全面解析反渗透内部结构及工作原理（上）

一、反渗透脱盐的原理

在一定的温度下，用一张易透水而难透盐的半透膜将淡水和盐水隔开〔如图（a）〕，淡水即透过半透膜向盐水方向移动，随着右室盐水侧液位升高，产生一定的压力，阻止左室淡水向盐水侧移动，达到平衡，如图（b）所示。此时的平衡压力称为溶液的渗透压，这种现象称为渗透现象。若在右室盐水侧施加一个超过渗透压的外压〔如图（c）〕，右室盐溶液中的水便透过半透膜向左室淡水中移动，使淡水从盐水中分离出来，此现象与渗透现象相反，称反渗透现象。

由此可知，反渗透脱盐的依据如下：

第 一、半透膜的选择透过性，即有选择地让水透过而不允许盐透过；

第 二、盐水室的外加压力大于盐水室与淡水室的渗透压力，提供了水从盐水室向淡水室移动的推动力。一些溶液的典型渗透压力见下表。

上述用于隔离淡水与盐水的半透膜称为反渗透膜。反渗透膜多用高分子材料制成，目前，用于火电厂的反渗透膜多为芳香聚酰胺复合材料制成。

RO（ReverseOsmosis）反渗透技术是利用压力差为动力的膜分离过滤技术，其孔径小至纳米级（1纳米=10-9米），在一定的压力下，H2O分子可以通过RO膜，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法透过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。

反渗膜的工作原理图如下：

二、反渗透膜的主要特性

1、膜分离的方向性和分离特性

实用性反渗透膜均为非对称膜，有表层和支撑层，它具有明显的方向性和选择性。所谓方向性就是将膜表面置于高压盐水中进行脱盐，压力升高膜的透水量、脱盐率也增高；而将膜的支撑层置于高压盐水中，压力升高脱盐率几乎为0，透水量却大大增加。由于膜具有这种方向性，应用时不能反向使用。

反渗透对水中离子和有机物的分离特性不尽相同，归纳起来大致有以下几点：

（1）有机物比无机物容易分离。

（2）电解质比非电解质容易分离。高电荷的电解质更容易分离，其去除率顺序一般如下：

Al3+>Fe3+>Ca2+>Na+PO43->SO42->Cl-

对于非电解质，分子越大越容易去除。

（3）无机离子的去除率与离子水合状态中的水合物及水合离子半径有关。水合离子半径越大，越容易被除去，去除率顺序如下：

Mg2+、Ca2+>Li+>Na+>K+；F->Cl->Br->NO3-

（4）对有机物的分离规律：

醛>醇>胺>酸，叔胺>仲胺>伯胺，柠檬酸>酒石酸>苹果酸>乳酸>醋酸；

（5）对异构体：

叔（tert-）>异（iso-）>仲（sec-）>原（pri-）

（6）有机物的钠盐分离性能好，而苯酚和苯酚的衍生物则显示了负分离。离解或非离解的有机溶质的水溶液，当它们进行膜分离时，溶质、溶剂和膜间的相互作用力，决定了膜的选择透过性，这些作用包括静电力、氢键结合力、疏水性和电子转移四种类型。

（7）一般溶质对膜的物理性质或传递性质影响都不大，只有酚或某些低分子量有机化合物会使醋酸纤维素在水溶液中膨胀，这些组分的存在，一般会使膜的水通量下降，有时还会下降的很多。

（8）硝酸盐、高氯酸盐、氰化物、硫代氰酸盐的脱除效果不如氯化物好，铵盐的脱除效果不如钠盐。

（9）而相对分子质量大于150的大多数组分，不管是电解质还是非电解质，都能很好脱除。

此外，反渗透膜对芳香烃、环烷烃、烷烃及氯化钠等的分离顺序是不同的。

在实际工作中，有许多工作是相互制约的。因此在理论指导的前提下，需进行试验验证，掌握物质的特性或规律，正确运用反渗透技术，这点是十分重要。

2、反渗透水处理装置

反渗透水处理装置是包括从保安过滤器的进口法兰至反渗透淡水出水法兰之间的整套单元设备。包含保安过滤器、高压泵、反渗透本体装置、电气、仪表及连接管线、电缆等可独立运行的装置。此外包含化学清洗装置和反渗透阻垢剂加药装置。

（1）保安过滤器

为保证反渗透本体的运行，即使有良好的预处理系统，仍需要设置过滤设备，起保障作用，故称之为保安过滤器。在反渗透系统中，保安过滤器不应作为一般运行过滤器使用，仅应作保安过滤使用，通常设在高压泵之前。保安过滤器有多种结构形式，常用如图3-5所示，滤元固定在隔板上，水自中部进入保安过滤器内，隔板下部出水室引出，杂质被阻留在滤元上。

反渗透水处理系统选择的过滤精度一般为5µm。这种滤元的优点是过滤精度高，制造方便，价格便宜，杂质不易穿透，但反洗和化学清洗效果不明显，只能一次性使用，当运行压差达到0.2MPa左右时需要更换滤元。