【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由于操作壓力和溫度對(duì)膜的持續(xù)作用，會(huì)使膜產(chǎn)生一系列的物理變化，比如孔隙率變小，水的透量變低，透水率的變化通常存在下列關(guān)系 : 式中 Fw1， Fwt分別為第 1， 第 t小時(shí)后的透水率 。 t為操作時(shí)間 。 m即為壓密系數(shù)，亦稱壓實(shí)斜率。 (412) )l o g ()l o g ( 1 imFFwiw ?? m是可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出的，是描述膜壽命的參數(shù)之一， m越小，膜的壽命越長(zhǎng)。對(duì)于反滲透過(guò)程， m值一般應(yīng)小于 。 操作參數(shù)對(duì)反滲透過(guò)程分離性能的影響 操作過(guò)程的參數(shù)如原料液溫度、壓力及水的回收率都會(huì)對(duì)最終的分離性能即膜的透量、產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響，歸納如圖 47。 反滲透過(guò)程的膜與膜組件 膜和膜組件是完成反滲透過(guò)程的決定因素，為了使反滲透過(guò)程產(chǎn)量大、能耗低，則必須滿足下列條件： 1. 膜應(yīng)具有大的透水率，小的透鹽率； 2. 膜必須盡量薄，且缺陷盡量少； 3. 水透過(guò)膜的阻力損失?。? 4. 單位體積的膜組件提供較大的膜面積。 反滲透過(guò)程中使用的膜可以是非對(duì)稱的、均質(zhì)的，或者使用復(fù)合膜、動(dòng)態(tài)形成膜 . 主要的膜材料是醋酸纖維素 (CA)、 芳香聚酰胺、高分子電解質(zhì)等。 反滲透過(guò)程中使用的膜組件可以是板框式的、管式的、螺旋卷式的， 也可以是中空纖維式的。工業(yè)生產(chǎn)中主要使用后兩種，但前兩種也有各自的優(yōu)點(diǎn)，仍在一定場(chǎng)合下使用。表 42， 43 對(duì)以上四種分離器的優(yōu)缺點(diǎn)及性能參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比。后兩種膜組件 1988年的銷售額見(jiàn)表 44， 但近年來(lái)， 中空纖維式反滲透分離器的增長(zhǎng)速度最快。 表 42 各種反滲透膜組件優(yōu)缺點(diǎn)的比較 類型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 使用狀況 板框式 結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、牢固、能承受高壓； 可使用強(qiáng)度較高的平板膜； 性能穩(wěn)定，工藝簡(jiǎn)便。 裝置成本高，流動(dòng)狀態(tài)不良，濃差計(jì)劃嚴(yán)重； 易堵塞，不易清洗，膜的堆積密度較小。 適于小容量規(guī)模； 已商業(yè)化。 管式 膜容易清洗和更換； 原水流動(dòng)狀態(tài)好，壓力損失較小，耐較高壓力； 能處理含有懸浮物的、黏度高的，或者能析出固體等易堵塞流水通道的溶液體系。 裝置成本高； 管口密封較困難； 膜的堆積密度小。 適于中小容量規(guī)模； 已商業(yè)化。 螺旋卷式 膜堆積密度大，結(jié)構(gòu)緊湊； 可使用強(qiáng)度好的平板膜； 價(jià)格低廉。 制作工藝和技術(shù)較復(fù)雜，密封較困難； 易堵塞，不易清洗； 不宜在高壓下操作。 適于大容量規(guī)模； 已商業(yè)化。 中空纖維式 膜的堆積密度大； 不需外加支撐材料； 濃差極化可忽略； 價(jià)格低廉。 制作工藝和技術(shù)較復(fù)雜； 易堵塞，不易清洗； 適于大容量規(guī)模； 已商業(yè)化。 