预处理要求较高，一般应用于医药生化、精细化工、造纸和高纯水等行业。1.3超滤膜运行模式1.3.1内压和外压式运行模式（1）内压式运行模式内压式超滤膜的运行模式通常应用在管式和中空纤维膜组件中（图1.9）,料股进入到 管式膜内部，过滤液从膜内向膜外透过。由于膜丝内流道的作用，料液分配均匀，流动状 态好。但由于管式膜内径有限，为防止堵塞，对进水悬浮物浓度有较严格的规定，一般浊 度不高于50NTU。实际应用中有立式安装和卧式安装两种。内压式超滤（2）外压式运行模式外压式超滤膜运行模式通常应用于管式、板式、卷式、中空纤维膜组件的场合，过滤 的方向是从膜外向膜内，适合于进水悬浮物含量较高的情况。外压式超滤膜可在进水浊度 1000NTU左右时连续稳定运行。根据压力作用方式，外压式超滤膜又可分为两类：压力式 和浸入式。外压式超滤1.3.2全流（死端）过滤和错流过滤（1）全流过滤全流过滤又称为死端过滤。其原理是把原水置入膜的上游，在莫两侧压力差的作用下， 水和分子量小于膜孔的物质会通过膜，而大于膜孔的颗粒被膜截留。膜过滤的压力差可通过 在原液侧加压或在透过膜侧减压形成。随着过滤时间的增长被膜截留的物质因得不到及时 的清理将在膜表面上逐渐累积，形成污染层，致使过滤阻力增加。在过滤压差不变时，膜通 量将会降低。因此，死端过滤是间歇式的，必须定期清除莫上的污染物或沉淀物，也可以采 用更换过滤膜的措施保障设备正常运行。班水(2) 错流过滤错流(cross-flow)过滤相对全流过滤是在过滤过程中，通过循不泵或者浓水排放的方式 增大膜表面的流速，通过控制膜表面污染层厚度以降低膜的污染。因此一般用在水质较差的 条件下，可以采用错流过滤的方式设计，根据水质的不同错流比例一般在5%-50%之间，甚至 更大。虽然采用错流过滤可以降低超滤膜的污染程度，但由于需要更大的原水泵，因此相对 于死端过滤能耗更高。错流过滤的浓水可以回到预处理的入口再经过预处理后重新 进入超滤 系统过滤处理。相对来说错流过滤原水在膜表面形成湍流，能够有效控制膜表面饼层的形成， 有连续的浓水排放，能够应用于悬浮物(SS)浓度较高的原水。但是系统设计相对复杂，能 耗也较高，需要额外的循环泵和浓水排放阀门诳水1.4膜污染及影响因素1.4. 1膜污染膜污染是指处理物料中的微粒、大分子、胶体粒子或其它溶质分子，由于与膜物理、 化学或机械作用而引起的，在膜表面或膜孔内吸附沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生 渗透速率与分离特性的不可逆变化现象。对于膜污染，应当说，一旦料液与膜接触，膜污 染即开始。膜污染常发生在三种场合，即浓差极化、大溶质的吸附和吸附层的聚合。1.4.2影响超滤膜污染的因素影响膜污染的主要因素包括三个方面:膜的性质、料液性质、膜分离操作条件。膜的性 质一般指膜材料、膜孔径大小、孔隙率、亲水性、电荷性质、粗糙度等。研究表明，这些 因素对膜污染有很大的影响。亲水性膜表面与水形成氢键，膜面不易被污染；孔径大通量 高的膜易形成堵塞；孔隙率小的膜易被堵塞。膜污染是膜与溶液相互作用的结果，溶液的性质对膜的影响是巨大的。即使溶液中蛋 白质等大分子物质的浓度较低(0.0010.019/L)，膜面也可形成足够的吸附，使通量有明 显下降。