膜的發(fā)展史
19世紀(jì)30年代硝酸纖維素微濾膜商品化。
1953年美國佛羅里達(dá)大學(xué)的Reid等人提出反滲透海水淡化。
1960年美國加利福尼亞大學(xué)發(fā)明了代高性能的非對稱性醋酸纖維素膜,反滲透(RO)用于海波及苦咸水淡化。
1961年美國Hevens公司提出管式膜組件的制造方法。
1965年美國加利福尼亞大學(xué)制造出用于苦咸水淡化的管式反滲透裝置。
1970年開發(fā)成功高效芳香聚酰胺中空纖維反滲透膜,使RO膜性能進(jìn)一步提高。
20世紀(jì)80年代后進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的膜用滲透汽化進(jìn)行醇類等恒沸物脫水。
20世紀(jì)90年代出現(xiàn)低壓反滲透復(fù)合,為第三代RO膜,膜性能大幅度提高,為RO技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊的前景。
反滲透膜的發(fā)展史
1748年 Nollet發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象。
1920年 建立了稀溶液的完整理論。
1953年 發(fā)現(xiàn)醋酸纖維素類具有良好的半透性。
1960年 人類制成醋酸纖維素反滲透膜。
1970年 杜邦公司發(fā)明了芳香族聚酰胺中空纖維反滲透器。
1980年 全芳香族聚酰胺復(fù)合膜及其卷式元件問世。
1990年 中壓、低壓、及超低壓高脫鹽聚酰胺復(fù)合膜進(jìn)入市場,從而為反滲透技術(shù)的發(fā)展開辟了廣闊前景。
1998年 低污染膜研發(fā)成功,進(jìn)一步擴大了反滲透的應(yīng)用范圍。
反滲透膜工作原理 對透過的物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱為半透膜,一般將只能透過溶劑而不能透過溶質(zhì)的薄膜稱之為理想半透膜。當(dāng)把相同體積的稀溶液(例如淡水)和濃溶液(例如鹽水)分別置于半透膜的兩側(cè)時,稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側(cè)流動,這一現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)滲透達(dá)到平衡時,濃溶液側(cè)的液面會比稀溶液的液面高出一定高度,即形成一個壓差,此壓差即為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質(zhì),即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關(guān)而與半透膜的性質(zhì)無關(guān)。若在濃溶液一側(cè)施加一個大于滲透壓的壓力時,溶劑的流動方向?qū)⑴c原來的滲透方向相反,開始從濃溶液向稀溶液一側(cè)流動,這一過程稱為反滲透。 反滲透是滲透的一種反向遷移運動,是一種在壓力驅(qū)動下,借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分開的分離方法,它已廣泛應(yīng)用于各種液體的提純與濃縮,其中的應(yīng)用實例便是在水處理工藝中,用反滲透技術(shù)將原水中的無機離子、細(xì)菌、病毒、有機物及膠體等雜質(zhì)去除,以獲得高質(zhì)量的純凈水。
反滲透技術(shù)基礎(chǔ)——什么是反滲透膜
滲透膜早已存在于自然界中,但直到1748年,Nollet發(fā)現(xiàn)水能自然的擴散到裝有酒精溶液的鍺膀胱內(nèi),人類才發(fā)現(xiàn)了滲透現(xiàn)象。
自然的滲透過程中,溶劑通過滲透膜從低濃度向高濃度部分?jǐn)U散;而反滲透是指在外界壓力作用下,濃溶液中的溶劑透過膜向稀溶液中擴散,具有這種功能的半透膜稱為反滲透膜,也稱RO(Reverse Osmoses)膜。
從反滲透過程的傳質(zhì)機理及模型來說,主要有三種學(xué)說:
一、 現(xiàn)象學(xué)模型
二、 溶解-擴散模型
三、 優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流模型
這些理論都不能獨自的解釋反滲透現(xiàn)象的原理。雖然人們還沒有揭示反滲透現(xiàn)象本質(zhì),但是卻不妨礙人們?nèi)ダ梅礉B透現(xiàn)象,研制出性能優(yōu)良的反滲透膜,為人類造福。
反滲透膜的一個特點就是,無法制造出的膜,即脫鹽率99%的膜,盡管它對無機鹽和分子量大于100的有機物的脫除率可以達(dá)到98%以上。目前可以制造出反滲透膜脫鹽率可達(dá)到99.9%.
