中空纤维反渗透膜

中空纤维反渗透膜是外形像纤维状、中空、具有自支撑和反渗透作用的分离材料，它只能透过水分子而不能透过溶解盐类、胶体、细菌、微生物、有机物等。

发展历史上世纪六十年代，美国为解决宇航人员在太空以及月球的饮水问题，花费了约5亿美元才研究出来的。所以，纯净水在美国又称为“太空水”。反渗透膜是一种高科技的产品。它是经由美国许多的科学家付出无数的心血、时间及金钱研究出来的，并不是一般的过滤器所能类比的。

在21世纪以前，反渗透膜技术都是被国外所垄断，而中国是直到90年代末期才开始掌握了反渗透膜的生产技术．这个历史要追述到建国初期，当时我们国家的领导人已经意识到海水淡化的前景和将来在社会中的作用。

早在1958年，石松研究员等首先在我国开展离子交换膜电渗析海水淡化研究。而在此前1953年美国C.E.Reid建议美国内务部将反渗透研究列入国家计划。

随后1967年，国家科委组织全国海水淡化会战，组织全国在水处理和分析化学、材料化学、流体力学等各个学科的精英会战海水淡化。

1970年，组织了全国第一个海水淡化研究室。此期间，他们一直用电渗析技术进行海水淡化，研制成功海洋监测专用微孔滤膜，建成了世界最大的电渗析海水淡化站——西沙永兴岛海水淡化站。

1982年，中国海水淡化与水再利用学会经中国科协学会部批准在杭州成立。但是，因为经历了十年浩劫，毕竟还是衰弱下去了，此时，远在大洋彼岸的美国的全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件已经赫然问世。

1984年，国家海洋局以海水淡化研究室为主体，组建国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心，中国开始对膜技术重视了，但是，美国海水淡化用复合膜及其卷式元件已经大面积商业化了，投入到了国家和民用中去了。

1992年，国家为了追赶膜方面技术与世界的差距，，国家科委、军委，以“中心”为依托，组建国家液体分离膜工程技术研究中心，并开始悄悄研制国产反渗透膜。

2001年，“中心”实行集团化分体管理，所辖三个控股的中外合资公司，两个中资公司和一个研发中心。 反渗透膜当年正式公开问世，从此，中国有了自己的反渗透膜产品，享有完全自主知识产权、由中国制造、具有民族品牌的高性能复合膜元件开始投放市场，中国成为世界上第四个掌握自主反渗透膜技术的国家。

但是，作为反渗透膜的最高点，中空纤维反渗透膜一直是空白。

工作原理反渗透，简称RO（Reverse Osmosis）

反渗透的基本工作原理是：运用特制的高压水泵，将原水加至6—20公斤压力，使原水在压力的作用下渗透过孔径只有0.0001微米的反渗透膜。化学离子和细菌（细菌的体积是反渗透膜孔径的500倍）、真菌、病毒体不能通过，随废水排出，只允许体积小于0.0001微米的水分子通过。通过反渗透膜产出的水可以直接饮用，它被广泛用来处理一般的自来水从而提供优质的饮用水（俗称太空水）。

分类反渗透膜有以下几类：中空纤维式、卷式、板框式和管式。

目前中空纤维式是最先进、最科学的。

优点中空纤维反渗透膜与其他结构膜体相比：同样条件下与流体接触面积显著增加、装置结构紧凑、安装简单、操作简便、能耗低，并可在常温下操作。中空纤维反渗透膜的孔的尺寸非常小，它小到最小的细菌和病毒都无法通过，完全可以能保证水的纯净。是理想的反渗透膜。 广泛应用于饮用水净化、有机化工、酿造工业、三废处理等领域。

技术概要在反渗透系统运行过程中，反渗透膜表面会由于原水中泥泽、胶状物、有机物、微生物等污染物质的存在及膜分离过程中对难溶物质的浓缩而产生的沉积，进而形成对反渗透膜的污染。我们都知道，反渗透系统的预处理装置是为尽可能多地去除引起膜污染的物质而专门设计的，尽管如此，即便系统有着相当完善的预处理设备也不能完全避免膜在使用过程中的污染，所以需要在设备运行的过程中进行周期性的去除膜系统中污染物的作业，这个操作过程就叫做反渗透系统的就地清洗。1

反渗透膜被污染后，就会出现系统产水量减少、盐的透过率增加等膜性能方面的衰退。但由于反渗透设备在使用过程中，影响膜性能的其它主要因素(压力、温度等)的变化，膜污染的现象有可能被其它因素掩盖，因此应予以注意。

性能参数反渗透设备的性能参数与压力、温度、pH值、系统水回收率及原水含盐浓度等诸多因素的变化有关。因此，依据初始试机时而得到的正常技术参数(产品水流量、压力、压差及系统脱盐率)作为依据及与标准化后现时系统数据比较是非常重要的。此外，清洗时间的选择也因使用反渗透设备地区的原水水质条件及环境特性的差异而有所不同，因此，有必要根据设备现场的条件施以适当的管理措施。但是无论如何，对于任何一个设计优良和管理完善的反渗透系统来说，化学清洗的最短周期均应保证在累计连续运行3个月以上，运转时间一般达到6-12个月左右最好，否则就必须考虑对原有系统的预处理设备或其运行管理有所改善。

