反滲透膜工藝現狀研究

A. 反滲透工藝的應用現狀及進展

國外已有多套日產水量為10萬噸級以上的反滲透海水淡化裝置，目前正在運行的大型卷式膜海水淡化裝置的單機能力多為日產水量6000噸。國內目前已建成和正在建設的反滲透海水淡化裝置的規模為日產水量350～2500噸，國外單段反滲透海水淡化的水利用率最高45%，國內目前多為35%，另國內漁船上裝載的反滲透海水淡化機多用直徑2.5英寸的小型膜元件。目前國內有批量生產海水淡化裝置叢並經驗的公司不超過10家，正在河北建設的日產水量18000噸的「亞海水」脫鹽裝置是國內最大的使滲瞎跡用海水淡化膜的反滲透裝置。今後國內海水淡化膜的應用將進入一個新時期，不久的將來，我國也會建設日產水萬噸級的海水淡化裝置，此外國內已開始商業生產海水淡化反滲透膜元件。
日本的三家膜公司已開發出可耐9.0MPa以上壓力的海水淡化膜，使用此種膜，日本的水處理工程公司已在西班牙建造了神數水回收率高達60%的兩段反滲透海水淡化裝置。目前在日本福岡，已開始建設日產水五萬八千噸的高回收率反滲透海水淡化裝置。美國海德能公司已開始在大型飲用水項目上，提供對硼離子有高脫除率的海水淡化膜。

B. 污水處理膜技術的發展階段及現狀！需要相關資料！

膜分離技術的發展和現狀

膜分離是人們所掌握的最節能的物質分離（包括分級、純化、精製、濃縮）技術之一。近三十年來發展極其迅速，已從單純的海水與苦鹹水脫鹽、純水及超純水的制備、工業用水的回用，逐步拓展到環保、化工、醫葯、食品、航天等領域中，以每年大於10%的速率遞增，發展前景備受關注。
自20世紀60年代Loeb和Saurirajan研製成功了世界第一張非對稱型醋酸纖維素反滲透膜以來，大規模海水淡化就變成了現實；20世紀70～80年代開發的超濾、氣體分離膜等也已進入工業應用；80～90年代建成無水酒精滲透氣化裝置，現已大規模推廣應用於有機物的回收和脫水；90年代以來被稱之為膜接觸器（membrane contactor）的膜萃取、膜吸收、膜汽提（membrane-based striping）、膜蒸餾（membrane distillation）等，為膜技術全面溶入大化工(流程工業：包括石油化工、化工、精細化工、制葯、食品、發酵工程)領域提供了技術支持；近幾年來膜促進傳遞（facilitated transport）、膜反應器（membrane-reactor）、膜感測器（membrane sensor）、控制釋放（controlled release）等膜技術發展很快，膜式燃料電池（membrane fuel cell）則成為當今發達國家探索研究的熱點。
目前膜分離技術已被廣泛地用於水處理領域如海水淡化、苦鹹水脫鹽、超純水製取；醫葯工業，人工臟器如人工腎
（artificial kidney）、膜式氧合器（membrane oxygenator）、人工肝的制備，以及葯劑的濃縮、提純；食品工業，如果汁和果肉等的濃縮、飲料的滅菌和純清、從家畜等動物的血液中提取蛋白質；石油化學工業，如天然氣中回收氦，合成氨廠尾氣中回收氫、石油伴生氣二氧化碳的回收、輕烴氣流中脫除硫化氫等；環境保護，如廢水（電鍍廢水、印染廢水、石油化工廢水、食品制葯工業廢水）中有用物質的回收，以及城市生活污水和放射性廢水的處理等。
膜與膜技術的應用領域十分廣闊，在當今世界高技術競爭中，也佔有極其重要的位置，特別是載人航天、大洋深海探索研究與開發中離不開它，因而深受發達國家的關注。歐盟、日本、美國等早年在膜材料的基礎研究和應用開發方面投入大量人力、物力，加拿大、義大利、荷蘭和英國等也在膜的基礎研究和開發應用上做出了大量的貢獻。這些國家（如美國的KOCH、GE、DOW、DuPont;荷蘭的norit等公司）在膜元件的制備技術上處於絕對領先的地位。
中國膜科學技術開始於1958年離子交換膜的研究；20世紀60年代研究反滲透膜，曾組織全國海水淡化會戰，大大促進我國膜科學技術的發展；70年代就已開發出反滲透（reverse osmosis）、超濾（ultrafiltration）、微濾（microfiltration）和電滲析（electrodialysis）等器件設備，隨後投入工業應用；80年代起除繼續發展液體分離之外，氣體膜分離和滲透氣化等已走過了開發和研究階段，現在已進入工業應用階段，其它新技術也在不斷研究開發之中。
膜科學與技術的發展與應用可分為膜元件的製造、膜設備的研製、膜軟體的研發、膜應用四個環節。膜製造商只保證膜本身的標准分離性能，即在規定測試條件下的分離性能；膜硬體與膜軟體是膜分離工程公司的工作，膜分離工程公司首先根據市場需求和用戶要求分離的物料性狀和目標產物標准進行實驗研究，在滿足用戶要求的條件下確定膜元件的種類和數量，膜分離穩定運行的條件和清洗恢復條件，這就是膜軟體；膜硬體就是膜元件和膜設備，膜設備實質上是機電一體化設備，膜元件是膜分離設備的核心，設備的其它部分都是為膜元件分離功能的發揮提供運行條件（溫度，壓力，流速流量等）的；膜軟體是靠膜硬體來運行的，膜硬體的設計製作基礎是膜軟體；膜用戶只能按照與膜分離工程公司達成的一致嚴格執行《膜分離設備運行規范》的要求，將膜分離設備與自己流程的前後工序連接運行以達到自己對膜分離工序所確定的運行目標。近年來膜過程（膜軟體、膜硬體）的國內市場已經進入成熟期（高速增長，價格穩定）。