反滲透技術(shù)基礎(chǔ)——衡量反滲透膜性能的主要指標(biāo)
1、 脫鹽率和透鹽率
脫鹽率——通過反滲透膜從系統(tǒng)進(jìn)水中去除可溶性雜質(zhì)濃度的百分比。
透鹽率——進(jìn)水中可溶性雜質(zhì)透過膜的百分比。
脫鹽率=(1–產(chǎn)水含鹽量/進(jìn)水含鹽量)×99%
透鹽率=99%–脫鹽率
膜元件的脫鹽率在其制造成形時就已確定,脫鹽率的高低取決于膜元件表面超薄脫鹽層的致密度,脫鹽層越致密脫鹽率越高,同時產(chǎn)水量越低。反滲透對不同物質(zhì)的脫鹽率主要由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和分子量決定,對高價離子及復(fù)雜單價離子的脫鹽率可以超過99%,對單價離子如:鈉離子、鉀離子、氯離子的脫鹽率稍低,但也超過了98%;對分子量大于100的有機物脫除率也可過到98%,但對分子量小于100的有機物脫除率較低。
2、 產(chǎn)水量(水通量)
產(chǎn)水量(水通量)——指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)能,即單位時間內(nèi)透過膜水量,通常用噸/小時或加侖/天來表示。
滲透流率——滲透流率也是表示反滲透膜元件產(chǎn)水量的重要指標(biāo)。指單位膜面積上透過液的流率,通常用加侖每平方英尺每天(GFD)表示。過高的滲透流率將導(dǎo)致垂直于膜表面的水流速加快,加劇膜污染。
3、 回收率
回收率——指膜系統(tǒng)中給水轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)水或透過液的百分比。膜系統(tǒng)的回收率在設(shè)計時就已經(jīng)確定,是基于預(yù)設(shè)的進(jìn)水水質(zhì)而定的。
回收率=(產(chǎn)水流量/進(jìn)水流量)×99%
反滲透技術(shù)基礎(chǔ)——影響反滲透膜性能的因素
1、 進(jìn)水壓力對反滲透膜的影響
進(jìn)水壓力本身并不會影響鹽透過量,但是進(jìn)水壓力升高使得驅(qū)動反滲透的凈壓力升高,使得產(chǎn)水量加大,同時鹽透過量幾乎不變,增加的產(chǎn)水量稀釋了透過膜的鹽分,降低了透鹽率,提高脫鹽率。當(dāng)進(jìn)水壓力超過一定值時,由于過高的回收率,加大了濃差極化,又會導(dǎo)致鹽透過量增加,抵消了增加的產(chǎn)水量,使得脫鹽率不再增加。
2、 進(jìn)水溫度對反滲透膜的影響
反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)對進(jìn)水水溫的變化十分敏感,隨著水溫的增加水對通量也線性的增加,進(jìn)水水溫每升高1℃,產(chǎn)水量就2.5%-3.0%;(以25℃為標(biāo)準(zhǔn))
3、 進(jìn)水PH值對反滲透膜的影響
進(jìn)水PH值對產(chǎn)水量幾乎沒有影響,面對脫鹽率有較大影響。PH值在7.5-8.5之間,脫鹽率達(dá)到。
4、 進(jìn)水鹽濃度對反滲透膜的影響
滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度的函數(shù),進(jìn)水含鹽量越高,濃度差也越大,透鹽率上升,從而導(dǎo)致脫鹽率下降。