什么是反渗透技术？反渗透技术是什么意思？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
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。
反渗透：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。
反渗透法通常又称超过滤法，反渗透膜属新材料范畴，是一种用高分子化学材料特殊加工制成的、具有半透性能的薄膜。它能够在外加压力作用下使水溶液中的某些组分选择性透过，从而达到淡化、净化或浓缩分离的目的。反渗透法的最大优点是整个过程中无水相变化，能耗较少，而且设备投资省、建设周期短。它的能耗仅为电渗析法的1／2，蒸馏法的1／40。反渗透海水淡化的技术关键在于反渗透膜、高压泵、能量回收装置和系统优化设计技术。
反渗透海水淡化技术
海水从取水头部取出后，根据不同的海水水质进行相应的预处理过程，其目的是使海水在进入反渗透膜之前达到SDI<3等控制指标，以确保反渗透膜的使用寿命。经过预处理的合格海水用高压泵加压送入反渗透膜组堆，透过反渗透膜的水经收集后再经过适当的预处理送入管网系统供用户使用，未能透过反渗透膜的高压浓盐水进入能量回收装置以回收其能量，经过能量回收装置的浓盐水排回大海。
由于反渗透膜在国外已经是十分成熟的产品，因此反渗透海水淡化系统的技术关键在于合理的设计预处理系统、选用合适的高压泵和能量回收装置、设计完善的控制系统进行监测和控制、选用科学的材料和防腐措施以防止管路和系统的腐蚀。另外，对于开放式取水，除了保证系统的污染指数外，还必须采取科学的杀菌灭藻措施以防止微生物对系统的侵害。
反渗透特点
1、分离介质：分子扩散膜，也称半透膜。
2、截留因素：水溶液的渗透压和浓度。
3、分离对象：分子态和离子态溶解物。
RO反渗透膜孔径小至纳米级（1纳米=10-9米），在一定的压力下，H2O分子可以通过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。RO膜过滤后的纯水电导率 5 s/cm, 符合国家实验室三级用水标准。
反渗透膜的透过机理
关于反渗透膜的透过机理，自20世纪50年代末以来，许多学者先后提出了各种不对称反渗透膜的透过机理和模型，现介绍如下：
一、氢键理论
这个理论是由里德（Ried）等人提出的，并用醋酸纤维膜加以解释。这种理论是基于一些离子和分子能通过膜的氢键的结合而发生联系，从而通过这些联系发生线形排列型的扩散来进行传递。在压力的作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点——羰基上氧原子形成氢键，而原来的水分子形成的氢键被断开，水分子解离出来并随之转移到下一个活化点，并形成新的氢键，如是通过这一连串氢键的形成与断开，使水分子离开膜表面的致密活化层，由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能畅通流出膜外。
二、优先吸附-毛细孔流理论
索里拉金等人提出了优先吸附－毛细孔流理论。他们以氯化钠水溶液为例，溶质是氯化钠，溶剂是水，膜的表面能选择性吸水，因此水被优先吸附在膜表面上，而对氯化钠排斥。在压力作用下，优先吸附的水通过膜，就形成了脱盐的过程。这种模型同时给出了混合物分离和渗透性的一种临界孔径的概念。临界孔径显然是选择性吸着界面水层的两倍。基于这种模型在膜的表面必须有相应大小的毛细孔，根据这种理论，索里拉金等研制出具有高脱盐率、高脱水性的实用反渗透膜，奠定了实用反渗透膜的发展基础。
三、溶液扩散理论
朗斯代尔（Lonsdale）和赖利（Riley）等人提出溶解扩散理论。该理论假定膜是无缺陷的“完整的膜”，溶剂和溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶质在膜中的溶解，然后在化学位差的推动力下，从膜的一侧向另一侧进行扩散，直至透过膜。溶剂和溶质在膜中的扩散服从（Fick）定律，这种模型认为溶剂和溶质都可能溶于均质或非多孔型膜表面，以化学位差为推动力（常用浓度差或压力差来表示），分子扩散使它们从膜中传递到膜下部。因此，物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，而且取决于其在膜中的溶解度。溶质的扩散系数比水分子的扩散系数小得越多，高压下水在膜内的移动速度就越快，因而透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。
