反渗透膜工艺现状研究

A. 反渗透工艺的应用现状及进展

国外已有多套日产水量为10万吨级以上的反渗透海水淡化装置，目前正在运行的大型卷式膜海水淡化装置的单机能力多为日产水量6000吨。国内目前已建成和正在建设的反渗透海水淡化装置的规模为日产水量350～2500吨，国外单段反渗透海水淡化的水利用率最高45%，国内目前多为35%，另国内渔船上装载的反渗透海水淡化机多用直径2.5英寸的小型膜元件。目前国内有批量生产海水淡化装置丛并经验的公司不超过10家，正在河北建设的日产水量18000吨的“亚海水”脱盐装置是国内最大的使渗瞎迹用海水淡化膜的反渗透装置。今后国内海水淡化膜的应用将进入一个新时期，不久的将来，我国也会建设日产水万吨级的海水淡化装置，此外国内已开始商业生产海水淡化反渗透膜元件。
日本的三家膜公司已开发出可耐9.0MPa以上压力的海水淡化膜，使用此种膜，日本的水处理工程公司已在西班牙建造了神数水回收率高达60%的两段反渗透海水淡化装置。目前在日本福冈，已开始建设日产水五万八千吨的高回收率反渗透海水淡化装置。美国海德能公司已开始在大型饮用水项目上，提供对硼离子有高脱除率的海水淡化膜。

B. 污水处理膜技术的发展阶段及现状！需要相关资料！

膜分离技术的发展和现状

膜分离是人们所掌握的最节能的物质分离（包括分级、纯化、精制、浓缩）技术之一。近三十年来发展极其迅速，已从单纯的海水与苦咸水脱盐、纯水及超纯水的制备、工业用水的回用，逐步拓展到环保、化工、医药、食品、航天等领域中，以每年大于10%的速率递增，发展前景备受关注。
自20世纪60年代Loeb和Saurirajan研制成功了世界第一张非对称型醋酸纤维素反渗透膜以来，大规模海水淡化就变成了现实；20世纪70～80年代开发的超滤、气体分离膜等也已进入工业应用；80～90年代建成无水酒精渗透气化装置，现已大规模推广应用于有机物的回收和脱水；90年代以来被称之为膜接触器（membrane contactor）的膜萃取、膜吸收、膜汽提（membrane-based striping）、膜蒸馏（membrane distillation）等，为膜技术全面溶入大化工(流程工业：包括石油化工、化工、精细化工、制药、食品、发酵工程)领域提供了技术支持；近几年来膜促进传递（facilitated transport）、膜反应器（membrane-reactor）、膜传感器（membrane sensor）、控制释放（controlled release）等膜技术发展很快，膜式燃料电池（membrane fuel cell）则成为当今发达国家探索研究的热点。
目前膜分离技术已被广泛地用于水处理领域如海水淡化、苦咸水脱盐、超纯水制取；医药工业，人工脏器如人工肾
（artificial kidney）、膜式氧合器（membrane oxygenator）、人工肝的制备，以及药剂的浓缩、提纯；食品工业，如果汁和果肉等的浓缩、饮料的灭菌和纯清、从家畜等动物的血液中提取蛋白质；石油化学工业，如天然气中回收氦，合成氨厂尾气中回收氢、石油伴生气二氧化碳的回收、轻烃气流中脱除硫化氢等；环境保护，如废水（电镀废水、印染废水、石油化工废水、食品制药工业废水）中有用物质的回收，以及城市生活污水和放射性废水的处理等。
膜与膜技术的应用领域十分广阔，在当今世界高技术竞争中，也占有极其重要的位置，特别是载人航天、大洋深海探索研究与开发中离不开它，因而深受发达国家的关注。欧盟、日本、美国等早年在膜材料的基础研究和应用开发方面投入大量人力、物力，加拿大、意大利、荷兰和英国等也在膜的基础研究和开发应用上做出了大量的贡献。这些国家（如美国的KOCH、GE、DOW、DuPont;荷兰的norit等公司）在膜元件的制备技术上处于绝对领先的地位。
中国膜科学技术开始于1958年离子交换膜的研究；20世纪60年代研究反渗透膜，曾组织全国海水淡化会战，大大促进我国膜科学技术的发展；70年代就已开发出反渗透（reverse osmosis）、超滤（ultrafiltration）、微滤（microfiltration）和电渗析（electrodialysis）等器件设备，随后投入工业应用；80年代起除继续发展液体分离之外，气体膜分离和渗透气化等已走过了开发和研究阶段，现在已进入工业应用阶段，其它新技术也在不断研究开发之中。
膜科学与技术的发展与应用可分为膜元件的制造、膜设备的研制、膜软件的研发、膜应用四个环节。膜制造商只保证膜本身的标准分离性能，即在规定测试条件下的分离性能；膜硬件与膜软件是膜分离工程公司的工作，膜分离工程公司首先根据市场需求和用户要求分离的物料性状和目标产物标准进行实验研究，在满足用户要求的条件下确定膜元件的种类和数量，膜分离稳定运行的条件和清洗恢复条件，这就是膜软件；膜硬件就是膜元件和膜设备，膜设备实质上是机电一体化设备，膜元件是膜分离设备的核心，设备的其它部分都是为膜元件分离功能的发挥提供运行条件（温度，压力，流速流量等）的；膜软件是靠膜硬件来运行的，膜硬件的设计制作基础是膜软件；膜用户只能按照与膜分离工程公司达成的一致严格执行《膜分离设备运行规范》的要求，将膜分离设备与自己流程的前后工序连接运行以达到自己对膜分离工序所确定的运行目标。近年来膜过程（膜软件、膜硬件）的国内市场已经进入成熟期（高速增长，价格稳定）。