溶液中离子强度的变化会改变蛋白质的构型和分散性，影响吸附，从而影响膜的 通量。操作条件与膜污染密切相关。对膜污染直接产生影响的运行条件包括操作压力、膜面 流速和运行温度。对于压力，一般认为存在一临界压力值，当操作压力低于临界压力时，膜通量随压力 的增加而增加，而高于此值时会引起膜表面污染的加剧，通量随压力的变化不大。临界操 作压力随膜孔径的增加而减小。膜面料液的流动状态，流速的大小都会影响膜污染。料液的流速或剪切力大，有利于 降低浓差极化层和膜表面沉积层，使膜污染降低。温度对膜污染的影响比较复杂。温度上 升，料液的黏度下降，扩散系数增加，减少了浓差极化的影响；但温度的上升会使料液中 某些组分的溶解度下降，使吸附污染增加。1.5超滤膜污染的控制及清洗方法1.5.1超滤膜污染的控制在超滤长期运行过程中，尽管选择了较合适的膜和适宜的操作条件，过滤通量随运行 时间的增加必然产生下降现象，即膜污染问题必然发生。浓差极化会导致溶剂通量下降， 溶质的去除率降低。可采取以下几方面措施使浓差极化减至最低程度：提高超滤器的进水 流速以增大膜面水流速度，使被截留的溶质及时被水流带走；适当提高水温以加速分子扩 散，增大过滤速度；采取清洗措施，使膜面或膜孔内的污染物去除，从而达到过滤通量恢 复，延长膜寿命的目的。1.5.2超滤膜污染的清洗方法超滤膜的清洗主要受膜的化学特性和污染物特性的影响。膜的化学特性是指膜耐酸碱、 耐温性、耐氧化性和耐化学试剂特性，它们对选择化学清洗剂类型、浓度、清洗液温度等极 为重要。污染物特性主要指污染物在不同p H值、不同种类盐及浓度溶液中，不同温度下 的溶解性、荷电性和它的可氧化性及可酶解性等。清洗方法的选择主要取决于膜的构型、膜 的种类及污染物种类。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错流正冲和原料液侧减压的反向冲洗。正冲主要用于 破坏浓差极化和带走反冲所冲出的污染物；反冲主要除去膜内和膜面的污染物。通常这两 种冲洗交替进行，以达到最好的水力清洗效果。(2) 机械清洗此方法只适用于采用超型海绵球的管式系统。(3) 化学清洗化学清洗是减少膜污染的重要方法，可选用试剂很多，既可单独使用，又可以组合形 式使用。使用化学清洗时主要考虑膜的耐化学试剂能力、污染物的种类等影响因素。通常 根据污染特性及膜材质，采用不同的清洗方案。为达到较好的清洗效果，通常采用一种或 多种药剂的组合，如酸与碱、碱与螯合剂或表面活性剂的组合，也可以使用酶或专用清洗 剂等，实践证明碱洗对运行压力恢复较好。第二章反渗透2.1反渗透概念反渗透膜具有选择性的通过水而截留离子物质的特性，当膜盐水侧的压力大于渗透压 时，盐水中的水将流向纯水侧，从而实现溶液中的盐水分离。反渗透采用的是错流过滤方式。如图所示，错流过滤中，进水流经膜表面时，一部分 透过膜成为产水，而另一部分则沿膜表面平行流动成为浓水。错流过滤系统不同于传统的 死端过滤，进水并非仅沿着通过滤层的方向流动。错流过滤的主要优点是，膜截留下来的 物质被流体不断地冲走，这在一定程度上相当于膜表面被连续地清洗，有利于延长膜的寿 命，降低维护和清洗的费用。相反，传统过滤中被截留的物质积累在过滤介质上，必须定 期清洗更换介质，这明显不经济，也不利于环保。