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環(huán)境科學(xué)與技術(shù)

第３０卷第７期２００７年７月

反滲透在環(huán)境工程中的應(yīng)用

王海鳳，

相波，

李義久

２０００９２）

（同濟(jì)大學(xué)化學(xué)系，上海

摘

要：闡述了反滲透膜的分離機(jī)理（氫鍵理論，優(yōu)先吸附－毛細(xì)管流動(dòng)模型，溶解－擴(kuò)散模型，等），反滲透膜技術(shù)在環(huán)境工程（重金屬

膜分離機(jī)理；

環(huán)境工程

文章編號(hào)：１００３－６５０４（２００７）０７－０１０６－０３

廢水，垃圾滲濾液和印染廢水處理）中的應(yīng)用，以及膜集成工藝處理廢水的概況，并對(duì)反滲透膜技術(shù)的研究和發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：反滲透；中圖分類號(hào)：Ｘ７０３

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ

人類發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象已有２００多年的歷史，反滲透技術(shù)已成為海水、苦咸水淡化的主要手段，是超純水和純水制備的優(yōu)選技術(shù)。現(xiàn)在反滲透過程的分離濃縮作用已被利用于食品、醫(yī)藥的濃縮、凈化、水軟化、污染控制以及水再生和廢液的回收利用。本文主要介紹反滲透膜分離的機(jī)理及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用。

型把半透膜看作是一種完全致密的中性界面。水和溶質(zhì)通過膜是分為兩個(gè)階段完成的。第一個(gè)階段是水和溶質(zhì)首先吸附溶解到膜材質(zhì)表面上；第二階段是水和溶質(zhì)在膜中擴(kuò)散傳遞，最后通過膜。在溶解擴(kuò)散過程中，擴(kuò)散是控制步驟。溶解擴(kuò)散模型比較合理地闡明了溶劑透過的推動(dòng)力是壓力，溶質(zhì)透過的推動(dòng)力是濃差擴(kuò)散的結(jié)果。

１反滲透膜的分離機(jī)理

反滲透膜是反滲透系統(tǒng)中最重要的組件，主要分為

１．４其他學(xué)說

非荷電膜與荷電膜。下面介紹主要的幾種透過機(jī)理。

Ｄｏｎｎａｎ［４］平衡模型：用來解釋荷電膜的排鹽機(jī)理，

主要是基于庫侖斥力。將帶有荷電基團(tuán)的膜置于含鹽溶劑中時(shí)，溶液中的反離子（所帶電荷與膜內(nèi)固定電荷相反的離子）在膜內(nèi)濃度大于其在主體溶液中的濃度，而同名離子在膜內(nèi)的濃度則低于其在主體溶液中的濃度。由此形成的Ｄｏｎｎａｎ位差阻止了同名離子從主體溶液向膜內(nèi)的擴(kuò)散，為了保持電中性，反離子也被膜截留。

偶聯(lián)流動(dòng)理論：偶聯(lián)流動(dòng)理論是由Ｋｅｄｅｍ等倡議的，他們認(rèn)為膜內(nèi)的質(zhì)量傳遞過程主要是一種非平衡過程，每種組分的傳遞不僅受作用在那個(gè)組分上的熱力學(xué)力所決定，而且也受施加在所有其它組分上的力的影響，即所有傳遞動(dòng)作都是偶聯(lián)的。

除以上反滲透膜分離理論外，，還有篩網(wǎng)效應(yīng)學(xué)說，自由體積理論［５］，Ｋｅｄｅｍ－Ｋａｔｃｈａｌｓｋｙ模型，Ｓｐｉｅｇｌｅｒ－

１．１氫鍵理論［１－２］

氫鍵理論是由Ｒｅｉｄ等提出來的，此模型把醋酸纖

維膜看作是一種高度有序矩陣結(jié)構(gòu)的聚合物。當(dāng)水進(jìn)入醋酸纖維膜的非結(jié)晶部分后，和羧基的氧原子發(fā)生氫鍵而構(gòu)成結(jié)合水。水分子能夠由一個(gè)氫鍵位置移動(dòng)到另一個(gè)位置。當(dāng)外界施加壓力，水分子依次從上到下，通過一連串的形成氫鍵和斷裂氫鍵而不斷移位，很快傳遞通過聚合物，直至離開膜的表皮層，進(jìn)入膜的多孔層。由于膜的多孔層含有大量毛細(xì)管水，水分子便能暢通無阻地由此通過。

１．２優(yōu)先吸附毛細(xì)管流動(dòng)模型

［３］

選擇吸附－毛細(xì)孔流機(jī)制主要是由Ｓｏｕｒｉｒａｊａｎ提出來的。此理論把反滲透膜看作是一種微細(xì)多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，以吉布斯自由能吸附方程為基礎(chǔ)，此模型認(rèn)為由于膜的化學(xué)性質(zhì)使膜對(duì)溶液中的溶質(zhì)具有排斥作用，結(jié)果靠近膜表面的濃度梯度急劇下降，從而在溶液－膜的界面上形成一層被膜吸附的純水層。純水層的厚度與界面性質(zhì)有較大的關(guān)系，一般為單分子層和多分子層，大約是一（０．５ｎｍ）到兩個(gè)分子的厚度。在反滲透壓力下，純水層中的水分子不斷通過反滲透膜，鹽類物質(zhì)則被膜排斥，離子的化合價(jià)越高，排斥效應(yīng)越強(qiáng)。

Ｋｅｄｅｍ［６－７］模型，摩擦模型［７］，擴(kuò)散－細(xì)孔流模型［８］等。２

在環(huán)境工程中的應(yīng)用

由于反滲透膜分離法具有分離效率高，操作簡(jiǎn)單，易于自動(dòng)化，能耗低，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低，工作溫度在室溫附近等優(yōu)點(diǎn)，隨著膜及膜組件性能的提高，反滲透技術(shù)逐步大量地被應(yīng)用到環(huán)保領(lǐng)域，如化工、石油化工、紡織工業(yè)、紙漿、造紙廠等廢水的處理。

１．３溶解－擴(kuò)散模型

溶解－擴(kuò)散模型由Ｌｏｎｓｄａｌｅ和Ｒｉｌｅｙ等提出。此模

２．１重金屬廢水處理

作者簡(jiǎn)介：王海鳳（１９８２－），女，碩士，主要從事反滲透膜阻垢劑的研制及其性能研究，（手機(jī)）１３５８５７４４９５３（電子信箱）ｗａｎｇｈａｉｆｅｎｇｔ＠１６３．ｃｏｍ。

Ｏｚａｋｉ等［９］采用Ａｒｏｍａｔｉｃｐｏｌｙａｍｉｄｅ（ＥＳ２０）超低壓

反滲透膜分離稀溶液中的Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋和Ｃｒ６＋離子，結(jié)果表

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