反渗透技术是目前应用较为广泛的一类水处理技术。在对反渗透分离原理讨论的基础上,对反渗透技术的现状和研究进行了总结,并以锅炉供水系统为例进行系统的讨论。并提出反渗透系统安全运行影响因素以及反渗透技术新的发展方向。
反渗透技术在美国、日本的研究应用较早,我国的研究始于1966年,近年来已得到广泛应用。反渗透技术最初只用于海水淡化,后来逐步扩大到苦咸水淡化、食品加工、医药卫生、饮料净化、超纯水制备等方面,产生了很高的经济效益。
1 反渗透分离原理
用一张半透膜将稀溶液(如纯水)与浓溶液(如盐水)隔开,稀溶液会向浓溶液渗透并保持相应的渗透压,此现象称为渗透。如果在浓溶液处施加大于渗透压的压力,则浓溶液会向稀溶液一侧渗透,此现象称为反渗透。一般反渗透膜微孔尺寸在1OA左右,操作压力为1.0-10.0MPa,切割分子量小于500,能截留盐或小分子量有机物,可使水中离子的含量降低96%-99%。反渗透的去除性能一般有
如下规律:
(1)高价离子去除率大于低价离子A13+>Fe3+>Mg2+>Ca2+>Li+
(2)去除有机物的特性受分子构造与膜亲和性影响
分子量:高分子量>低分子量
亲和性:醛类>酸类>胺类
侧链结构:第三级>异位>第二级>第一级
(3)对分子量>300的电解质、非电解质都可有效的除去,其中分子量在100-300之间的去除率为90%以上。
2 膜污染
近年来,反渗透以其操作简单、可靠性高、不产生二次污染等特点而得到了广泛的应用。然而反渗透经长期运行,在膜上浓水侧会积累胶体、金属氧化物、细菌、有机物、水垢等物质,造成膜污染,引起系统脱盐率下降,出水量降低,压差增大等问题。因此,当反渗透性能下降到一定程度时,就应对膜进行及时有效地清洗,避免造成严重膜污染而难以恢复系统是否需要清洗可根据产水量、脱盐率、压差变化来判断。
3 反渗透技术应用实践
20世纪末,反渗透水处理的市场份额以每年18%的速度增长,它与许多高科技产品一样,技术含量高,科技附加值高,易操作,使用方法易掌握。反渗透用途几乎涵盖了所有工业部门,广泛应用于电力、化工、石油、饮料、制药、电子、冶金等行业。包括水的脱盐,由苦咸水和海水制取饮用水,辅助处理过程的净化,高纯漂洗水的生产,化学制造业所接触的水,食品和饮料的生产,工业污水的净化等。不同行业所处理的水质情况不同。在反渗透的使用中,必须重视反渗透装置的长期安全经济运行,其经济可行性很大程度上取决于其能达到的最高透过速率和膜寿命。在反渗透运行过程中,当系统设计合理的情况下,并排除设备机械损坏(如O形环的损坏)等因素,由于水质千差万别,若运行控制不当,必然会导致膜的污染,严重的会导致整个反渗透装置的报废,会造成巨大的经济损失。应对不同水质的实际情况设计出合理的反渗透系统,掌握正确的反渗透操作方法和运行技术,以保证反渗透设备的安全经济运行。
1、反渗透设备简介
反渗透设备是膜法水处理设备的一种，反渗透技术简介 反渗透技术简是当前制备纯水及高纯水时应用最广的一种设备。在膜设备当中，反渗透膜可去除离子级杂质，使出水达到纯水及高纯水的标准。反渗透膜的膜孔径非常小（仅为10A左右），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％）。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。
2、反渗透原理
反渗透是与渗透相对应的概念，即在浓液一侧加上比自然渗透压更高的压力，使浓液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边稀溶液中，这一过程和与自然界正常渗透过程是相反的。因此，它能够将水中的杂质拦截在膜的一侧，而让水到膜的另一侧，从而制得纯水及高纯水。
反渗透设施生产纯水的关键有两个，一是一个有选择性的膜，我们称之为半透膜，二是一定的压力。 简单地说，反渗透半透膜上有众多的孔，这些孔的大小与水分子的大小相当，由于细菌、病毒、大部分有机污染物及水合离子均比水分子大得多，因此不能透过反渗透半透膜而与透过反渗透膜的水相分离。
3、反渗透的除盐特性
在水中众多种杂质中,溶解性盐类是最难清除的，因此，经常根据除盐率的高低来确定反渗透的净水效果，反渗透除盐率的高低主要决定于反渗透半透膜的选择性。目前，较高选择性的反渗透膜元件除盐率可以高达99.7%。反渗透膜的除盐分离特性如下：
有机物比无机物易分离；
电解质比非电解质易分离。对电解质来说，电荷高的分离性好。几种常见离子的去除率大小顺序为：Al3+>Mg2+>Ca2+>Na+；PO43->SO42->CL-；
无机离子的去除率受该离子的水合离子数及水合离子半径的影响，水合离子半径越大的离子（一般离子半径小的离子，其水合离子半径大），越易被去除。某些阳离子的去除率大小顺序为：Mg2+，Ca2+>Li+>Na+>K+，阴离子的顺序为：F->Cl->Br->NO3-。硝酸盐、高锰酸盐、氰化物及硫氢化物不如氯离子容易去除。铵盐的去除率比钠离子低；
对非电解质来说，分子愈大的愈易去除；
气体容易透过膜。氨、氯、碳酸气、硫化氢、氧等气体的去除率很低。可使其转换成离子进行去除；
对弱酸的去除率低，如硼酸、有机酸。在有机化合物中，去除率大小顺序为：柠檬酸>酒石酸>乙酸，乙醛>乙醇>胺>酸。
4、应用范围
近30年来，反渗透、电渗析，超过滤和膜过滤已进入工业应用，发展很快，反渗透作为膜过滤法的一种，一般用于所有需制备纯水及高纯水的行业，主要包括：
电子、医药、食品等工业中纯水、超纯水的制备；
轻纺、化工用水的净化与制备；
食品饮料用水、酿酒工艺用水的净化与制备；
工业生产中对水溶液进行有用物质和浓缩与回收；
电厂等企业高压锅炉补给水的预脱盐处理；
苦咸水和海水的脱盐淡化；
作为高纯水生产的一级除盐设备。
