环境工程中设备_反渗透在环境工程中的应用

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环境科学与技术

第３０卷第７期２００７年７月

反渗透在环境工程中的应用

王海凤，

相波，

李义久

２０００９２）

（同济大学化学系，上海

摘

要：阐述了反渗透膜的分离机理（氢键理论，优先吸附－毛细管流动模型，溶解－扩散模型，等），反渗透膜技术在环境工程（重金属

膜分离机理；

环境工程

文章编号：１００３－６５０４（２００７）０７－０１０６－０３

废水，垃圾渗滤液和印染废水处理）中的应用，以及膜集成工艺处理废水的概况，并对反渗透膜技术的研究和发展方向进行了展望。

关键词：反渗透；中图分类号：Ｘ７０３

文献标识码：Ａ

人类发现渗透现象已有２００多年的历史，反渗透技术已成为海水、苦咸水淡化的主要手段，是超纯水和纯水制备的优选技术。现在反渗透过程的分离浓缩作用已被利用于食品、医药的浓缩、净化、水软化、污染控制以及水再生和废液的回收利用。本文主要介绍反渗透膜分离的机理及其在环境工程中的应用。

型把半透膜看作是一种完全致密的中性界面。水和溶质通过膜是分为两个阶段完成的。第一个阶段是水和溶质首先吸附溶解到膜材质表面上；第二阶段是水和溶质在膜中扩散传递，最后通过膜。在溶解扩散过程中，，扩散是控制步骤。溶解扩散模型比较合理地阐明了溶剂透过的推动力是压力，溶质透过的推动力是浓差扩散的结果。

１反渗透膜的分离机理

反渗透膜是反渗透系统中最重要的组件，主要分为

１．４其他学说

非荷电膜与荷电膜。下面介绍主要的几种透过机理。

Ｄｏｎｎａｎ［４］平衡模型：用来解释荷电膜的排盐机理，

主要是基于库仑斥力。将带有荷电基团的膜置于含盐溶剂中时，溶液中的反离子（所带电荷与膜内固定电荷相反的离子）在膜内浓度大于其在主体溶液中的浓度，而同名离子在膜内的浓度则低于其在主体溶液中的浓度。由此形成的Ｄｏｎｎａｎ位差阻止了同名离子从主体溶液向膜内的扩散，为了保持电中性，反离子也被膜截留。

偶联流动理论：偶联流动理论是由Ｋｅｄｅｍ等倡议的，他们认为膜内的质量传递过程主要是一种非平衡过程，每种组分的传递不仅受作用在那个组分上的热力学力所决定，而且也受施加在所有其它组分上的力的影响，即所有传递动作都是偶联的。

除以上反渗透膜分离理论外，还有筛网效应学说，自由体积理论［５］，Ｋｅｄｅｍ－Ｋａｔｃｈａｌｓｋｙ模型，Ｓｐｉｅｇｌｅｒ－

１．１氢键理论［１－２］

氢键理论是由Ｒｅｉｄ等提出来的，此模型把醋酸纤

维膜看作是一种高度有序矩阵结构的聚合物。当水进入醋酸纤维膜的非结晶部分后，和羧基的氧原子发生氢键而构成结合水。水分子能够由一个氢键位置移动到另一个位置。当外界施加压力，水分子依次从上到下，通过一连串的形成氢键和断裂氢键而不断移位，很快传递通过聚合物，直至离开膜的表皮层，进入膜的多孔层。由于膜的多孔层含有大量毛细管水，水分子便能畅通无阻地由此通过。

１．２优先吸附———毛细管流动模型

［３］

选择吸附－毛细孔流机制主要是由Ｓｏｕｒｉｒａｊａｎ提出来的。此理论把反渗透膜看作是一种微细多孔结构物质，以吉布斯自由能吸附方程为基础，此模型认为由于膜的化学性质使膜对溶液中的溶质具有排斥作用，结果靠近膜表面的浓度梯度急剧下降，从而在溶液－膜的界面上形成一层被膜吸附的纯水层。纯水层的厚度与界面性质有较大的关系，一般为单分子层和多分子层，大约是一（０．５ｎｍ）到两个分子的厚度。在反渗透压力下，纯水层中的水分子不断通过反渗透膜，盐类物质则被膜排斥，离子的化合价越高，排斥效应越强。

Ｋｅｄｅｍ［６－７］模型，摩擦模型［７］，扩散－细孔流模型［８］等。２

在环境工程中的应用

由于反渗透膜分离法具有分离效率高，操作简单，易于自动化，能耗低，占地面积小，运行费用低，工作温度在室温附近等优点，随着膜及膜组件性能的提高，反渗透技术逐步大量地被应用到环保领域，如化工、石油化工、纺织工业、纸浆、造纸厂等废水的处理。

１．３溶解－扩散模型

溶解－扩散模型由Ｌｏｎｓｄａｌｅ和Ｒｉｌｅｙ等提出。此模

２．１重金属废水处理

作者简介：王海凤（１９８２－），女，硕士，主要从事反渗透膜阻垢剂的研制及其性能研究，（手机）１３５８５７４４９５３（电子信箱）ｗａｎｇｈａｉｆｅｎｇｔ＠１６３．ｃｏｍ。

Ｏｚａｋｉ等［９］采用Ａｒｏｍａｔｉｃｐｏｌｙａｍｉｄｅ（ＥＳ２０）超低压

反渗透膜分离稀溶液中的Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋和Ｃｒ６＋离子，结果表

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