表现(1)碳酸盐垢

结垢后表现：标准渗透水流量下降，或是脱盐率下降。

原因：膜表面浓差极化增加

(2)铁/锰

污染后表现：标准压差升高(主要发生在装置前端的膜元件)，也可能引起透水量下降。通常锰和铁会同时存在。

(3)硫酸盐垢

若发生沉积，首先影响盐浓度最高的系统最后面的膜元件，表现为二段压差明显升高。需要用专用清洗剂。

(4)硅

颗粒硅：污堵膜元件水流通道，导致系统压差升高。采用0.4%二氯胺对于溶解严重污染的硅垢是有效的。

胶硅：与颗粒硅相似。

溶解硅：形成硅酸盐析出，应采用二氯胺清洗。

(5)悬浮物/有机物

污堵表现：透水量下降，一段压差明显升高。若给水SDI大于4或浊度大于1，有机物污染的可能性较大。

(6)微生物

污堵表现：标准压差升高或标准透水量下降。可采用非氧化性杀菌剂加碱进行清洗。

(7)铁细菌

污堵表现：标准压差升高。可采用EDTA钠盐加碱进行清洗。

注意事项■ 应把清洗排放废液对环境的影响(EDTA，杀菌剂等)降低到最低限度。

■ 应尽可能使本次清洗过程去除污染物最大化。

■ 应在清洗时对膜的损伤最小化(应首先考虑选择对膜性能 影响小的药剂)。

■ 在实际清洗操作时，在保证清洗效果的前提条件下，尽可能使清洗费用最低化2

清洗箱容积的确定及清洗液的用量计算清洗箱的容积和清洗液的用量可以通过以下几种方式计算而获得：

1)运用压力容器的空体积和管道的空体积进行估算：

压力容器的空体积为：

V1 = NπR2L

其中： N = 每次清洗时的压力容器数目

R = 压力容器的半径

L = 压力容器的有效长度

管道空容积体积为：

V2=L1πd2/4

其中： L1 = 为清洗管道总长度

d = 为清洗管道直径

清洗箱总容积(即清洗液配制量)：

V= 1.2(V1+ V2)

2)根据膜元件的型号规格和污染程度来计算清洗箱的容积和清洗液的配制量：

对于正常污染情况：一般按每根4英寸的膜元件配制8.5升的清洗液;每根8英寸的膜元件按34升来配制清洗液的方法来计算反渗透清洗箱的容积。

对于污染较为严重的情况：每根4英寸膜元件配制16升清洗液;每根8英寸膜元件按55升配制清洗液并由此而得到清洗箱的容积和清洗液的配制量。

膜清洗过程1)首先用反渗透产品水(最好采用反渗透产品水，也可以用符合反渗透进水标准的软化水或过滤水)冲洗反渗透膜组件和系统管道，

2)用反渗透产品水至少应该是合格的软化水配制清洗液，并且保证混合均匀;在清洗前应反复确认清洗液pH值和温度是否适宜。

3)首先用正常清洗流量的1/2及40~60PSI的运行压力向反渗透设备打入清洗液，并去除膜容器内部存留的水。并把刚开始循环回来的部分清洗液排掉，防止清洗液被稀释。

在正常清洗时，清洗系统压力控制准则是采用几乎使系统不能产出纯水时的压力为最好(即清洗系统供给压力与原水和浓缩水间的压差大小相等)。因为合适的清洗运行压力可使反渗透膜面上重新堆积异物质的可能性降到最低的程度。

4)清洗时，先将以前在压力容器内部存留的水排净.然后再把清洗过程产生浓缩水和产出水向清洗槽循环，并注意保持清洗液温度稳定。在开始进行循环清洗前，要首先确认清洗液温度和pH值是否已符合标准。并对其回流清洗液的浊度等直观情况进行确认：如果回流清洗液已明显变色或变浊则应重新准备清洗液;若回流清洗液pH变化值超过0.5时，最好重新调整PH值或更换清洗液。

5)在对系统进行化学清洗时，一般操作方法是：首先对需要清洗的压力容器采用低流量(1/2标准清洗流量)循环清洗5~15分钟，然后再采用中流量(2/3标准清洗流量)循环清洗10~15分钟。

6)然后停泵并关掉阀门，使膜元件浸泡在清洗液中，浸泡时间大致为1个小时。如膜污染情况较为严重或是清洗较难去除的污染物，该过程的浸泡时间可适当延长。为保证长时间浸泡时的清洗液温度，也可采用反复进行循环与浸泡相结合的方式。一般说来清洗液的温度至少应保持在20℃以上和40℃以下，适宜的清洗液温度可增强清洗效果;请注意:温度过低的清洗液可能在清洗过程中发生药品沉淀。当清洗液温度过低时，清洗应安排在将清洗液温度升高到较为合适的温度后在进行。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学