tit流退反渗透水处理工艺基本上属于物理方法，它在诸多方面具有传统的水处理方法所没有 的优点：(1)反渗透是在室温条件下，采用无相变的物理方法得以使水淡化、纯化(2) 水的处理只需水的压力作为推动力，其能耗在许多物理处理方法中最低；(3) 不用大量的化学药剂和酸碱再生处理；(4) 无化学废液及废酸、碱的排放，无环境污染；(5) 设备占地面积少，所占空间小；(6) 运行维护和设备维修工作极少。2.2反渗透膜的透过机理反渗透是运用压力(110 MPa)使溶液中的水通过反渗透膜，达到分离、提取、纯化、 浓缩等目的的处理技术。关于反渗透膜的透过机理，自20世纪中期以来，诸多研究者先 后提出了多种反渗透膜的透过机理和模型。(1) 优先吸附-毛细孔流动模型Sourirajan(Sourirajan S,1970)等人提出了优先吸附-毛细孔流动理论以及最大分离 的临界孔径。以NaC 1水溶液为例，溶质是NaCl,认为膜的表面能选择性吸水，因此水被优 先吸附在膜表面上，而对 NaCl则排斥。在压力的作用下，优先吸附的水通过膜，便形成 了脱盐的过程基于这种模型的膜在膜表面必须有相应大小的毛细孔。在模型基础上， S.Kimura 和S.Sourirajan对反渗透资料进行分析和处理，并考虑到浓差极化，提出了一套传质方程 式。(2) 形成氢键模型该理论是由Reid(Reid C E.,1959)等人提出的，并通过醋酸纤维膜进行了解释。该理 论认为，膜的表面很致密，其上有大量的活化点，键合一定数目的结合水，这种水已失去 溶剂化能力，盐水中的盐不能溶于其中。进料液中的水分子在压力下可与膜上的活化点形 成氢键而缔合，使该活化点上的其它结合水解缔下来，该解缔的结合水又与下面的活化点 缔合，使该点原有的结合水解缔下来，该过程不断从膜面向下层进行，水分子从膜面进入 膜内，最后从底层解脱下来成为产品水。(3) 溶解扩散模型Lonsdale和Poda11(Lonsda1e H, 1972)等人提出溶解扩散模型。该模型假设膜是 完美无缺的理想膜。高压侧溶液中的溶剂和溶质先溶于膜中，然后在化学位的推动力下，从 膜的一侧向另一侧以分子扩散方式通过，直至透过膜。溶剂和溶质在膜中的扩散服从Fick 定律，这种模型认为溶剂和溶质都可能溶于膜表面，因此物质的渗透能力不仅取决于扩散系 数，而且取决于其在膜中的溶解度，溶质的扩散系数比水分子的扩散系数要小得多，因而透 过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。目前，在三种模型中，以溶解扩散模型应用最为广泛。当然其它两种模型也能够对反 渗透膜的透过机理进行解释。比如对于醋酸纤维素膜，用溶解扩散模型来解释有一定偏差， 而用选择性吸附一毛细管流模型则可以很好的解释。另外，还有学者提出脱盐中心模型，表 面力-孔流模型等。总而言之，反渗透膜透过机理还在发展中，期待新的更好的科研手段和 理论的出现。2.3反渗透膜的类型2.3.1按照膜材料划分(1) 醋酸纤维素膜(CA膜)这是第一个被推出商品反渗透膜(Loeb-Sourirajan,1960) ,CA膜以二醋酸纤维素和 三 醋酸纤维素及二者混合物为原料，经调制铸膜液、铸膜液刮平 (doctor b1ade)、溶剂(乙 醇或乙醚)挥发、凝胶固化、热处理等多道工序制成，彳值得的成品膜厚约100M，包括致密表 层及多空支撑层。