第二节
一、关于渗透、反渗透的相关概念
、渗透(osmosis)
反渗透膜法海水淡化技术
是指水分子以及溶剂通过半透性膜的扩散。水的扩散同样是从自由能高的地方向自由能 低的地方移动，如果考虑到溶质的话，水是从溶质浓度低的地方向溶质浓度
高的地方流动。
更准确一点说，是从蒸汽压高的地方扩散到蒸汽压低的地方。 被半透膜所隔开的 象，
2
种液体,当处于相同的压强时纯溶剂通过半透膜而进入溶液的现
称参透。参透作用不仅发生于纯溶剂和溶液之间，而且还可以在同种不同浓度溶液之间发生， 低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度的溶液中。砂糖，食盐等结晶体之
水溶液，易通过半透
膜，而糊状，胶状等非结晶体则不能通过。
、反渗透
当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水 侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐
水侧施加压力， 那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净流量等 于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆
转，此时，盐水中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透（RO）处理的基本原理。
RO（Reverse Osmosis ）反渗透技术是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术，源于美 国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，目前已广泛运用于科研、医药、 食品、饮料、海水淡化等领域。 RO 下，
反渗透膜孔径小至纳米级（1 H2O 分子可以通过
纳米 =10-9 米），在一定的压力
RO 膜，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过 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。
一般性的自来水经过 RO 膜过滤后的纯水电导率 5μs/cm （RO 膜过滤后出水电导=进水
电导 除盐率，一般进口反渗透膜脱盐率都能达到 99%以上，5
97%以上。
年内运行能保证2 ,
级反渗透，
对出水电导要求比较高的，可以采用 再经过简单的处理，水电导能小于 1μs/cm）
18.2M .cm，超过国家实验室一级用水标准（GB 6682 —92）。
符合国家实验室三级用水标准。再经过原子级离子交换柱循环过滤，出水电阻率可以达到
目前的主要困难是研制价格便宜、稳定、长期受压无损的反渗透膜 。中国从
世纪初
21
开始掌握自主反渗透膜生产技术，在国家的大力支持下，将该计划列入国家计委高新技术产 业化重点发展专项计划，由国家海洋局下的杭州水处理研究开发中心的
子公司——杭州北斗
星膜制品有限公司承担并研发成功。目前反渗透膜市场 膜，国产膜只占据了 5%
95％为进口
左右的市场，中国的反渗透技术还有很长的路要走。 二、反渗透膜法海水淡化技术的发展历程
海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在 50 年代，为解决“水的危机”，美国
52年起专设盐水局， 74 年后转为资源技术局，不断推进水资源和脱盐的技
1953 年据膜和
术进步，其中
反渗透法海水淡化（SWRO）就是
海水界面有一纯水层而提出的；73 年日本 化的发展，它们也都以膜法为重点。经过近 和产业化，SWRO 自 70 代进入海水淡化市场之后，发展十分迅速。RO 件已相当成熟，组件脱盐率可高达 99.5％以上，有约 来，功交换器和压
20
通产省下设造水促进中心，专门研究节能的脱盐技术，欧洲则在尤里卡等计划下推动海水淡
50 年的研究、开发年
用膜和组
年的经验积累， SWRO 工艺过程也逐渐成熟，近年
90%以上
[3]
，从而使 SWRO 的本淡水以下，成为从海水制取SWRO 的竞争力。
以投资最低，能耗最省，成本最低，建造周期
所以能如此成功，与其在膜、组器、设备和工艺等方面的
力交换器的开发成功使能量回收效率都高达 体能耗在
3kWh/m3
引用水最廉价的方法，进一步增强了
近几年来，在国际海水淡化招标中， SWRO 短等优势而屡屡中标。 SWRO 创
新性开拓是分不开的。
三、反渗透膜法海水淡化技术的主要创新进展
（一）反渗透膜的进步
在反渗透膜发展的历史中，不对称膜和复合股的研发是创新的两个范例。
不对称膜 Loeb 酸纤维素
和 Sotrirajan 于 1960
年制得了世界上第一高股盐率，高通量，不对称醋
lmrn
厚），传质速度
CA）反渗透膜，其创新在于，以往的膜皆为均相致密膜（约 0．