膜技术的主要分离过程
国际理论与应用化学联合会（IUPAC）将膜定义为:一种三维结构，三维中的一度（如厚度方向）尺寸要比其余两度小得多，并可通过多种推动力进行质量传递。这样膜过程就应该被定义为以膜为介质进行质量传递的一种化工单元过程或化工单元操作；很显然膜分离属于化工单元操作。
膜分离技术按传质推动力可分为压力差、浓度差、温度差、电位差等推动力膜；按膜组件结构可分为平板（盒式）膜、螺旋卷式膜、中空纤维膜、管式膜等；按功能层材料可分为无机膜（陶瓷膜、金属膜、碳分子筛膜等）和有机膜。
微滤、超滤、纳滤（nanofiltration）与反渗透都是以压力差为推动力的液体膜过程，当膜两侧存在一定压力差时，可使一部分溶剂及小分子的组分透过膜，而微粒、大分子、盐的离子等被膜截留下来，从而达到分离目的。四个过程的透过机理基本相同，主要是被分离物颗粒或分子、离子的大小和所采用膜的结构与性能有所差异。按照国际理论与应用化学联合会（IUPAC）对这四种膜过程的定义，微滤（MF）是指大于0.1μm的颗粒或可溶物被截留的压力驱动型膜过程;超滤（UF）是指不大于0.1μm大于2nm的颗粒或可溶物被截留的压力驱动型膜过程；反渗透（RO）是指高压下溶剂逆着其渗透压而选择性透过的膜过程；纳滤是指不大于2nm的颗粒或可溶物被截留的压力驱动型膜过程。微滤的压差范围为0.10～0.20MPa;超滤的压差范围为0.10～0.50MPa; 反渗透被用于截留溶液中的盐或其它小分子物质（分子量小于200），所施加的压力在2MPa左右，也可高达10MPa；纳滤用以分离分子量约为几百至几千的溶液组分，其压差范围为0.5～2.0MPa。
电渗析是在电场作用下使溶液中的阴、阳离子选择性地分别透过阴、阳离子交换膜，进行定向迁移的分离过程。该过程主要用于苦咸水脱盐、饮用水制备、工业用水处理等。近十多年来，开始应用于有机酸脱盐与纯化、废酸碱回收等；膜电解过程中，在两电极上存在电化学反应，并有气体产生，主要在氯碱工业中用于大规模生产离子膜级氢氧化钠。
气体分离膜是指在压力差下，利用气体中各组分在膜中渗透速率的差异，达到各组分分离的过程。气体分离膜已大规模用于合成氨厂的氮、氢分离，空气富氧、富氮，天然气中二氧化碳与甲烷的分离等。
渗透气化与蒸汽渗透（vaper permeation）均是利用待分离混合物中某组分具有优先选择性透过膜的特点，使料液侧优先渗透组分以溶解-扩散透过膜而实现分离的过程。两者的差异在于渗透汽化过程采用负压操作，进料物流为液态，优先透过膜的组分在膜下游侧汽化，并在冷凝器中冷凝和收集；而蒸汽渗透采用正压操作，进料物流为气相，常为对膜具有相互作用的有机分子透过膜。渗透气化主要用于有机物脱水（亲水膜）、水中有机物的脱除（疏水膜）、有机混合物分离等方面的应用，被认为是最有希望取代高能耗精馏技术的膜过程，其中有机溶剂脱水及水中有机物脱除已有工业装置；蒸汽渗透适用于空气中有机溶剂的回收，随着环保意识的增强，蒸汽渗透将会获得较大的推广应用。
另外还有两类正在开发与推广应用的新型膜技术：一类是目前称之为膜接触器，包括膜基吸收、膜级萃取、膜蒸馏、膜基汽提等。在这些过程中，膜介质本身对待处理的混合物无分离作用，主要利用膜的多孔性、亲水性或疏水性，为两相传递提供较大而稳定的相接触面，可克服常规分离中的液泛、返混等影响，因而近十余年来，深受化工界的关注；另一类是以膜为关键技术的集成分离过程，包括膜与蒸馏、膜与吸附、膜与反应等相结合的集成过程，具有常规分离过程所不能及的优点，也正在受到重视和发展。
随着科学技术的发展，人们模仿生物膜的某些功能，研制出各种功能的合成膜，应用于日常生活与工业生产过程中。可以认为，膜产业已成为21世纪发展最快的高新技术产业之一。
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C. 反渗透膜的发展趋势怎么样