膜技術的主要分離過程
國際理論與應用化學聯合會（IUPAC）將膜定義為:一種三維結構，三維中的一度（如厚度方向）尺寸要比其餘兩度小得多，並可通過多種推動力進行質量傳遞。這樣膜過程就應該被定義為以膜為介質進行質量傳遞的一種化工單元過程或化工單元操作；很顯然膜分離屬於化工單元操作。
膜分離技術按傳質推動力可分為壓力差、濃度差、溫度差、電位差等推動力膜；按膜組件結構可分為平板（盒式）膜、螺旋卷式膜、中空纖維膜、管式膜等；按功能層材料可分為無機膜（陶瓷膜、金屬膜、碳分子篩膜等）和有機膜。
微濾、超濾、納濾（nanofiltration）與反滲透都是以壓力差為推動力的液體膜過程，當膜兩側存在一定壓力差時，可使一部分溶劑及小分子的組分透過膜，而微粒、大分子、鹽的離子等被膜截留下來，從而達到分離目的。四個過程的透過機理基本相同，主要是被分離物顆粒或分子、離子的大小和所採用膜的結構與性能有所差異。按照國際理論與應用化學聯合會（IUPAC）對這四種膜過程的定義，微濾（MF）是指大於0.1μm的顆粒或可溶物被截留的壓力驅動型膜過程;超濾（UF）是指不大於0.1μm大於2nm的顆粒或可溶物被截留的壓力驅動型膜過程；反滲透（RO）是指高壓下溶劑逆著其滲透壓而選擇性透過的膜過程；納濾是指不大於2nm的顆粒或可溶物被截留的壓力驅動型膜過程。微濾的壓差范圍為0.10～0.20MPa;超濾的壓差范圍為0.10～0.50MPa; 反滲透被用於截留溶液中的鹽或其它小分子物質（分子量小於200），所施加的壓力在2MPa左右，也可高達10MPa；納濾用以分離分子量約為幾百至幾千的溶液組分，其壓差范圍為0.5～2.0MPa。
電滲析是在電場作用下使溶液中的陰、陽離子選擇性地分別透過陰、陽離子交換膜，進行定向遷移的分離過程。該過程主要用於苦鹹水脫鹽、飲用水制備、工業用水處理等。近十多年來，開始應用於有機酸脫鹽與純化、廢酸鹼回收等；膜電解過程中，在兩電極上存在電化學反應，並有氣體產生，主要在氯鹼工業中用於大規模生產離子膜級氫氧化鈉。
氣體分離膜是指在壓力差下，利用氣體中各組分在膜中滲透速率的差異，達到各組分分離的過程。氣體分離膜已大規模用於合成氨廠的氮、氫分離，空氣富氧、富氮，天然氣中二氧化碳與甲烷的分離等。
滲透氣化與蒸汽滲透（vaper permeation）均是利用待分離混合物中某組分具有優先選擇性透過膜的特點，使料液側優先滲透組分以溶解-擴散透過膜而實現分離的過程。兩者的差異在於滲透汽化過程採用負壓操作，進料物流為液態，優先透過膜的組分在膜下游側汽化，並在冷凝器中冷凝和收集；而蒸汽滲透採用正壓操作，進料物流為氣相，常為對膜具有相互作用的有機分子透過膜。滲透氣化主要用於有機物脫水（親水膜）、水中有機物的脫除（疏水膜）、有機混合物分離等方面的應用，被認為是最有希望取代高能耗精餾技術的膜過程，其中有機溶劑脫水及水中有機物脫除已有工業裝置；蒸汽滲透適用於空氣中有機溶劑的回收，隨著環保意識的增強，蒸汽滲透將會獲得較大的推廣應用。
另外還有兩類正在開發與推廣應用的新型膜技術：一類是目前稱之為膜接觸器，包括膜基吸收、膜級萃取、膜蒸餾、膜基汽提等。在這些過程中，膜介質本身對待處理的混合物無分離作用，主要利用膜的多孔性、親水性或疏水性，為兩相傳遞提供較大而穩定的相接觸面，可克服常規分離中的液泛、返混等影響，因而近十餘年來，深受化工界的關注；另一類是以膜為關鍵技術的集成分離過程，包括膜與蒸餾、膜與吸附、膜與反應等相結合的集成過程，具有常規分離過程所不能及的優點，也正在受到重視和發展。
隨著科學技術的發展，人們模仿生物膜的某些功能，研製出各種功能的合成膜，應用於日常生活與工業生產過程中。可以認為，膜產業已成為21世紀發展最快的高新技術產業之一。
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C. 反滲透膜的發展趨勢怎麼樣

