反渗透又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压,就可以使用大于渗透压的反渗透压力,即反渗透法,达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
中文名 反渗透 外文名 reverse osmosis 别 称 逆渗透 表达式 N=Kh(Δp-Δπ) 应用学科 物理化学 适用领域范围 海水、苦咸水的淡化;水的软化处理 机理模型 优先吸附毛细孔模型等
目录
1 定义
2 基本原理
3 水处理应用
4 研究进展
定义
反渗透又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力,当压力超过它的渗透压时,溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂,即渗透液;高压侧得到浓缩的溶液,即浓缩液。若用反渗透处理海水,在膜的低压侧得到淡水,在高压侧得到卤水。
反渗透时,溶剂的渗透速率即液流能量N为:
式中Kh为水力渗透系数,它随温度升高稍有;Δp为膜两侧的静压差;Δπ为膜两侧溶液的渗透压差。
稀溶液的渗透压π为:
式中i为溶质分子电离生成的离子数;C为溶质的摩尔浓度;R为摩尔气体常数;T为温度。
反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备,主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。
反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质,从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单,能耗低,近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水(见卤水)淡化、锅炉用水软化和废水处理,并与离子交换结合制取高纯水,其应用范围正在扩大,已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。
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。当进水压力超过一定值时,由于过高的回收率,加大了浓差极化,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有机物浓度的函数,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检验超标准。
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 。
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、、、有机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、 优先吸附—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、脂等有机物质,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,对水是优先的正吸附,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。
主要用途:
⒈制取电子工业生产如显像管玻壳、显像管、液晶显示器、线路板、计算机硬盘、集成电路?芯片、单晶硅半导体等工艺所需的纯水、高纯水;
⒉制取热力、火力发电锅炉,厂矿企业中、低压锅炉给水所需软化水、除盐纯水;
⒊制取工业所需的大输液、剂、药剂、生化制品纯水、无菌水及透析用纯水等;
⒋制取饮料(含酒类)行业的饮用纯净水、蒸馏水、矿泉水,酒类酿造水和勾兑用纯水;
⒌海水、苦咸水制取生活用水及饮用水;
⒍制取电镀工艺用去离子水;电池(蓄电池)生产工艺的纯水;汽车、家用电器、建材产品
表面涂装、清洗沌水;镀膜玻璃用纯水;纺织印染工艺所需的除硬除盐水;
⒎石油化工业如化工反应冷却水;化学药剂、化肥及精细化工、化妆品制造过程用工艺纯?水;
⒏宾馆、楼宇、社区机场房产物业的供水网络系统及游泳池水质净化;
⒐线路板、电镀、电子工业废水处理及回用;
⒑生活、、制革、印染、造纸工业废水及垃圾渗沥液的处理;
技术说明:反渗透(简称RO)是膜分离技术的一种,它依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂和溶质分离的特性工作。
“渗透”是一种物理的现象,逆渗透就是在含有盐及各种细微杂质的水中(即原水)施加比自然渗透的更大的压力,使水从浓度高的一方逆渗透浓度底的一方,而原水中绝大多数的杂质、有机物、重金属、、及其它有害物质等都经污水口排放掉。
反渗透设备特点及应用范围:
脱盐率高,又可以同时除去、及其它有机物,出水水质符合国标GBI7323-1998标准;
反渗透设备主件采用进口美国的复合膜元件及进口高压不锈钢泵,进水适应性、脱盐率和使用寿命等方面,与其它反渗透元件相比,具有特的优点;
设计压力:1.05~1.6Mpa,脱盐率:96~99%;
自动化程度高,运行稳定,故障率低且运行费用低等优点;
适用酒勾兑用水,罐头产品加工用水,瓶、桶装饮用水,各种饮料用水;
适用于电子、化工、电力、制药等行业用水的制备;