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若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时,溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反,开始从浓溶液向稀溶液一侧流动,这一过程称为反渗透。 反渗透是渗透的一种反向迁移运动,是一种在压力驱动下,借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法,它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩,其中普遍的应用实例便是在水处理工艺中,用反渗透技术将原水中的无机离子、、、**物及胶体等杂质去除,以获得高质量的纯净水。
技术基础
渗透膜早已存在于自然界中,但直到1748年,Nollet发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内,人类才发现了渗透现象。
自然的渗透过程中,溶剂通过渗透膜从低浓度向高浓度部分扩散;而反渗透是指在外界压力作用下,浓溶液中的溶剂透过膜向稀溶液中扩散,具有这种功能的半透膜称为反渗透膜,也称RO(Reverse Osmoses)膜。
世界上从反渗透过程的传质机理及模型来说,主要有三种学说:
1、溶解-扩散模型
Lonsdale等人提出解释反渗透现象的溶解-扩散模型。他将反渗透的活性表面皮层看作为致密无孔的膜,并假设溶质和溶剂都能溶于均质的非多孔膜表面层内,各自在浓度或压力造成的化学势推动下扩散通过膜。溶解度的差异及溶质和溶剂在膜相中扩散性的差异影响着他们通过膜的能量大小。其具体过程分为:步,溶质和溶剂在膜的料液侧表面外吸附和溶解;第二步,溶质和溶剂之间没有相互作用,他们在各自化学位差的推动下以分子扩散方式通过反渗透膜的活性层;第三步,溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。
在以上溶质和溶剂透过膜的过程中,一般假设步、第三步进行的很快,此时透过速率取决于第二步,即溶质和溶剂在化学位差的推动下以分子扩散方式通过膜。由于膜的选择性,使气体混合物或液体混合物得以分离。而物质的渗透能力,不仅取决于扩散系数,并且决定于其在膜中的溶解度。
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。
2、 **吸附—毛细孔流理论
当液体中溶有不同种类物质时,其表面张力将发生不同的变化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等**物质,可使其表面张力减小,但溶入某些无机盐类,反而使其表面张力稍有增加,这是因为溶质的分散是不均匀的,即溶质在溶液表面层中的浓度和溶液内部浓度不同,这就是溶液的表面吸附现象。当水溶液与高分子多孔膜接触时,若膜的化学性质使膜对溶质负吸附,对水是**的正吸附,则在膜与溶液界面上将形成一层被膜吸附的一定厚度的纯水层。它在外压作用下,将通过膜表面的毛细孔,从而可获取纯水。
反渗透技术通常用于海水、苦咸水的淡水;水的软化处理;废水处理以及食品、工业、化学工业的提纯、浓缩、分离等方面。此外,反渗透技术应用于预除盐处理也取得较好的效果,能够使离子交换树脂的负荷减轻松90%以上,树脂的再生剂用量也可减少90%。因此,不仅节约费用,而且还有利于环境保护。反渗透技术还可用于除于水中的微粒、**物质、胶体物,对减轻离子交换树脂的污染,延长使用寿命都有着良好的作用。
渗透反渗透对比
基本原理
把相同体积的稀溶液(如淡水)和浓液(如海水或盐水)分别置于一容器的两侧,中间用半透膜阻隔,稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜,向浓溶液侧流动,浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度,形成一个压力差,达到渗透平衡状态,此种压力差即为渗透压,渗透压的大小决定于浓液的种类,浓度和温度,与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时,浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动,此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反,这一过程称为反渗透。
溶解-扩散模型
Lonsdale等人提出解释反渗透现象的溶解-扩散模型。他将反渗透的活性表面皮层看作为致密无孔的膜,并假设溶质和溶剂都能溶于均质的非多孔膜表面层内,各自在浓度或压力造成的化学势推动下扩散通过膜。溶解度的差异及溶质和溶剂在膜相中扩散性的差异影响着他们通过膜的能量大小。其具体过程分为:步,溶质和溶剂在膜的料液侧表面外吸附和溶解;第二步,溶质和溶剂之间没有相互作用,他们在各自化学位差的推动下以分子扩散方式通过反渗透膜的活性层;第三步,溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。
