反滲透膜材質分析

反滲透膜是一種用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能在外加壓力作用下使水溶液某一些組分選擇性透過,從而達到淡化、淨化或濃縮分離的目的。

反滲透現象早在1748年就被法國Able Knelt所發現。利用與滲透相反的過程進行海水淡化的設想是美國Haussler在  1950年提出來的，但是隻有當1960年Loeb HE   Sourirajan2用醋酸纖維素做材料、研制成功高分離效率高透水量的反滲透膜以後，反滲透膜分離才可能變成為現實。膜被稱為反滲透過程的心髒，在一定意義上說，反滲透系統質量的優劣、水平的高低關鍵在于反滲透膜性能的好壞，醋酸纖維素反滲透膜是用于水脫鹽的，但是，随着各種類型反滲透膜的開發和膜性能的不斷提高，發滲透膜分離已不僅包括水處理領域，即水的脫鹽、純水制備、水的再利用和廢水回收，也包括食品加工、生物學和生物醫藥的研究。

一、反滲透膜性能要求和指标

為适應水處理應用的需要，反滲透膜具有應用上的可靠性和形成規模的經濟性，其一般要求如下

1、對水的滲透性要大，脫鹽率要高。

2、具有一定的強度和堅實程度，不緻因水的壓力和拉力影響變形、破裂。膜的被壓實性盡可能小，水通量衰減小，保證穩定的産水量。

3、結構要勻稱，能制成所需要的結構。

4、能适應較大的壓力、溫度和水質的變化。

5、具有好的耐溫、耐酸堿、耐氧化、耐水解和耐生物污染侵蝕性能。

6、使用壽命要長。

7、成本要低。

二、反滲透膜的材質是什麼？

常見的反滲透膜材料有兩大類。

1、醋酸纖維素膜元件

 一般用纖維素經酯化生成三醋酸纖維，再經二次水解成混合一、二、三醋酸纖維。

影響膜的脫鹽率與産水量的因素是乙酰含量高則脫鹽率高，但産水量少。

醋酸纖維素膜本質上的弱點是，随時間的推移，酯基官能團将水解，同時脫鹽率逐漸下降而流量增加，随着水解作用的加強，膜更易受到微生物侵襲，同時膜本身也将失去它的功能和完整性。

2、複合膜元件

複合膜的主要支持結構是經砑光機砑光後的聚酯無紡織物，其表面無松散纖維并且堅硬光滑，由于聚酯無紡織物非常不規則并且太疏松，不适合作為鹽屏障層的底層，因而将微孔工程塑料聚砜澆注在非紡織物表面上，聚砜層表面的孔控制在大約15nm，屏障層采用高交聯度的芳香聚酰胺，厚度大約在0.2um。高交聯度芳香聚酰胺由苯三酰氯和苯二胺聚合而成。

複合膜與醋酸纖維素膜相比有以下優點：

（1）化學穩定性好。

醋酸纖維素膜不可避免地會發生水解，醋酸纖維素膜連續運行允許的pH值範圍為4～6，清洗時允許是pH值範圍為3～7，pH值為5.7時水解速度慢，這就導緻預處理時加酸來量大，清洗時可選用的藥品範圍窄，不易獲得滿意的清洗效果，複合膜連續運行允許的pH值範圍一般為2～11，清洗時允許的pH值範圍一般為1～12。