CA膜化学稳定性较差，易水解，膜性能衰减较快，操作压力较高；但CA 膜有一定的抗氧化性，膜表面光洁，不易发生结垢和污染。(2) 芳香族聚酰胺类薄膜复合膜(TFC膜)最常用的有芳香族聚酰胺复合膜和芳香族聚酰胺中空纤维膜。薄膜复合膜是将完全不 同的材料教主在-多空支撑层上，由于这两层材料不同，所以复合膜不易被压密。TFC膜具 有化学稳定性好、耐生物降解、操作压力低、高脱盐率、高通量等优点；但其不耐氯及其 他氧化剂，抗污染和抗结垢性能较差。叫畦并峰4盛柘段冥村臭咨他的H崖山枝滞拖仲谦或原蜜M抵urr成J-u晤也地店世什火种.晚匕* S?卜瞬牲岸知疝贴那球蛔k就疵脱和隅 建年一 It牛勒岖定性叶r山!却pH 0心枇7、可 d pH In 5-11 Mti响岫L由|11产占呻责卜时IKFhWR而产水牌冷主暖垃花虚应小.EttJE力凯城电出tt出匙域术Ji度仙，IAtEUlH：也较N他秘财卷如/为an收曲刖占单El块W旻启H卷费茬r折成高(3) 复合膜复合膜是另一种形式的非对称膜，通常以无纺布为底层，聚砜为支撑层，表层为交联 结构的聚欧胺(PA)层。由于复合膜在产水通量和脱盐上比CA膜更具的优势，目前在反渗透 领域复合膜占主导地位，基本将CA膜取代。此外在传统聚酸胺复合膜的基础，经过膜的改 性，开发了一系列的抗污染膜，抗氧化膜，耐热膜等将反渗透技术应用到更多的领域。目前使用最广泛的是非对称醋酸纤维膜(CA膜)和芳香族聚欧胺复合膜(TFC膜)。非对 称CA膜在1960年由L-S法制备成功，与以前的对称膜相比具有较高的脱盐率和膜通量， 此后得到工业推广。但该种膜有易压密的过渡层，通量下降斜率大，pH范围窄，不耐生物 降解等缺点，应用范围受到限制。2.3.2按照膜性能划分反渗透膜经过几十年的发展，膜的类型越来越丰富，针对不同使用条件开发的膜品种 也渐渐细化，因此，反渗透膜的分类方式也多种多样。按照操作压力分，反渗透膜可以分 为高压、低压、超低压和极低压膜。TFC M泠EK住高压膜运行压力在800 psi(5.5 MPa)主要用于海水淡化；低压膜运行压力225 psi (1.55 MPa)适用于苦咸水淡化；超低压膜运行压力150 psi(1.03 MPa)可用于较低盐度的进 水；极低压膜压力100 psi(0.69 MPa)适用于对脱盐率要求不高，低含盐量水的处理。 2.3.3按照膜组件的类型按照反渗透膜组件的类型，反渗透装置可以分为:板框式、管式、卷式、中空纤维式。 国际上RO膜组件以卷式为主流约占91%以上，中空纤维约5%，板框式有4%，管式应用较少。 卷式膜元件的中间为多孔支撑材料，两边是膜的双层结构它的末端是冲孔的塑料管， 双层膜的边缘与多孔支撑材料密封形成一个膜袋用于收集产水在膜袋之间铺上一层格网， 然后沿中心管卷绕膜材料，即形成卷式膜元件。（1）中空纤维式中空纤维式反渗透膜组件，是将成束地中空纤维丝的开口处铸在管板之上，并用环氧 树脂用离心浇铸的方式密封，连接方式与列管式热交换器中的管束和管板的连接方式类似， 而中空纤维丝形式则为U形弯的形式。在压力作用下，反渗透给水中淡水由纤维管外进入 纤 维管内，从开口端流出，汇集成为产品水。