在以上溶质和溶剂透过膜的过程中,一般假设步、第三步进行的很快,此时透过速率取决于第二步,即溶质和溶剂在化学位差的推动下以分子扩散方式通过膜。由于膜的选择性,使气体混合物或液体混合物得以分离。而物质的渗透能力,不仅取决于扩散系数,并且决定于其在膜中的溶解度。
二手反渗透:
1、进水压力对反渗透膜的影响
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、进水温度对反渗透膜的影响
反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感,随着水温的增加水对通量也线性的增加,进水水温每升高1℃,产水量就提升2.5%-3.0%;(以25℃为标准)。
3、进水PH值对反渗透膜的影响
进水PH值对产水量几乎没有影响,面对脱盐率有较大影响。PH值在7.5-8.5之间,脱盐率达到高。
4、进水盐浓度对反渗透膜的影响
渗透压是水中所含盐分或**物浓度的函数,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。
在水处理方面使用反渗透技术在全世界的公认度:
1、Harvard美国哈佛大学院检验合格。
2、美国国家卫生试验所检验标准。
National Sanitation Foundation Testing Laboratory Seal
3、美国LOMA LINDA大学院检验合格。
4、美国加州ORANGE COUNTY自来水奖赏。
5、Dr.T.C.McDANIEL美国学会推荐。
6、Wcts检验合格。
7、CCEL检验**标准。
8、NASA美国太空总署采用航天飞机装备。
9、Coca cola(可口可乐)公司采用。
10、美国海军采用使海水变淡水。
中国指出:反渗透技术在未来20年内将是有效、关键的水处理方式。这就是说纯水机的诞生无疑是饮用水市场发展的必然规律 。
设备简介
反渗透设备是将原水经过精细过滤器、颗粒活性碳过滤器、压缩活性碳过滤器等,再通过泵加压,利用孔径为1/10000μm(相当于大肠大小的1/6000,的1/300)的反渗透膜(RO膜),使较高浓度的水变为低浓度水,同时将工业污染物、重金属、、等大量混入水中的杂质全部隔离,从而达到饮用规定的理化指标及卫生标准,产出至清至纯的水,是人体及时补充水分的佳选择.由于RO反渗透技术生产的水纯净度是目前人类掌握的一切制水技术中高的,洁净度几乎达到,所以人们称这种产水机器为反渗透纯净水机。
反渗透是一种现代新型的纯净水处理技术。通过反渗透元件来提高水质的纯净度,清除水中含有的杂质和盐。我们日常所饮用的纯净水都是经过反渗透设备处理的,水质清澈。
世界上早使用反渗透技术的国家是美国,发明了以动力差为动力的膜分离技术。随着该技术的推广,我国开始使用反渗透技术。市场上的纯净水设备都是采用的反渗透膜处理技术,并且在我国经过了一定的改良和设计创新。技术已经非常成熟。
反渗透纯净水设备中设计了一种反渗透膜。膜两侧的压力不同,通过两侧的压力为动力,压迫原水通过反渗透膜,盐的浓度低的会向浓度高的盐方向渗透,能够达到的平衡状态下,就是液体的渗透压。当含有的盐水一侧的压力对于另一侧的渗透压力时候,就会发生反方向的流动,就产生了反渗透过程。
反渗透纯净水设备都是采用了这种技术,采用了自动供水和断水的智能化控制,这就是纯净水设备。
反洗工艺简介
反渗透设备因为一些产品使用的材料强度不够及其耐侵蚀性差,造成横轴断裂等设备故障,并且膜的种类不同对进水水质要求也有所不同。膜两侧有一个压力差,如水处理设备中应用广泛的格栅除污机,因为一些产品使用的材料强度不够及其耐侵蚀性差,反渗透设备造成横轴断裂等设备故障,还不包括因为维修影响运行造成的损失,严重影响了环境保护投资效益,还会使反渗透膜表面较易结垢,采用反渗透膜壳可以有效的保护膜元件。
由来
1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意发现海鸥在海上飞行时从海面啜起口海水,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是无法饮用高盐份的海水的.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份的海水则吐出嘴外,此即往后反渗透法的基本理论架构;并在1953年由University of Florida应用于海水淡化去除盐份设备,在1960年经美国联邦专案支助美国U.C.L.A大学院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士着手研究反渗透膜,一年约投入四亿美元经费研究,以运用于太空人使用,使太空船不用运载大量的饮用水升空,直到1960年投入研究工作的学者、越来越多,使之质与量更加精进,从而解决了人类饮用水中的难题.