（2）生物穩定性好。

複合膜不易受微生物侵襲，而醋酸纖維素膜易受微生物侵襲。

（3）複合膜的傳輸性能好，即Kw大而Ks小。

（4）複合膜在運行中不會被壓緊，因此産水量不随使用時間而改變，而醋酸纖維素膜在運行中會被壓緊，因而産水量不斷下降。

（5）複合膜的脫鹽率基本不随使用時間而改變，而醋酸纖維素膜由于不可避免的水解，脫鹽率會不斷下降。

（6）複合膜由于Kw大，其工作壓力低，反滲透給水泵用電量與醋酸纖維素膜相比減少了一半以上。

（7）醋酸纖維素膜的壽命一般僅3年，而複合膜有些已使用5年或者8年，性能仍完好如初。複合膜的缺點是抗氧化性較差。

三、反滲透膜的影響因素

1、進水壓力對RO膜元件的影響

進水壓力本身并不會影響鹽透過量，但是進水壓力升高使得驅動反滲透的淨壓力升高，使得産水量加大，同時鹽透過量幾乎不變，增加的産水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高脫鹽率，當進水壓力超過一定值時，由于過高的回收率，加大了濃差化，又會導緻鹽透過量增加，抵消了增加的産水量，使得脫鹽率不再增加。

2、進水溫度對RO膜元件的影響

RO膜元件産水電導對進水水溫的變化十分敏感，随着水溫增加水對通量也線性的增加，進水水溫每升高1℃，産水量就增加百分之三；（以25℃為标準）。

3、進水PH值對反滲透膜的影響

進水PH值對産水量幾乎沒有影響，而對脫鹽率有較大影響。PH值在7.5-8.5之間，脫鹽率達到上限。

4、進水鹽濃度對RO膜元件的影響

滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度的函數，進水含鹽量越高，濃度差也越大，透鹽率上升，從而導緻脫鹽率下降。

四、反滲透膜脫鹽率下降過快的原因分析

1、高壓差導緻脫鹽率下降

（1）壓差升高同時往往伴随着脫鹽率快速下降，在正常的流量下，壓差的上升通常是由于膜元件水流量通道的隔網進入雜質，污染物質和水垢引起的，導緻産水流量的下降；

（2）當超過設定的給水流量時，也會發生過大的壓差，當啟動時給水壓力提升過快，發生水錘壓差會很大，如果膜已經被污染，特别是微生物污染，壓差也會變大；

（3）給水至濃水間的壓差表示的是水力阻力，與給水的流速、溫度有關，應該保持産水和濃水有一定的流速，出現高壓差的可能性有：水垢、微生物污染、阻垢劑沉澱、過濾器過濾介質漏、給水/濃水密封損壞。

2、在線化學清洗不合理導緻脫鹽率下降

超純水設備在運行中是不可避免被污染。預處理和添加各種要種藥劑隻能将反滲透被污染的可能性降到下限，而不能杜絕。因此，長期運行的反滲透系統在經過一定時間的運行後，要充分論證和确認是哪一種污染物。針對聚酰胺膜的特點，可以根據相應的污垢選取适當的清洗劑：

（1）鹽酸配制成稀溶液，去除金屬氧化物質；

（2）氫氧化鈉，配制成稀溶液，去除二氧化矽、微生物膜、有機物等，pH約為12，作用是對有機微生物粘膜的水解破壞而剝離，對于二氧化矽膠體垢，形成的矽酸鈉為可溶性，從而除垢；

（3）乙二胺四乙酸四鈉，作為螯合劑廣泛應用于工業清洗；

（4）十二烷基磺酸鈉，屬陰離子表面活性劑，目的是分散在溶液中的有機化合物，可使溶液的表面張力降低，引起正吸附，這樣可使溶液表面溶質分子的的濃度大于溶液内部溶質分子的濃度，十二烷基磺酸鈉是反滲透清洗是主要的表面活性劑；

（5）甲醛，甲醛對細菌、真菌、病毒、芽胞及原蟲等皆有很強的殺滅力。

3、餘氯的控制差導緻脫鹽率下降

（1）次氯酸鈉作為殺菌劑，廣泛應用于純水設備預處理中，在反滲透系統中，為防止反滲透的微生物污染，對反滲透進水要進行氯化處理；

（2）用比色計測定餘氯，控制餘氯的質量濃度在砂過濾器進口處一般為0.5mg/L，不小于0.3mg/L，在反滲透前保安過濾器處應小于0.1mg/L，而聚酰胺類膜的突出問題是防止其被氧化；

（3）進水餘氯值和強氧化均對其造成不利的影響，要嚴格控制，因而定期檢測反滲透進水的餘氯值非常重要。