目前一般认为，溶解扩散理论较好的说明膜透过现象，当然氢键理论、优先吸附－毛细孔流理论也能够对反渗透膜的透过机理进行解释。此外还有学者提出扩散－细孔流理论，结合水-空穴有序理论以及自由体积理论等。也有人根据反渗透现象是一种膜透过现象，因此把它当作非可逆热力学现象来对待。总之，反渗透膜透过机理还在发展和完善中。
四、有机物去除机理
对于有机溶质的脱除机理最初认为纯属筛网效应其脱除率主子量大小和形状有关。后来经过大量的研究，发现膜与有机溶质的电荷斥力对脱除率的影响有时不容忽视。近年来的研究证明，膜对有机溶质的脱除主要受两方面的影响：一是膜孔径的机械筛除作用；二是膜与有机物间排斥力的作用，这种排斥作用的大小与膜材料和有机物的物理化学特征参数有很大的关系。这些物理比学特征参数及其对分离度的影响(不考虑膜孔径的机械筛除作用)介绍如下。
1、极性参数
极性效应表征的是有关分子的酸性或碱性。以下参数中的任何一个均可以给出极性效应以定量的量度。
(1)△Ms(酸性)或△Ms(碱性)
△Ms(酸性)是溶质(ROH)在CC14和醚溶液中测得的红外光谱中OH谱带最大值的相对位移，△Ms(碱性)是溶质(CH3OD)在苯中测得的红外光谱中OD谱带最大值的相对位移△Ms(酸性)或△Ms(碱性)的数据分别与质子给予体或质子接受体的分子的相对氢键键合能力相联系。氢键键合能力愈大，表示一种酸(如醇或酚)给予质子的能力愈大或一种碱(如醛、酮)接受质子的能力愈大。由于质子给予能力与质子接受能力表现出相反的趋势，因此△Ms(酸性)的增加值等于△Ms(碱性)的减小值。
一般来说，有机溶质的△Ms(酸性)增加，表示有关分子与膜的氢键键合能力增强，这种增强的结果就会减小膜与有机溶质间的排斥力。因此，随着△Ms(酸性)的增加，有机物的分离度减小。或者说，随着△Ms(碱性)的增加，有机溶质与膜的氢键键合能力减小，因此膜与有机溶质间的排斥力增大，有机物的分离度增加。但当△Ms(碱性)值超过随某一化合物的种类而异的值时，随着△Ms(碱性)的增加，溶质分离度的增加甚微。
(2)解离常数Ka或pKa (PK＝－logKa )
解离常数是水溶液中具有一定离解度的溶质的的极性参数。离解常数给予分子的酸性或碱性以定量的量度，pKa减小，对于质子给予体来说，其酸性增加；对于质子接受体来说，其碱性增加。
对于酸性有机物来说，随着pKa的减小，一方面，有机溶质与膜的氢键键合能力增强，相当于溶质与膜间的吸引力增加，因而分离度下降；另一方面，它离解成为离子的倾向增加，相当于增强了该有机物与膜之间的静电斥力，从而分离度升高。上述两种作用的相伴相克，起主导作用的因素决定着分离度高低的走向。因此，对于酸性分子来说，酸性的大小和pKa共同影响着溶质分离度。与酸性有机物有所不同，对于碱性有机溶质来说，随着pKa的减小，有机溶质与膜间的静电斥力增加，去除率升高。
(3)Hammet数或Taft数
Hammet数σ是表示芳香族间位或对位取代基的极性常数，Taft数σ*是表示芳香族邻位化合物或脂肪族化合物中取代基的极性常数。σ和σ*两者定量表示取代基对有机分子的极性效应的影响；σ和σ*具有加和性；取代基的σ和σ*值愈低，它的电子收回能力(或质子给予能力)愈小。因此对一给定的官能团，σ和σ*值的降低相当于分子的酸性降低或碱性增加。一般来说，无论是酸还是碱，有机溶质的分离度随着σ和σ*值的减小而增加。
2、位阻参数（Es）
Es是表示有机物原子之间或原子与官能团之间相互排斥力的常数，ΣEs为所有官能团的Es之和。ΣEs减小，表明有机溶质的位阻障碍增大，因而去除率增加。ΣEs正常用来表示对醚的分离度的影响。ΣEs降低，溶质的分离度趋于增加。
3、 非极性参数（Small数或修正Small数）
Small数S是表示非极性有机分子间凝聚力的常数，又称摩尔吸引常数：修正Small数（ΣS*）是表示非极性有机分子疏水程度相对大小的常数，它是松蒲和Souriragan等利用溶质的溶解度数据对凝聚力进行修正后而得到的，故称修正Small数。Small数或修正Small数常用来表示对碳氢化合物分离度的影响。碳氢化合物的的溶解度越高，修正Small数越小。
