#水处理膜分离工艺#
今天的主题是反渗透工艺，通过反渗透膜的截留作用，可以去除盐水中的无机盐离子，从而达到脱盐的目的，获得纯净的脱盐水。下面主要从工艺原理、工作过程和工艺计算这三个部分来进行介绍。
反渗透工艺原理
渗透压
渗透压是区分溶液与纯水性质之间性质差别的一个标志。
如果用一张半透膜将淡水和盐水分隔开，就会发生渗透现象，也就是淡水中的水分子就会自发的通过半透膜伸入到盐水中。
渗透现象那么为什么会发生这种现象呢，我们可以根据热力学原理，用溶液化学势的变化进行解释，溶液中水的化学势可以用如下公式进行计算：
溶液中的化学式计算由于溶液的x＜1，所以Inx＜0（即x的对数小于0），所以溶液的化学势μ＜纯水的化学势μΘ，所以纯水中的水分子会向化学势较低的盐水中渗透。
渗透一段时间后会达到动态的平衡，半透膜两侧就会存在一定的水位差，这个水位差的高度，就是盐水的渗透压π。
渗透压的π渗透压与溶液的浓度和热力学温度有关，通常可用如下公式计算：
渗透压与溶液浓度及热力学温度的关系反渗透
假如在盐水这一边施加压力p，当p＞π时，盐水中的水分子则会透过半透膜向淡水一边移动，这就是我们今天要说的反渗透现象。
反渗透现象反渗透膜材料
作为反渗透中重要的组成部分，反渗透膜的材料分为高分子材料和无机材料，其中应用比较广泛的有醋酸纤维素类的膜材料和聚酰胺类膜材料：
醋酸纤维及聚酰胺类膜材料其中聚酰胺复合膜的应用更为广泛，我们看一下它的结构：
聚酰胺复合膜的结构最下层为聚酯材料增强无纺布（约μm），中间层为多孔聚砜材料（约40μm），最上层为聚酰胺材料超薄分离层（约0.25~1μm）。在反渗透的过程中，起到分离水和盐分子作用的主要是最上层。
反渗透膜组件与工作过程
卷式膜组件是最具代表性且应用最广泛的膜组件，下面是其结构示意图：
卷式膜组件的结构原水通过进水隔网进入到反渗透膜单元内，脱盐后的水通过位于中心的产水管流出，浓水则从浓水管排出。
通过下面的视频我们看一下卷式分渗透膜组件的组装过程：
反渗透的工作原理
01:49反渗透工艺流程与计算
反渗透工艺流程
在介绍反渗透的工艺计算之前，我们先看一下反渗透的工艺流程，反渗透最基本的工艺流程就是一级一段：
反渗透一级一段工艺一级一段有单程式和循环式两种形式，单程式中原水只经过一次反渗透装置，淡水和浓水是连续排出的，不过这种流程中，水的回收率比较低，也就是成本高，所以工业中使用的很少。
而循环式中部分浓水循环回到原水池中再次进行处理，就提高了水的回收率，但是有利就有弊，浓水的浓度会随着循环越来越高，导致淡水的水质下降。
一般来说，一级一段工艺的浓水排放量较高，水的回收率也相对低一些，而且出水水质，并不能满足我们的日常生活和生产的要求。针对以上的这些问题，就出现了多级多段的工艺流程。
与《电渗析工艺简介》中介绍的类似，反渗透也涉及到“级”和“段”的概念。不过反渗透每增加一级，是对淡水的进一步淡化，提高的是脱盐率；每增加一段则是使浓水进一步浓缩，提高的是水的回收率，如下图所示：
级与段的概念了解了“级”和“段”的概念之后，我们看一个一级三段和二级一段的反渗透工艺流程图：
反渗透工艺流程反渗透工艺计算
反渗透主要有水通量、脱盐率、操作压力和水回收率这4个重要参数，接下来逐个介绍一下。
水通量影响的是产水的效率，与施加在反渗透膜两侧的压力差和渗透压差有关，我们看一下水通量的计算公式：
水通量计算公式只有当压力差＞渗透压时才会有水通量，压力差越大，水通量就越大。除此之外，水通量还与水的渗透系数Kw有关，Kw的数值与膜材料本身的性质有关，膜材料的亲水性越强，水通量就越高，反之越低。
然后是脱盐率，其计算公式如下：
脱盐率计算公式由公式可以看出，脱盐率反映的是反渗透膜对水中溶质的截留程度，直接影响到反渗透的出水水质。
当浓水进行循环时，根据物料平衡，反渗透膜进水侧的平均盐浓度可用如下公式计算：
反渗透进水侧平均盐浓度其中Ca为膜进水侧的盐浓度，是浓水盐浓度和进水盐浓度的平均值。所以这种情况下，可以用Ca来代替CF进行脱盐率的计算。
再然后是操作压力，这个参数影响的是反渗透的工艺性能，根据水通量的计算公式，操作压力越大，推动力就越大，膜的水通量也就越大。
除了对水通量有影响外，操作压力还会影响到反渗透的脱盐率，这里涉及到一个与水通量类似的概念，叫做溶质通量Js（溶质渗透系数与膜两侧溶质的浓度差的乘积），溶质通量还可以表示为水通量与淡水盐浓度的乘积，即：
溶质通量在条件不变的情况下，水通量与压力差成正比；溶质通量与分子扩散有关，所以只与浓度差成正比；所以，操作压力增大，水通量增加，降低了淡水的溶质浓度，也就导致了脱盐率增加，其变化过程可以看如下曲线：
另外，操作压力也影响能耗，毕竟罗伯特·迈尔说过，能量是守恒的，天底下没有白做的功，所以压力越大，能耗也越高。
最后一个重要参数是水回收率，是淡水流量与进水流量的比值。提高水的回收率，就可以减少浓水的产生量，也有利于能耗的降低。
但是回收率过高则会导致浓水的渗透压升高，反渗透阻力增大，膜结垢的风险增大，所以说回收率也是一把双刃剑，设计时要合理，且兼顾其它问题。
反渗透工艺常常用于海水淡化和苦咸水的淡化，所以这两种工况下，反渗透的基本工艺参数可参考如下：
反渗透工艺基本参数结语
以上就是反渗透工艺的相关内容了，仅抛砖引玉，希望能加深大家对此工艺的了解。
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