反滲透膜用處非常廣泛，很多行業都離不開它。最開始反滲透膜用處比較單一，但是隨著時間的發展，反滲透膜有更廣闊的發展空間。
反滲透膜是以脫鹽為目的開發的，對膜的要求也只是為分離無機鹽和水，隨著反滲透膜用途的擴大，目前已達到根據用途對膜的構造進行設計的階段。目前將傳統的中壓膜改為低壓膜或超低壓膜的動向非常活躍，其發展趨勢概括如下：
在脫鹽領域中，對於海水淡化由高壓(5-7 MPa)向超高壓(8-8.5 MPa)。對於鹹水淡化將向脫鹽(地下水、江河水)、廢水處理(工業廢水、城市污水)和超純水(電子工業用水、醫療用水)等三方面發展。對處理壓強將由中壓(3-4 MPa)向低壓(1-2 MPa)甚至超低壓(1 MPa以下)。同時在有用物質濃縮回收領域會有更大的發展。
目前，在海水淡化方面，利用復合膜成功的達到了高脫鹽率。在鹹水淡化方面，目前將傳統的中壓膜改為低壓膜或超低壓膜，並保持脫鹽率不變(或提高)，可以說是時代的潮流。
反滲透膜工程應用的另一個發展方向是反滲透膜膜組器與超濾、微濾、納濾、EDI等組器的有機地組合應用，充分發揮各種膜分離技術的特性，形成一個完整的系統工程，達到濃縮、分離、提純的目的。
鑒於RO技術的最近進展，在不久的將來，該領域中可望有如下的發展：
一，將開發去除小的氯化物有機分子的聚合物膜。
二， 將開發分離烴混合物的無機RO膜。
三，以動力膜為基礎，將開發出無機和有機混合材料膜。
四，採用更先進的物理方法獲悉膜的結構及膜中的液體的結構。
五，以控制聚合物體球粒的尺寸及球粒中聚合物的密度來控制膜的孔尺寸。
六，聚合物球粒的概念也將被用於復合膜的設計。
七，在膜孔尺寸和聚合物-溶液相互作用基礎上，將發展更精確的傳遞理論。
八，由控制膜孔尺寸和膜溶質相互作用，將開發能將混合溶質分級的膜。
九， 膜污染將被膜的設計及膜組件的設計所控制。
十，RO和其它分離過程的混合分離系統將日益增長的滲入化學工業和有關工業，越來越多的將化學和生物反應與膜分離技術相結合。