溶质的Small数或修正Small数增大，意味着疏水或非极性增强。松蒲等人通过大量的研究发现，对于同一张膜来说，ΣS*值增加，溶质的分离度趋于增加。
五、无机物去除机理
关于反渗透膜去除无机物的原理有多种理沦，现将几种主要的介绍如下。
1、 Scatchafd理论
该理论认为溶质的分离与膜及溶液的介电常数有关，荷电离子在不同介电常数的介质中具有不同的离子浓度，介电常数越低，该离子浓度也越低。这里把溶液和膜分别记作为I相和II相，相应的介电常数分别为和II，并以“膜一溶液”两相界面(记作I－)作为计算距离的基准。离子浓度是距离的函数，因为>1I，所以在液相中，距离I－界面越远，离子浓度越高；在膜中，距离I－II界面越远，离子浓度越低。
Scatchard认为，膜与溶液的介电常数差别越大，或者说膜的介电常数越小溶液的介电常数越大，则离子在膜表面处及膜内的渡度越小。膜内离子浓度越低，膜对溶质的去除率越高。因此，为了提高膜的分离性能，应选择介电常数较低的膜材料。Scatchafd还发现，溶液的浓度越高，膜的去除率越低。
2、 Gluckauf理论
Gluckauf认为膜存在着细孔，细孔半径为r，如图6-2所示。由于膜与溶液的介电常数不同， 离子从溶液中进入膜内需要一定的能氢E)：式中，4为离子电荷；是与Debye -Huckel模型中的离子半径( 1/Kρ)和膜孔径有关的常数， 为离子半径。孔中B处离子浓度(C孔)服从Boltzmann分布； C孔=Cexp（－E/（Kρ））式中，kc为Boltzmann常数；T为溶液的温度。
由上式可以看出，溶质的去除率与膜的孔径、膜的介电常数、离子的水化体积、离子所带的电荷、离子的浓度以及溶液的温度有关。
2.1、Bean理论
Bean在Gluckauf理论的基础上，利用Parsegian的研究成果计算得到去除率R为；式中，μ为细孔内溶液的粘度；D为水中溶质的扩散系数。由上式可以看出，溶质的去除率与操作压力及膜孔径有关。
2.2、离子与溶剂的相互作用
松浦等人为了研究离子与溶剂的相互作用对膜透过性能的影响，提出了的△△G概念。△△G是离子从主体溶液进入Ⅰ－Ⅱ相界面所需要的自由焙差。即 △△G=△Gr－△GB 式中，△△G为Ⅰ－Ⅱ相界面处离子与溶剂相互作用的自由烙差，由离子水化自由烩△GB为主体溶液中离子与溶剂相互作用自由焙差，由反渗透实验数据推算。
△△G >0，表明离子从主体溶液迁移至膜表面为反自发过程，即膜排斥该离子；反之△△G < 0，则离子从主体溶液迁移至膜表面为自发过程，即膜吸引该离子。
松浦等人根据醋酸纤维素膜对各电解质分离的实验结果和离子的水化自由焙，求出了离子的△△G。发现有如下规律；
(1) 阳离子的G为负值，阴离子的G为正值。这表明膜吸引阳离子而排斥阴离子，可以推测醋酸纤维素膜呈负电性。
(2) 1价阳离子的G比2价阳离子的G更负，这预示着1价阳离子的分离效果比2价阳离子的差。
(3) 对于卤素离子，随着离子半径增加G下降，因而去除率随离子半径增大而下降。
反渗透膜及膜装置类型
一、反渗透膜类型
一般来说，反渗透膜应具备以下性能：
①单位面积上透水量大，脱盐率高；
②机械强度好，多孔支撑层的压实作用小；
③化学稳定性好，耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀；
④结构均匀，使用寿命长，性能衰降慢；
⑤制膜容易，价格便宜，原料充足。
影响膜性能因素：
①回收率/转变率；
③压力；
④压密；
⑤浓差极化。
据此，目前较常用的膜类型有：
①醋酸纤维膜（CA膜）
CA膜又可以分为平膜、管式膜和中空纤维膜几类。CA膜具有反渗透膜所需的三个基本性质：高透水性、对大多数水溶性组分的渗透性相当低、具有良好的成膜性能。
②聚酰胺膜（PA膜）
聚酰胺膜又可以分为脂肪族聚酰胺膜、芳香聚酰胺膜（成膜材料为芳香聚酰胺、芳香聚酰胺-酰肼以及一些含氮芳香聚合物）
③复合膜
这是近些年来开发的一种新型反渗透膜，它是由很薄的而且致密的符合层与高空隙率的基膜复合而成的，它的膜通量在相同的条件下比非对称膜高约50%－100%。目前复合膜有以下几种：
a.交联芳香族聚酰胺复合膜（PA）；
b.丙烯-烷基聚酰胺和缩合尿素复合膜；
c.聚哌嗪酰胺复合膜；
d.氧化锆-聚丙烯酸复合膜。
