反滲透技術(shù)在海水淡化中應(yīng)用-展示頁
2025-08-08 05:50本頁面
【正文】 b ）。如圖1 所示，如果用一個只有水分子才能透過的薄膜（即半透膜）將一個容器隔成兩部分，在半透膜兩邊分別注入純水和鹽水到同一高度（見圖la ）。現(xiàn)已大規(guī)模應(yīng)用于海水和苦咸水（見鹵水）淡化、鍋爐用水軟化和廢水處理，并與離子交換結(jié)合制取高純水，目前其應(yīng)用范圍正在擴大，已開始用于乳品、果汁的濃縮以及生化和生物制劑的分離和濃縮方面。也可用于大分子有機物溶液的預(yù)濃縮。反滲透所用的設(shè)備，主要是中空纖維式或卷式的膜分離設(shè)備。稀溶液的滲透壓π為：π＝iCRT式中i為溶質(zhì)分子電離生成的離子數(shù)；C為溶質(zhì)的摩爾濃度；R為摩爾氣體常數(shù)；T為絕對溫度。若用反滲透處理海水，在膜的低壓側(cè)得到淡水，在高壓側(cè)得到鹵水。對膜一側(cè)的料液施加壓力，當(dāng)壓力超過它的滲透壓時，溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透。反滲透法于20世紀(jì)70年代起用于海水凈化，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，隨著反滲透膜性能提高、預(yù)處理技術(shù)進步、能量回收率的提高等，已成為投資最省、成本最低、應(yīng)用范圍廣泛的海水淡化技術(shù)，也是目前最清潔的方法。世界上淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P(guān)切的問題。海水中的二氧化碳除少量是游離狀態(tài)外，主要是以碳酸根及碳酸氫根形式存在，需加入強酸方可逐出，用一般的方法難以驅(qū)逐。空氣中的稀有氣體氬、氦和氖，在海水中也有微量存在。此外，海水中還存在某些同位素，重要的有氫的同位素氘等。在海水濃縮、結(jié)晶過程中，則以鹽的形式析出。本文主要介紹反滲透技術(shù)的發(fā)展，介紹了膜、組器、設(shè)備以及應(yīng)用工藝的創(chuàng)新性開拓，其中包括不對稱膜、復(fù)合膜。作者：Abao005淺析反滲透在海水淡化中的應(yīng)用摘 要：海水淡化自古以來就是人們夢寐以求的，現(xiàn)在已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實，尤其是近幾年來，反滲透技術(shù)由于其投資少、能耗低、成本便宜、建設(shè)周期短等優(yōu)點。已多次在國際海水淡化會化招標(biāo)中勝出。關(guān)鍵詞：海水淡化，滲透，反滲透，膜分離 引言海水的組成很復(fù)雜，已知海水中含有80 多種化學(xué)元素，主要以離子形式存在。其中Cl ，Na + ，Mg 2+ 等11 種含量超過1 10 6 的元素是海水的主要成份，% 。海水中也溶解有多種氣體，含量最多的為二氧化碳、氮和氧。溶解在海水中的二氧化碳，與淡水中的情況不同，淡水中的二氧化碳主要是以游離狀態(tài)存在，可用煮沸或減壓等方法驅(qū)除。海水中還含有各種數(shù)量不等的無機和有機懸浮物，因此要從海水中提取淡水并不是一件很容易的事。作為水資源的開源增量技術(shù)，海水淡化已經(jīng)成為解決全球水資源危機的重要途徑。一、反滲透簡介反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。從而在膜的低壓側(cè)得到透過的溶劑，即滲透液；高壓側(cè)得到濃縮的溶液，即濃縮液。反滲透時，溶劑的滲透速率即液流能量N為：N＝Kh(Δp－Δπ)式中Kh為水力滲透系數(shù)，它隨溫度升高稍有增大；Δp為膜兩側(cè)的靜壓差；Δπ為膜兩側(cè)溶液的滲透壓差。