反滲透

膜工藝技術的歷史

  滲透現(xiàn)象很早即被人類所發(fā)現(xiàn)，而反滲透膜技術是20世紀后半葉以來得以迅速發(fā)展的新型水處理及化工分離技術。法國學者阿貝?諾倫特( Abbe Nollet)早在1784年就發(fā)現(xiàn)水能夠自發(fā)地擴散到裝有酒精的豬膀胱內，從而首次揭示了膜分離現(xiàn)象。1864年 Schmidt用牛心包膜提取阿拉伯膠的過程堪稱世界上的首次超濾試驗。1907年 Bechhold制取了多孔火棉膠膜，并發(fā)表了首篇微濾膜研究報告。19世紀發(fā)現(xiàn)的Fick定律促進了膜擴散與滲透壓的研究，20世紀20年代 Vant Hoff與J?W?Gils建立了稀溶液理論以及滲透壓與其他熱力學性能間的關系，為滲透現(xiàn)象的研究莫定了理論基礎。

  1953年美國佛羅里達大學的C?E?Reid發(fā)現(xiàn)了醋酸纖維素具有的良好半透性1960年美國加利福尼亞大學的 Yuster， Loeb與 Sourirajan制成了第一張高脫鹽率、高通水率的非對稱型醋酸纖維素膜，為反滲透技術的工業(yè)化莫定了基礎。1964年美國通用電氣公司制成了卷式反滲透膜組件，1965年美國加利福尼亞大學研制出管式反滲透膜組件。20世紀70年代初美國杜邦( Dupont)公司研制出芳香聚酰胺材料中空式反滲透膜組件;80年代初出現(xiàn)了芳香聚酰胺復合型卷式膜:90年代初開始反滲透技術在全球進入了更加廣泛和高速的開發(fā)與應用時代。進入21世紀以來，反滲透膜產品進人了更大規(guī)模工業(yè)化生產階段。

  我國1958年開始進行離子交換膜技術的開發(fā)，1966年與1975年分別開始反滲透與超濾膜的研究與開發(fā)。國家自“六五”計劃以來，持續(xù)在膜技術特別是反滲透技術領域投人了大量人力與資金進行技術與產品開發(fā)，并相繼在杭州海洋二所與天津工業(yè)大學建立了兩個重點研發(fā)與生產基地，使國產反滲透膜技術開發(fā)取得了巨大進展。隨后的遼寧興城8271廠、江蘇常州能源設備總廠、河北石家莊阿歐環(huán)境技術有限公司等企業(yè)引進設備與技術生產反滲透膜，而目前的北京時代沃頓科技有限公司、浙江杭州北斗星膜產品有限公司等十余家國內知名企業(yè)在反滲透膜技術的開發(fā)與膜產品的制造領域做出了顯著貢獻，目前已經占有超過了10％的國內市場;而海南立升、天津膜天、山東招金及北京坎普爾等國內大量超微濾廠商的產品已經相當成熟，不僅在國內占領了大半市場，并早已打入東南亞及其他國際市場。

膜工藝技術的定義

  分離膜系指具有組分分離功能的半透膜，理想半透膜應能實現(xiàn)部分組分的絕對透過與其余組分的絕對截留，而現(xiàn)實世界中的半透膜均為能夠實現(xiàn)組分相對分離而非絕對分離的非理想半透膜。

  按物態(tài)劃分，物質分為固態(tài)、液態(tài)與氣態(tài)，半透膜可以是固態(tài)膜、液態(tài)膜和氣態(tài)膜。從組分分離的觀點看，被分離物質可以是單相的也可以是混相的，組分分離可分類為固固、固液、固氣、氣液、氣氣及液液分離六大類。分離膜水處理領域用膜僅為固態(tài)膜，分離過程涉及懸浮物與水的固液分離，溶解氣體與水的氣液分離，溶解固體與水(或溶劑與溶質)的液液分離。

  膜分離技術是多學科交叉的高技術，膜材料與膜制備屬于化工材料學科，膜分離過程屬于化工傳遞學科，膜分離設備屬于化工機械學科，膜分離的對象又涉及采掘工程、給水工程、化學工程、熱力工程、治煉工程、環(huán)境工程、生物工程、制藥工程、食品工程等諸多相關工程領域。

  按照物質選擇透過膜的動力源劃分，膜過程可分為兩類:一類的動力源于被分離物質之內在能量，物質從高能位流向低能位:另一類的動力源于被分離物質之外的能量，物質從低能位流向高能位。膜過程按推動力性質也可以劃分為壓力梯度、濃度梯度與電勢梯度類推動力，物質總是從高梯度值處向低梯度值方向移動。

    膜分離工藝與蒸餾、離心、混凝沉淀、硅藻土、陶瓷玻璃及離子交換等其他過濾及分離工藝相比，具有常溫度環(huán)境、低工作壓力、無相變、無濾料溶出、高效、節(jié)能、環(huán)保、單元化、占地面積小等一系列特點，從而具有顯著的市場競爭優(yōu)勢。在國內地價快速上漲形式下，膜工藝僅占地面積優(yōu)勢一項，就已大部抵消掉其價格偏高之劣勢。

反滲透膜技術應用

  近20年來，國內以反滲透為代表的分離膜水處理技術的應用得到了快速的推廣;這現(xiàn)象既得益于國家經濟實力的提升、更高工業(yè)水平的要求、膜技術自身水平的提高，也受到環(huán)境水體污染與水源逐漸枯竭等因素的促進。

  由于做電子行業(yè)中需要低含鹽量及低懸浮物純水在電子芯片制備過程進行沖洗之用，電子行業(yè)成為膜技術的早期典型應用領域之一。隨著反滲透脫鹽工藝技術逐步替代多效蒸餾、離子交換及電滲析等早期技術，目前該技術已經成為化工、電力、治金、電子、制藥、食品、飲品及直飲水等多個工業(yè)行業(yè)給水深加工或污廢水回用處理的主流工藝，并開始進入市政給水及市政污水處理領域。甚至在高檔花卉等種植業(yè)以及觀賞魚類等養(yǎng)殖業(yè)等新型農業(yè)行業(yè)也常采用反滲透工藝制成純水，再配以相應的營養(yǎng)成分后加以使用。

  反滲透為代表的膜工藝技術在純水與超純水制備、中水與污廢水回用、海水與苦成水淡化等各個領域中得到廣泛應用的同時，逐步形成了一個以反滲透膜技術為核心，保持高速發(fā)展的新型膜法水處理行業(yè)。