D. 反滲透的應用現狀

在各種膜分離技術中，反滲透技術是近年來國內應用最成功、發展最快、普及最廣的一種。估計自1995年以來，反滲透膜的使用量每年平均遞增20%；據保守的統計，1999年工業反滲透膜元件的市場供應量為8英寸膜6000支，4英寸膜26000支。2000年和2001年的市場更為強勁，膜用量一年比一年有較大幅度的提高。據估算，反滲透技術的應用已創造水處理行業全年10億人民幣以上的產值。
國內反滲透膜工業應用的最大領域仍為大型鍋爐補給水、各種工業純水，飲用水的市場規模次之，電子、半導體、制葯、醫療、食品、飲料、酒類、化工、環保等行業的應用也形成了一定規模。
反滲透膜最新進展
超低壓膜 由於節省電耗和降低相關機械部件的壓力等級引起材料費下降等優點，自1999年以來超低壓膜的應用比重日益增大，這在以使用4英寸膜為主的小型裝置中應用最為突出，大型裝置中應用超低壓膜也呈上升趨勢，目前使用超低壓膜的最大裝置的產水量為650噸/小時。
低污染膜 膜污染是反滲透應用中的最大危害。現在已有幾種抗污染性能強、使用壽命長、清洗頻度低且易清洗的低污染膜問世。
負電荷，現已有膜廠家開發出表面帶正電荷的低壓復合膜，這種膜主要應用於制備高電阻率的高純水系統中。日本日東電工公司生產的正電荷膜ES10C已在半導體行業的三級反滲透系統中實現10-15兆歐電阻率的高純水；韓國現代電子公司的3個生產廠的合計最終產水800噸/小時的三級反滲透系統的產水電阻率為8-9兆歐；上海某半導體廠的170噸/小時的三級反滲透系統也達到上述指標。另外，在國內幾個制葯廠的5-20噸/小時規模的兩級反滲透系統中也實現了反滲透產水電阻率為1.7-3兆歐。
耐高溫、食品級、衛生級反滲透膜 普通水處理用反滲透膜的使用溫度均為0-45攝氏度，但在需要耐90攝氏度高溫殺菌的特殊場合，可使用耐高溫、耐化學葯品的反滲透膜。此外，各種有特殊膜元件結構的食品級或衛生級的反滲透膜也開始在國內應用。

E. 反滲透工藝的應用現狀

在各種膜分離技術中，反滲透技術是近年來國內應用最成功、發展最快、普及最廣的一種，估計自1995年以來，反滲透膜的使用量每年平均遞增20%，根據保守的統計，1999年工業反滲透膜元件的市場供應量為8英寸膜一萬六千支，4英寸膜二萬六千支。
國內反滲透膜工業應用的最大領域仍為大型鍋爐補給水，各種工業純水、飲用水的市場規模次之，電子、半導體、制葯、醫療、食品、飲料、酒類、化工、環保、冶金、紡織等行業的膜應用也都形成了一定規模。今後有潛力的應用領域有發電廠冷卻循環水的排污水處理、大型海水淡化、苦鹹水淡化、大型市政及工業廢水處理等。 普通的水處理用反滲透膜的使用溫度均為0～45℃，但在需要耐90℃高溫殺菌的特殊場合，可使用耐高溫、耐化學葯品的反滲透膜。此外，各種有特殊膜元件結構的食品級或衛生級的反滲透膜也開始在國內得到應用。