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廊坊新淼源节能科技有限公司
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反渗透膜系统能耗目前，相对于其他传统的化工分离技术，反渗透膜技术在能耗方面仍然具有很大的优势，Madaeni等研究发现，在食品加工业中，与传统的蒸发工艺相比，通过反渗透膜浓缩果汁中糖分的能耗被大幅度的降低；除此之外，反渗透膜分离过程也避免了因为加热蒸发所导致的糖分损失。脱盐作为反渗透膜技术的传统应用领域，如何降低能耗一直备受关注。Zhu等研究了在低水回收率的条件下发展高通量的反渗透膜，他们发现这可以有效地降低反渗透苦咸水脱盐的制水成本。但与此同时，低水回收率又会导致预处理和盐水管理费用的增加。另一方面，海水淡化过程中，能耗成本远大于膜成本，所以提高膜通量的经济效益十分有限。因此，他们提出未来降低反渗透制水成本的首要驱动力不再是提高膜通量，而应该从提高膜的抗污染能力，降低原料预处理和盐水管理费用，改进控制计划，优化过程，以及利用可再生供能源降低生产成本等方面进行考虑。虽然提高反渗透系统能量利用效率是减轻反渗透大规模利用带来的能源压力的一个有效途径，但是从根本上解决这一问题则需要另辟蹊径，将可再生能源引入反渗透系统。目前，已经有人提出以太阳能、风能和水能等可再生能源作为反渗透系统的供能源，并且已经对实施这种构想的基本原则、装置设计、设备安装、数学模型计算以及经济可行性等方面做了分析。反渗透膜分离机理模拟由于实验技术方面的困难，通常人们很难从原子水平上搞清楚其微观结构，以及水分子和离子渗透过膜的机理，这就使得聚合物单体化学结构的选择或是聚合过程的优化变得有些盲目，所以有学者将分子动力学模拟的方法应用到了反渗透膜的研究中。Gao等的模拟结果表明了水分子和离子传导的自由能壁垒主要取决于孔口处的电负性以及孔内部的偶较。离子在较窄的孔道内会对水分子的传导起阻碍作用。而Harder等则通过一种新型的基于分子动力学的方法，模拟了间苯二胺和均苯**酰氯两种典型单体之间的界面聚合反应，以及水分子在所生成分离层中的渗透过程，后得出的扩散系数和渗透通量的理论值与实验结果具有相同的数量级。反渗透的影响因素反渗透膜的水通量和脱盐率是反渗透过程中关键的运行参数，这两个参数将受到压力、温度、回收率、给水含盐量、给水PH值因素的影响。1、进水压力进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，提高脱盐率。当进水压力**过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差较化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。2.、进水温度温度对反渗透的运行压力、脱盐率、压降影响为明显。温度上升，渗透性能增加，在一定水通量下要求的净推动力减少，因此实际运行压力降低。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加，盐透过量增加，直接表现为产品水电导率升高。温度对反渗透各段的压降也有一定的影响，温度升高，水的粘度降低，压降减少，对于 反渗透 膜的通道由于污堵而使湍流程度增强的装置，粘度对压降的影响更为明显。反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加，水通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水通量就增加2.5％～3.0％；其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降，这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。3、 进水pH值各种膜组件都有一个允许的pH值范围，进水pH值对产水量几乎没有影响；但是即使在允许范围内， PH值 对脱盐率 也 有较大影响，一方面pH值对产品水的电导率也有一定的影响，这是因为反渗透膜本身大都带有一些活性基团，pH值可以影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移，pH值对进水中杂质的形态有直接影响，如对可离解的**物，其截留率随pH值的降低而下降；另一方面由于水中溶解的CO2受pH值影响较大，pH值低时以气态CO 2 形式存在，容易透过反渗透膜，所以pH低时脱盐率也较低，随pH升高，气态CO 2 转化为HCO 3－ 和CO 3 2－ 离子，脱盐率也逐渐上升，pH在7.5～8.5 之 间 时 ，脱盐率达到。4、 进水盐浓度渗透压是水中所含盐分或**物浓度的函数，含盐量越高渗透压也增加，进水压力不变的情况下，净压力将减小，产水量降低。透盐率正比于反渗透膜正反两侧盐浓度差，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。对同一系统来说，给水含盐量不同，其运行压力和产品水电导率也有差别，给水含盐量每增加l00ppm，进水压力需 增加 约 0 .007MPa，同时由于浓度的增加，产品水电导率也相应的增加。5、 悬浮物水中的悬浮物就是指在水滤过的同时，在过滤材料表面残留下的物质，以粒子成分为主体。悬浮物含量高会导致反渗透和纳滤系统很快发生严重堵塞，影响系统的产水量和产水水质。6、回收率回收率对各段压降有很大的影响，在进水总流量保持一定的条件下，回收率增加，由于流经反渗透高压侧的浓水流量减少，总压降降低，回收率减少，总压降增大，实际运行表明，回收率即使变化很小，如1%，也会使总压差产生0.02MPa左右的变化。回收率对产品水电导率的影响取决于盐透过量和产品水量，一般说来，系统回收率增大，会增加浓水中的含盐量，并相应增加产品水的电导率。反渗透分离技术应用于各个行业，如饮用水处理、医疗卫生行业、工业废水、市政污水处理和海水淡化等等。和我们行业息息相关的就是透析水处理系统所用的反渗透。下面笔者就从四个方面浅谈一下透析反渗透膜的性能。01 反渗透膜历史1-1反渗膜的发现背景：1950年美国科学家DR.S.Sourirajan无意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，因为陆地上由肺呼吸的动物无法饮用高盐分海水。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，再经由压力作用将水分子贯穿渗透过薄膜转化为淡水，而含有杂质及高浓缩盐分的海水则吐出，此即RO反渗透膜法的基本理论构架。1-2 膜分离技术的发展史图1 膜分离技术发展史02 反渗透膜原理2-1 反渗膜产水原理反渗透膜工作原理，如图2：图2 半透膜原理相关名词：a、半透膜：理论上只允许溶剂透过而不允许溶质透过的膜b、渗透：渗透是指稀溶液中的溶剂（水分子）在渗透压的作用下透过半透膜进入浓溶液侧的溶剂（水分子）流动现象。c、反渗透：若在盐水一侧施加一个大于渗透压的压力时，纯水的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从盐水侧向纯水一侧流动，这一过程称为反渗透2-2 反渗透膜结构反渗膜片结构：支撑基料（无纺布）、 多孔聚砜层、分离层（芳香族聚酰胺材料）。膜元件（图3）：将反渗透膜片、集水格网、产水格网、产水中心管等用胶剂等组装在一起，实现进水与产水分开的反渗透过程的小单元称为膜元件。图3 反渗透膜的基本结构产水原理：集水在压力驱动下通过集水格道到达膜分离层的表面，产水渗透或穿过膜表面进入产水通道，收集到中心管内得到反渗水