中空纤维膜组件优点有：1）填充密度与自支撑能力大；2）装置十分紧凑，无需外加 支撑材料；3）耐压性好，放到效应小；4）产水率及回收率高等优点，但是中空纤维膜组 件也有产品制作较困难，对进水水质要求高，污染后不易清洗等缺点。（2）卷式卷式反渗透膜元件是目前应用最广泛的反渗透膜元件类型，由压力容器及膜元件两部 分组成。卷式反渗透膜组件是将多个膜的开口粘接在产品水中心管上，而产品水中心管具 有很多开孔，然后将这数个膜卷绕到此中心管上。膜与膜之间的给水通道上有格网层，可以扰动给水的流动，使得流过膜表面的给水均 匀，膜与膜之间的还有织物的支撑层，起到对产出淡水导流，使产出淡水可以在膜夹层之 间流动。卷式反渗透膜组件采用的是错流过滤的方式，从膜组件的一端进水，流动方向与膜表 面平行，在压力作用下，产品淡水垂直的透过反渗透膜，在膜的另一侧流入中心管中，被 收集，浓水带走膜表面被截留的胶体颗粒物质以及盐分。卷式反渗透膜具有以下特点：1）填充密度大，能够保持膜的原始形状，反渗透性能 良好；2）作用稳定，操作简单；3）表面流速稳定，水流均匀；4）水通量和回收率较高， 出水质量好；5）清洗相对简单，抗污染性好；6）造价低廉。I- PtrmMle-Pt&duct tub遍着技至痛 瘤建禅疲却将式模组件的却而示庭图几刊常用的反裨透赡组件类型优点缺一起拽用状况睢心宅啊紧庆-而 n 相由、流应甑吊-化.W使用修度我而T械腰，工艺前哽妆固照本内，槌胃状忐不 占推费板化严垂w最墙耋. 不贴清洗黑的摊或需度小适j小睿埴提拽；二1而业化煤容始浩扪利更忻：原水流动职.恳好.癌 力我尖小、耐较高压力：能姓理言有是浮 狗的+乏鹰鬲的戒带佛析电囚体-亨目站哩浪水通迅的溶漕体系，沾祖幄4高，费n帝站联 理；棋的雁秋商厄小宿于中小容量翘模；巳商业化A腰FT椎费!*阻火，结贸魅禊i可怦用斑住 好的于桓HRi价临情魔.京作工担和废芯检舰杂雀拊冬用腐.=姑华塞.不蟾渚 甬.不直在高任下ife作逮IF春埴毋懊；i_Ln4k 化中5般的堞枷阚度大；不百外加志抻材斡；tti制柜匚毯和技术踱堂!加厨盗T大窖域迦顷：己俑节化2.3.4新型膜材料(1) 金属膜国外新研制的金属膜采用不对称结构，以粗金属粉末作支撑材料，以同种合金的细粉末喷 涂作有效滤层(厚度小于200顷)；其孔径分布集中在1-2顷之间，属微滤(MF)范围；颗 粒物难以进入滤膜内部，堵塞滤道而滞留在膜表面，形成表面过滤。与传统多孔烧结金属 滤材相比，不对称金属膜滤通量高3-4倍，压降较小，反冲洗周期长达6-8个月，且反冲洗 效果较好。(2) 有机-无机混合膜制造有机-无机混合膜，使之兼具有机膜及无机膜的长处。无机矿物颗粒(如二氧化锆) 掺入有机多孔聚合物(如聚丙烯月青)网状结构中形成的有机-无机矿物膜，具有机膜的柔韧性 及无机膜的抗压性能、表面特性，可显著提高表面孔隙率及通量。填料类型、粒径、比表 面积对膜性能均有影响。(3) 新型有机膜新型含二氮杂萘铜结构类双酚单体(DHPZ)，该单体具有芳环杂非共平面扭曲结构，由 其合成的含二氮杂萘铜结构的聚芳醚铜(PPEK)和聚芳醚砜(PPES)具有耐高温、可溶解的综 合性能。2.4反渗透膜的性能基于反渗透膜的运行原理和功能，反渗透膜应该具有以下性能工业上也主要以这些 性能参数来评价反渗透膜元件或一个完整系统的优劣。 分离性反渗透中以脱盐的能力来表示分离性，表征指标是脱盐率或透盐率。透盐率是指产水 中盐含量与进水中盐含量的比值。