【文章內(nèi)容簡介】 由于操作壓力和溫度對膜的持續(xù)作用，會使膜產(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小時后的透水率 。 t為操作時間 。 m即為壓密系數(shù)，亦稱壓實斜率。 (412) )l o g ()l o g ( 1 imFFwiw ?? m是可以通過實驗測出的，是描述膜壽命的參數(shù)之一， m越小，膜的壽命越長。對于反滲透過程， m值一般應(yīng)小于 。 操作參數(shù)對反滲透過程分離性能的影響 操作過程的參數(shù)如原料液溫度、壓力及水的回收率都會對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。 反滲透過程的膜與膜組件 膜和膜組件是完成反滲透過程的決定因素，為了使反滲透過程產(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。 反滲透過程中使用的膜可以是非對稱的、均質(zhì)的，或者使用復(fù)合膜、動態(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，仍在一定場合下使用。表 42， 43 對以上四種分離器的優(yōu)缺點及性能參數(shù)進行了對比。后兩種膜組件 1988年的銷售額見表 44， 但近年來， 中空纖維式反滲透分離器的增長速度最快。 表 42 各種反滲透膜組件優(yōu)缺點的比較 類型 優(yōu)點 缺點 使用狀況 板框式 結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、牢固、能承受高壓； 可使用強度較高的平板膜； 性能穩(wěn)定，工藝簡便。 裝置成本高，流動狀態(tài)不良，濃差計劃嚴重； 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； 可使用強度好的平板膜； 價格低廉。 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 國家 裝置主要類 型 88年銷售額（百萬美 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) 在反滲透過程中，由于膜優(yōu)先選擇透過溶劑，因此， 溶質(zhì)則會在膜的高壓側(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程中，叫做濃差極化或者濃度極化。 濃差極化現(xiàn)象對反滲透過程將產(chǎn)生一系列不利的影響 : 1. 加快了溶質(zhì)透過膜的速度，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，減少了反滲透過程的推動力； 3. 易在高壓側(cè)膜表面形成沉淀； 4. 使實際的操作壓力比計算的滲透壓要高出幾倍。 反滲透過程中產(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)象越嚴重。但在反滲透過程中，都希望FW大， FS小 ， 因此濃差極化無法從根本上避免，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，但是動力消耗隨之增大，因此要考慮兩者進行優(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，增加原料的湍動程度。 適當提高操作溫度 適當提高操作溫度，這樣可增加溶質(zhì)在溶液中的擴散系數(shù)，有利于膜高壓側(cè)表面上積累的溶質(zhì)在濃度差的推動下，擴散回主體流中，減輕濃差極化。但操作溫度的提高，同樣可以提高溶質(zhì)在膜中的擴散系數(shù)，會使透鹽率 Fs增大，使產(chǎn)品水質(zhì)量下降，所以對于操作溫度同樣存在著一個最佳的選擇。 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反滲透過程產(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)到原來的性能；而膜的污染破壞了膜，使膜性能不能恢復(fù)到原來初始狀態(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，減少污染就可以延長膜的壽命。有的醋酸纖維膜、聚酰亞胺復(fù)合膜，已在苦咸水（ blackish water）淡化過程中使用了 12年，性能仍無明顯下降。 膜的污染是由于原料液處理不當造成的，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)處理過程中，原料水的懸浮顆粒沒