表 43 各種反滲透膜組件性能的比較 類型 膜堆積密度 (m2/m3) 操作壓力 (kg/cm2) 透水率 (m3/(m2d)) 單位體積的透水量 (m3/(m2d)) 板框式 492 56 502 內(nèi)壓管式 328 56 335 外壓管式 328 70 220 螺旋卷式 656 56 670 中空纖維式 9180 27 670 表 44 中空纖維式與螺旋卷式反滲透膜分離器的銷售額 公司 國(guó)家 裝置主要類 型 88年銷售額（百萬(wàn)美 元） Do Pont 美 HF, SW 29 Dow/Filmtec 美 SW 26 Fluid Systems/Uop 美 SW 13 Hydranautics/NittoDenko 美 /日 SW 12 Toray 日 SW 12 Desalination Systems 美 SW 5 Millpore 美 SW 3 Osmonics 美 SW 3 Togobo 日 HF 4 HF－中空纖維式 SW－螺旋卷式 濃差 (度 )極化 (Concentration Polarization) 在反滲透過(guò)程中，由于膜優(yōu)先選擇透過(guò)溶劑，因此， 溶質(zhì)則會(huì)在膜的高壓側(cè)積累，造成溶質(zhì)由膜高壓側(cè)表面到原料主體溶液之間的濃度梯度，如圖 48所示，這種現(xiàn)象幾乎存在于所有的膜分離過(guò)程中，叫做濃差極化或者濃度極化。 濃差極化現(xiàn)象對(duì)反滲透過(guò)程將產(chǎn)生一系列不利的影響 : 1. 加快了溶質(zhì)透過(guò)膜的速度，即加大了透鹽率，使產(chǎn)品水的質(zhì)量下降； 2. 使膜高壓側(cè)表面的滲透壓增加，減少了反滲透過(guò)程的推動(dòng)力； 3. 易在高壓側(cè)膜表面形成沉淀； 4. 使實(shí)際的操作壓力比計(jì)算的滲透壓要高出幾倍。 反滲透過(guò)程中產(chǎn)生濃差極化的根本原因是透水率 FW大于透鹽率 FS，而且 FW越大， FS越小，則濃差極化現(xiàn)象越嚴(yán)重。但在反滲透過(guò)程中，都希望FW大， FS小 ， 因此濃差極化無(wú)法從根本上避免，但可以改變操作條件（如 增加原料液的流速 、 適當(dāng)提高操作溫度 ）加以控制。 增加原料液的流速 增加原料液的流速，可以使靠近高壓側(cè)膜表面的滯留層減薄，湍動(dòng)程度加大，易使主體流同膜表面流體混合均勻，減少濃度差，這樣可以使?jié)獠顦O化減輕。原料液的濃度越大，濃差極化程度就越小，但是動(dòng)力消耗隨之增大，因此要考慮兩者進(jìn)行優(yōu)化，選擇一最佳的原料流速。另外還可以在原料液中加入小玻璃球，在原料液流道中增設(shè)擋板等方式，增加原料的湍動(dòng)程度。 適當(dāng)提高操作溫度 適當(dāng)提高操作溫度，這樣可增加溶質(zhì)在溶液中的擴(kuò)散系數(shù)，有利于膜高壓側(cè)表面上積累的溶質(zhì)在濃度差的推動(dòng)下，擴(kuò)散回主體流中，減輕濃差極化。但操作溫度的提高，同樣可以提高溶質(zhì)在膜中的擴(kuò)散系數(shù)，會(huì)使透鹽率 Fs增大，使產(chǎn)品水質(zhì)量下降，所以對(duì)于操作溫度同樣存在著一個(gè)最佳的選擇。 膜的污染 由于原料液中的雜質(zhì)的存在，使反滲透膜在操作一定時(shí)間后，膜表面被沉積的不溶物所覆蓋，使膜的性能下降，這種現(xiàn)象叫做膜的污染。 膜的污染與濃差極化對(duì)反滲透過(guò)程產(chǎn)生的效果，從表面上看是類似的，但存在著本質(zhì)的不同，濃差極化并沒(méi)有使膜遭到破壞，改變操作條件，消除濃差極化后，可是膜恢復(fù)到原來(lái)的性能；而膜的污染破壞了膜，使膜性能不能恢復(fù)到原來(lái)初始狀態(tài)。 在反滲透的工廠中，膜的壽命主要由膜污染所決定，如果操作適當(dāng)，減少污染就可以延長(zhǎng)膜的壽命。有的醋酸纖維膜、聚酰亞胺復(fù)合膜，已在苦咸水（ blackish water）淡化過(guò)程中使用了 12年，性能仍無(wú)明顯下降。 膜的污染是由于原料液處理不當(dāng)造成的，主要有以下幾種： 1. 最普通的膜污染是由于原料液中的懸浮顆粒造成的。如果在預(yù)處理過(guò)程中，原料水的懸浮顆粒沒(méi)