3.2反渗透装置型式
1、 板框式反渗透装置
这种形式的装置由Aerojet通用公司发展起来的，教适合于小的和低压工厂。膜支撑体在一种圆形平板上，这块平板称为多孔板，常见的有不锈钢多孔板和聚氯乙烯多孔板，产水通过多孔板汇集起来。这种装置存在以下缺点：①安装和维护费用高，②进料分布不均匀，③流槽窄，④多级膜装卸复杂，⑤单位体积中膜的比表面积低，产水量少。尽管有这些缺点，但由于它的结构简单可靠，体积比管式装置小，在小规模的生产场所还是有一定的优势的。
2、管式反渗透装置
这种装置在实际应用中是很有意义的。它能够处理含悬浮颗粒和溶解性物质的液体，像沉淀一样在管式装置中把料液进行浓缩，运行期间系统处处都可以保持良好的排水作用，适当调节水力条件，常常可以预防溶液的浓缩弄脏或堵塞膜。其主要优缺点可以归纳如下：
优点：①能够处理含悬浮固体的溶液，②合适的流动状态就可以防止浓差极化和膜污染等，并容易调整。
缺点：①设备端部用膜较多，装置制造和安装费用较昂贵。②单位体积中膜的比表面积小。③必须把管子外部包起来。④要使用支撑材料
3、 螺旋式反渗透装置
美国通用原子公司（Gulf General Atomic Co）发展了这种装置。这种螺旋式结构的中间为多孔支撑材料，两边是膜的“双层结构”，它的末端是冲孔的塑料管。双层膜的边缘与多孔支撑材料密封形成一个膜袋（收集产水），在膜袋之间再铺上一层隔网，然后沿中心管卷绕这种多层材料（膜/多孔支撑材料/膜/料液隔网），就形成了一个螺旋式反渗透组件。将卷好的螺旋式组件，放入压力容器中，就成为完整的螺旋式反渗透装置。使用这种螺旋式反渗透装置时应注意：①中心管主要褶皱处的泄露②膜及支撑材料在粘结线上发生皱纹③胶线太厚可能会产生张力或压力不均匀④支撑材料的移动会使膜的支撑不合理，导致平衡线移动⑤膜上有小孔洞，这是由于膜的质量不合格所致。目前，美国制作螺旋式组件已实现机械化，采用一种0.91m滚压机，连续喷胶将膜与支撑材料粘密封结在一起，并滚转成螺旋式组件，牢固后不必打开即可使用。
螺旋式组件的主要优缺点是：
优点：①单位体积中膜的表面积比率大②压力导管的设计简单，具有扰性，安装和更换容易，结构可以紧密放在一起。
缺点：①料液含悬浮固体时不适宜②料液流动路线短③压力消耗高④再循环浓缩困难。
4、中空纤维式反渗透装置
美国杜邦公司和道斯化学公司提出用纯中空纤维素作为反渗透膜，制造出中空纤维式反渗透装置。这种装置类似于一端封死的热交换器，其中含有外径50μm、内径25μm；装成一种圆柱形耐压容器中，或是将中空纤维弯成U形装入耐压容器中，由于这种中空纤维极细，通常可以装填几百万根。高压溶液从容器旁打进去，经过中空纤维膜的外壁，从中空纤维管束的另一端把渗透液收集起来，浓缩后的料液从另一端连续排掉。
中空纤维式反渗透装置的主要优缺点如下：
优点：①单位体积中膜的表面积比率高，一般可达到16000－30000m2/m3，因此组件可以小型化；②膜不需支撑材料，中空纤维本身可以受压而不破裂。
缺点：①膜表面去污困难，料液需经严格预处理；②中空纤维膜一旦损坏是无法更换的。
由此我们可以给优质反渗透装置作出以下要求：
① 对膜能提供合适的支撑
② 处理溶液在整个膜面上必须均匀分布
③ 在最小能耗情况下，对处理溶液提供良好的流动状态
④ 单位体积中膜的有效面积比率高
⑤ 组件容易拆卸和更换
⑥ 便于膜的拆卸和组装
⑦ 在运行压力下，有效的工作时安全与可靠性高
⑧ 外部泄露能尽可能从压力的变化上发现
⑨ 建造、维护费用都是方便的。
我国是世界上少数几个掌握海水淡化先进技术的国家之一，自50年代开始研究海水淡化技术以来，对此一直非常重视，连续几个五年计划都将海水淡化列入国家科技攻关项目，并将海水淡化产业化列入了《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》。经过40余年的发展，我国不但建立了海水淡化科研基地，培养和锻炼了专门人才，而且在海水淡化领域取得了令人瞩目的成绩，奠定了我国在海水淡化领域的世界强国地位。
反渗透技术日臻成熟。经过500吨／日、1000吨／日海水淡化和18000吨／日苦咸水淡化的工程实践，我国的反渗透海水淡化技术进一步得到完善。目前我国已经比较完整的掌握了海水淡化工程设计的相关参数，并开发了较为丰富的工程化技术，具备了相当的产业化基础。