极底，
无实用价值，而不对称膜仅表皮层是致密的（约 0.2m 厚）就这一点，是传质速度提高了近 个数量级，表1 给出了 1968 年研制的 CA－CTA 膜的性能。目前通用的CA 反渗透膜多用
于表面水处理，表 2 给出了其基本的膜性能。
复合膜
不对称膜在高压下中间过渡层有压密现象，使水通量下降，为此在1963年提出了复合膜的概念，其创新点在子膜的脱盐层和支撑层分别由优选的材料来制备，如脱盐层（约0.2m厚）是芳香族聚酰胺，支撑层是聚砜，这是膜的性能进一步提高，表3给出了复合膜的典型性能。
2、膜组器技术的不断发展
反渗透膜组器技术的创新，伸膜的性能得以充分的发挥，这里特别提出的是中空纤维反渗透器和卷式反渗透元件。
中空纤维反渗透器
经过多年的研究开发，1970年美国 DuPont 公司推出B－9型苦咸水脱盐用中空纤维反渗透器，作为重大化工进展而获得1971年美国化工学会奖。其特点是：一支直径4英寸的反渗透器可内含90万条φ084μm，φ142μm的中空纤维，表面积达150m2，在2.6MPa下苦咸水脱盐可达8m3/d以上。
卷式反渗透元件
同样地，自1964年提出卷式元件概念，经十多年的多次更新换代，卷式元件也于1970年代中商品化，其构思是数个膜对绕中心多孔产品水管卷起来，呈筒状，其中，膜对是由两张膜（脱盐层向外）和置于中间的产水流道布组成，除靠中心多孔产品水管的一边外，其他三边都用粘合剂密封；使用时，将其放入压力容器中，这一构型使膜片的使用和生产（特别是复合膜）得以急剧扩展。
目前广泛使用的组件就是上述的这两种，中空纤维组件堆砌密度达10000m2/m3，卷式元件的达1000m2/m3，虽然后者堆砌密度低些，但对进水预处理的要求不像中空纤维组件那么严。目前广泛应用的中空纤维组件有DuPont 公司的芳族聚酸胺的（如B－10 型6845TR，产水量约26m3／d）和日本东洋纺的三醋酸纤维素的（如 HR8355，产水量约 12m3／d）。卷式元件多由美、日的数家公司生产如美国的Filmtec 和Hydranautics，日本的Nitto和Toray等，现多用复合膜制作，且以直径为8英寸的居多（一般产水量约20m3／d）。
3、关键设备的不断改进
与此同时，膜脱盐用的关键设备，如高压泵和能量回收装置也得到快速的发展。除高压 泵的品种和型号不断增多，容量不断增大，以及效率不断提高之外，特别应提及的是能量回收装置，反渗透海水淡化所以能成为有竞争力的过程，能量回收装置的作用功不可没。
第一代能量回收装置是与高压泵电机主轴相连的涡轮机，用脱盐后的高压浓海水冲击来回收能量，效率约50％；第二代产品是水力涡轮增压器，其优点是不必与泵的主轴相连，安装方面，效率也在50％左右；第三代产品为功或压力交换器，互接将压力由浓海水传给新进的海水，效率大于90％，这样反渗透海水淡化的本体耗电降到3kwh／m3以上。
工艺过程的持续开发
据反渗透膜和组器技术的进步，SWRO 工艺也不断地发展，主要工艺过程如下：
二级海水淡化工艺 1970年代商用RO膜脱盐率仅在95 一98％时，为了从海水中制取饮用水而采用此工艺，第一级的产水（约 2000mg/L）,再经第二级进一步淡化为饮用水，第二级的浓水返回第一级作为部分进水，显然该过程能耗是高的，约10kwh/rn3以上。
一级海水淡化工艺 1970年代末，特别是1980年代中期以后，RO膜的脱盐率达99.2%以上，这为一级SWRO创造了条件。海水经一级RO后，产水即为饮用水（300－400mg/1），水回收率30—35%。
高压一级海水淡化工艺这是近年来，为了进一步提高回收率而提出的新工艺之一。通常一级SWRO的操作压力在 5.5MPa，而若提高到8.4 MPa下操作，则可达60％的回收率，这样海水预处理省了，试剂用量少了，能耗也低了，新建的SWRO厂可采用该工艺。
高效两段法这也是提高回收率的新工艺，这是一级两段工艺的改进，在两段间设增压部 分，第一段的浓海水经增压和最终的能量回收部分相结合进入第二段，这也可使回收率达60％。该工艺不仅适合于新建的研件SWRO厂，且可将以前的一级SWRO厂增设第二段，变其产量增加一半。
另外沙特海水转化公司的研发中心提出纳滤（NF）－RO）一蒸馏的新工艺；也有人提出利用深海的静压力进行SWRO淡化，相似地，上海一环境公司提出用人造水柱的静压力进行SWRO淡化等。
四、反渗透膜法海水淡化技术的进一步发展
、RO 脱盐技术
除SWRO淡化，解决沿海地区和岛屿用水紧张状况之外，RO广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备，并成为最经济的工艺过程。其中，纯水和超纯水的制备约占RO市场70—80％，涉及电子、电力、化工、石化、医药、饮料、食品、冶金等各行业；苦咸水淡化将在西部大开发中进一步发挥作用。
RO 预浓缩技术
在膜下游获得淡水的同时，上游料液被浓缩，由于渗透压的限制，将无机盐和小分子物质浓缩到10％左右是经济的，这已在化工、医药、食品和中草药等领域得以应用，在环保方面，