脱盐率与透盐率相对，两者相加之和为100 %。反渗透 复合膜在标准情况下，对各种离子的脱盐率通常在99 %以上。透过性对于最常见的水溶液体系，透过性一般以单位时间透过单位膜面积的水流量来表示， 也即水通量。在相同的条件下，水通量越大越好。水通量受操作因素的影响比较大，操作 压力、水质浓度、运行温度等都对水通量有影响。 物化稳定性物化稳定性主要是指膜片的耐热性、抗酸碱性、抗氧化性、机械强度等，对于不同的 品牌反渗透膜的极限使用条件各不相同，大部分产品最大操作温度不超过50C，连续操作 的pH 4.0-11.0,要求余氯小于0.1 mg/L。新型功能膜产品可将极限范围扩大，GE耐高温膜 可持续进水在70C，VONTRON抗污染膜进水自由率增大到小于0.5 mg/L。2.5反渗透膜的抗污染性膜污染是膜过程的伴生现象，故增强膜材料的抗污染能力始终是膜制备技术发展的重 要目标之一。在改善反渗透膜的抗污染能力方面目前致力于改善膜的粗糙度、电荷性及亲 水性。(l) 降低膜表面的粗糙度由于卷式反渗透膜是以错流方式运行，也即水的流动方向与膜表面平行，因此光滑的 膜表面更有利于污染物随水流通过，因此各生产商研发人员采用各种措施以降低聚酞胺膜 的表面粗糙度。海德能公司在膜表面复合一层抗污染层来增加膜表面的平整度，而陶氏公 司则通过增大膜厚度等手段直接提高膜的光滑度。(2 )调整膜表面的电荷极性一般的聚酞胺膜表面带负电荷，易于吸附水中带正电荷的胶体粒子，产生胶体污染， 而电中性的膜表面发生这一现象的可能性会大大降低。研究表明，LFC膜表面呈中性，不 易被任何表面活性剂污染。因此研发在任意pH条件下，带电中性或趋于电中性的膜材料能 够提高膜元件的抗污染性。(3) 提高膜材质的亲水性聚酞胺等有机材质的原始性能是疏水性的，疏水性膜不仅水透过性差，而且容易与水 中的有机物通过一定作用产生吸引效果，故疏水性膜抗有机污染性差。一些反渗透膜生产 商研发出亲水性强，亲水角小的膜材质，例如韩国世韩公司开发的膜片将亲水角降低到37 度。2.6膜污染机理就反渗透膜而言，膜污染指料液中的溶质分子在膜表面或膜孔内的吸附、沉积而造成 膜孔径变小及堵塞，从而引起膜分离性能不可逆衰减的现象。RO膜污染可分为两类：可 逆膜污染一浓差极化，它可通过流体力学条件的优化及回收率的控制来减轻和改善。不 可逆膜污染一溶质分子在膜表面的吸附、沉积及膜孔堵塞而引起的污染，此类污染目前尚 无有效的措施加以改善，只能依靠原水的预处理或抗污染膜的研发应用来加以延缓其形成 速度。2.6.1浓差极化浓差极化是一种边界层现象，它由被膜阻留的溶质积聚在膜表面而引起。在反渗透过 程中，由于膜的选择透过性，溶剂与可渗透的溶质从高压侧透过膜到低压侧，而溶质则大 部分被膜所截留，积累在膜的高压侧表面，这样在边界层附近形成一种浓度梯度，紧靠于 膜表面的溶质浓度最大。这种浓度梯度就称为浓差极化。浓差极化会促使溶质从膜表面通 过边界层向主体溶液扩散，它是一种可逆的膜污染。反渗透膜由于浓差极化的存在，会造 成以下危害：(1) 膜表面溶质浓度的增高，引起渗透压的增大，从而减小了有效传质驱动力， 降低透水速度。(2) 由于膜表面的盐浓度增高，使透盐量会增高，因而降低了膜的脱盐率。