反滲透

膜工藝技術(shù)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(shù)是20世紀(jì)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(shù)。法國學(xué)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(nèi)，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(jì)發(fā)現(xiàn)的Fick定律促進了膜擴散與滲透壓的研究，20世紀(jì)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(xué)性能間的關(guān)系，為滲透現(xiàn)象的研究莫定了理論基礎(chǔ)。

  1953年美國佛羅里達大學(xué)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(xué)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(shù)的工業(yè)化莫定了基礎(chǔ)。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(xué)研制出管式反滲透膜組件。20世紀(jì)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(fù)合型卷式膜:90年代初開始反滲透技術(shù)在全球進入了更加廣泛和高速的開發(fā)與應(yīng)用時代。進入21世紀(jì)以來，反滲透膜產(chǎn)品進人了更大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)階段。

  我國1958年開始進行離子交換膜技術(shù)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(shù)特別是反滲透技術(shù)領(lǐng)域投人了大量人力與資金進行技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)，并相繼在杭州海洋二所與天津工業(yè)大學(xué)建立了兩個重點研發(fā)與生產(chǎn)基地，使國產(chǎn)反滲透膜技術(shù)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(shè)備總廠、河北石家莊阿歐環(huán)境技術(shù)有限公司等企業(yè)引進設(shè)備與技術(shù)生產(chǎn)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(chǎn)品有限公司等十余家國內(nèi)知名企業(yè)在反滲透膜技術(shù)的開發(fā)與膜產(chǎn)品的制造領(lǐng)域做出了顯著貢獻，目前已經(jīng)占有超過了10％的國內(nèi)市場;而海南立升、天津膜天、山東招金及北京坎普爾等國內(nèi)大量超微濾廠商的產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，不僅在國內(nèi)占領(lǐng)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(shù)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(yīng)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?qū)崿F(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(zhì)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(zhì)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(lǐng)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(zhì))的液液分離。

  膜分離技術(shù)是多學(xué)科交叉的高技術(shù)，膜材料與膜制備屬于化工材料學(xué)科，膜分離過程屬于化工傳遞學(xué)科，膜分離設(shè)備屬于化工機械學(xué)科，膜分離的對象又涉及采掘工程、給水工程、化學(xué)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(guān)工程領(lǐng)域。

  按照物質(zhì)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(zhì)之內(nèi)在能量，物質(zhì)從高能位流向低能位:另一類的動力源于被分離物質(zhì)之外的能量，物質(zhì)從低能位流向高能位。膜過程按推動力性質(zhì)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(zhì)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(nèi)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(shù)應(yīng)用

  近20年來，國內(nèi)以反滲透為代表的分離膜水處理技術(shù)的應(yīng)用得到了快速的推廣;這現(xiàn)象既得益于國家經(jīng)濟實力的提升、更高工業(yè)水平的要求、膜技術(shù)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(shù)的早期典型應(yīng)用領(lǐng)域之一。隨著反滲透脫鹽工藝技術(shù)逐步替代多效蒸餾、離子交換及電滲析等早期技術(shù)，目前該技術(shù)已經(jīng)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(lǐng)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(nóng)業(yè)行業(yè)也常采用反滲透工藝制成純水，再配以相應(yīng)的營養(yǎng)成分后加以使用。

  反滲透為代表的膜工藝技術(shù)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(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的同時，逐步形成了一個以反滲透膜技術(shù)為核心，保持高速發(fā)展的新型膜法水處理行業(yè)。