反滲透通常使用非對稱膜和復(fù)合膜。反滲透膜能截留水中的各種無機離子、膠體物質(zhì)和大分子溶質(zhì)，從而取得凈制的水。由于反滲透過程簡單，能耗低，近20年來得到迅速發(fā)展?！ ? （一）反滲透的基本原理滲透現(xiàn)象早在1748 年就由一位名叫阿倍? 諾倫特的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：如果兩種不同含鹽量的液體用半透膜把它們隔開，那么低鹽度腔處的水分子會穿過半透膜向高鹽度腔運動，這個過程被稱為“滲透”。過一段時間就可以發(fā)現(xiàn)純水液面降低了，而鹽水的液面升高了（見圖1b , ) ，這種現(xiàn)象就叫做滲透現(xiàn)象。滲透壓的大小與鹽水的濃度直接相關(guān)。這種現(xiàn)象與“滲透”現(xiàn)象正好相反，故稱之為“反滲透”。綜上所述，產(chǎn)生反滲透現(xiàn)象必須具備二個基本條件，第一，必須有一種高選擇性和高滲透性（透水性）的半透膜。圖1 滲透、滲透壓、反滲透示意圖（二）反滲透膜分離原理當(dāng)溶液與純?nèi)軇┍话胪改じ糸_，半透膜兩側(cè)壓力相等時，純?nèi)軇┩ㄟ^半透膜進入溶液側(cè)使溶液濃度變低的現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)單位時間內(nèi)，從兩個方向通過半透膜的溶劑分子數(shù)目相等時，滲透達到平衡。滲透壓取決于溶液的系統(tǒng)及其濃度，且與溫度有關(guān)，如果加在溶液側(cè)的壓力超過了滲透壓，則使溶液中的溶劑分子進入純?nèi)軇﹥?nèi)，此過程稱為反滲透。因此，反滲透膜分離過程必須具備兩個條件：一是具有高選擇性和高滲透性的半透膜；二是操作壓力必須高于溶液的滲透壓。（四）反滲透過程傳質(zhì)機理20世紀(jì)50年代末以來，許多學(xué)者先后提出了各種不同的反滲透膜分離過程的傳質(zhì)機理和傳質(zhì)模型，現(xiàn)將幾種機理簡介如下。該理論將反滲透膜的活性表面皮層看成是無缺陷的致密無孔膜，溶劑與溶質(zhì)都能溶解于均質(zhì)的非多孔膜表面皮層內(nèi)，溶解量的大小服從亨利定律，在濃度或壓力造成的化學(xué)位差推動下，從膜的一側(cè)向另一側(cè)擴散，再在膜的另一側(cè)解吸。該機理認為溶質(zhì)和溶劑都能溶于均質(zhì)或非多孔型膜表面，以化學(xué)位差為推動力，通過分子擴散而實現(xiàn)滲透過程。溶質(zhì)和溶劑溶解度的差異及在膜相中擴散性的差異強烈地影響其透過膜的能力的差異。溶解擴散理論的具體滲透過程為：（1）．溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面吸附溶解。（3）．溶質(zhì)和溶劑在膜的另一側(cè)表面解吸。該理論最適用于均相、高選擇性的膜分離過程，如反滲透和滲透汽化過程。例如當(dāng)水中溶入醇、酸、醛、酯等有機物質(zhì)時，可使其表面張力減??；但當(dāng)溶入某些無機鹽類時，反而使其表面張力稍有增加。使表面層濃度大于溶液內(nèi)部濃度的作用稱為正吸附作用，反之稱為負吸附作用。這種優(yōu)先吸附的狀態(tài)與界面性質(zhì)（物化作用力）密切相關(guān)。以氯化鈉水溶液為例，溶質(zhì)是氯化鈉，溶劑是水，膜的表面選擇性地吸收水分子而排斥氯化鈉，鹽是負吸附，水是正吸附，水優(yōu)先吸附在膜的表面上。這種理論同時給出了混合物分離和滲透性的一種臨界孔徑的概念。理論上講，制膜時應(yīng)使孔徑為2倍純水厚度的毛細孔盡可能多地存在，以便膜的純水通量最大。在該理論中，膜被假定為有微孔，分離機理由膜的表面現(xiàn)象
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