(3) 当膜表面溶质浓度达到他们的饱和浓度时，便会在膜表面形成沉积，使膜的水通量 和脱盐率进一步降低；严重时导致结晶析出，阻塞流道，使膜过程运行恶化，逐渐失去透 水能力。浓差极化是不能消除的，但为了提高膜的处理效果，延长膜的使用寿命，就要寻找途 径降低浓差极化。减少浓差极化，就要从提高传质系数k值入手。传质系数k很大程度上 依赖于组件的几何形状，料液的流动状态和性质等。通常从女下途径来提高传质系数。（1）合理设计和精心制作膜组件，使流体分布均匀，湍流促进等。（2）适当控制操作流速，改善流动状态，使膜溶液相界面层的厚度减至适当的程 度，以降低浓差极化度。（3）适当提高温度，以降低流体粘度和提高溶质的扩散系数。对于一定的膜组件-溶液，通常只能从途径（2）入手来提高传质系数k，但是流速 不能太高，因为随着流速的提高，流道的阻力升高，能耗增加。权衡浓差极化度与能耗， 通常取浓差极化度为1.2较合理。膜的污染主要可以分为以下几种：（1）胶体污堵胶体污堵比较普遍。地下水和地表水含有的铁铝胶体、硅胶体、有机质胶体及预处理 时加入混凝剂、助凝剂、阻垢剂等形成的胶体，它们以相互脱水聚合或依靠膜表面电荷与 胶体电荷的吸附，在膜表面絮凝沉积，沉积后的胶体呈棉絮状，然后板结，牢牢地附在膜 表面，从发生的机理看，该污染方式一般发生在膜的前端。（2）生物污染生物污染是指微生物、藻类、细菌在膜表面繁殖，堵塞膜通道，导致通水量减少、工 作压力和压差升高的一种污染现象。当膜表面覆盖生命力旺盛的微生物污泥时，膜所除去 的盐类将陷于黏层中，不易被水冲走，为微生物繁殖提供了丰富的营养物质，同时反渗透 进水前预处理时加入的阻垢剂（如聚马来酸，氨基三甲基磷酸等）、软水剂等又能促进微生 物生长。有机与无机的溶解性物质以及颗粒物，可以通过有效的预处理被去除，但可繁殖 的微生物颗粒，经预处理后即使剩余0.01%，还能利用水中可生物降解的物质进行自身繁 殖，这也是生物污泥在任何系统中都会造成污染的主要原因之厂。（3）化学结垢化学结垢由浓缩水中过量的溶解盐沉淀形成，常发生在二段。它以无机成份为主，起 因是阴阳离子的活度积超过该化学物质的溶度积达到饱和状态此时，随着水流在膜通道中 的滞流层中逐步析出微小的结晶核，并吸附在膜表面生长，成为大颗粒的晶体，直接影响了 水通量。另外，晶体尖锐的棱角，极易划伤膜表面，严重影响了膜的使用寿命。人们最初理 解的膜污染就属这种类型，无机盐在膜的表面逐步浓缩首先在膜的末端产生结垢，因而， 末端结垢成了化学结垢的特征。（4）颗粒污染颗粒污堵常发生在前端。主要原因是新系统投入运行时冲洗不彻底，保安过滤器缺陷致 水带泥土、细砂及其它碎片，或采用缠绕型微米滤芯易脱落绒毛，或运行压差高，使膜片脱 落堵在下一个膜的前端，造成压降升高、出力减小，形成机械性污堵。此类污堵是可以预防 的。有时化学物质的不正当配伍也会造成颗粒污染，些大颗粒（直径在1 mm以上）可以被截 留在膜的入口端，而一些小颗粒污染物质就被高压水冲到膜面，堵塞通道，使产水量减少， 这种颗粒污染的明显特征是集中在反渗透膜的前部，表现为前级压差升高。不管哪种污染类型，势必会引起反渗透产水量下降、工作压力提高、压差上升，并且 需要经常化学清洗，引起膜性能下降，过大的压差还会导致膜体外壳破碎，膜片冲出膜体， 使膜彻底失效。有关这些无疑需要找到一种解决办法，防止发生或者补救各种污染现象。