反渗透膜用处非常广泛，很多行业都离不开它。最开始反渗透膜用处比较单一，但是随着时间的发展，反渗透膜有更广阔的发展空间。
反渗透膜是以脱盐为目的开发的，对膜的要求也只是为分离无机盐和水，随着反渗透膜用途的扩大，目前已达到根据用途对膜的构造进行设计的阶段。目前将传统的中压膜改为低压膜或超低压膜的动向非常活跃，其发展趋势概括如下：
在脱盐领域中，对于海水淡化由高压(5-7 MPa)向超高压(8-8.5 MPa)。对于咸水淡化将向脱盐(地下水、江河水)、废水处理(工业废水、城市污水)和超纯水(电子工业用水、医疗用水)等三方面发展。对处理压强将由中压(3-4 MPa)向低压(1-2 MPa)甚至超低压(1 MPa以下)。同时在有用物质浓缩回收领域会有更大的发展。
目前，在海水淡化方面，利用复合膜成功的达到了高脱盐率。在咸水淡化方面，目前将传统的中压膜改为低压膜或超低压膜，并保持脱盐率不变(或提高)，可以说是时代的潮流。
反渗透膜工程应用的另一个发展方向是反渗透膜膜组器与超滤、微滤、纳滤、EDI等组器的有机地组合应用，充分发挥各种膜分离技术的特性，形成一个完整的系统工程，达到浓缩、分离、提纯的目的。
鉴于RO技术的最近进展，在不久的将来，该领域中可望有如下的发展：
一，将开发去除小的氯化物有机分子的聚合物膜。
二， 将开发分离烃混合物的无机RO膜。
三，以动力膜为基础，将开发出无机和有机混合材料膜。
四，采用更先进的物理方法获悉膜的结构及膜中的液体的结构。
五，以控制聚合物体球粒的尺寸及球粒中聚合物的密度来控制膜的孔尺寸。
六，聚合物球粒的概念也将被用于复合膜的设计。
七，在膜孔尺寸和聚合物-溶液相互作用基础上，将发展更精确的传递理论。
八，由控制膜孔尺寸和膜溶质相互作用，将开发能将混合溶质分级的膜。
九， 膜污染将被膜的设计及膜组件的设计所控制。
十，RO和其它分离过程的混合分离系统将日益增长的渗入化学工业和有关工业，越来越多的将化学和生物反应与膜分离技术相结合。

D. 反渗透的应用现状

在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。估计自1995年以来，反渗透膜的使用量每年平均递增20%；据保守的统计，1999年工业反渗透膜元件的市场供应量为8英寸膜6000支，4英寸膜26000支。2000年和2001年的市场更为强劲，膜用量一年比一年有较大幅度的提高。据估算，反渗透技术的应用已创造水处理行业全年10亿人民币以上的产值。
国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水、各种工业纯水，饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保等行业的应用也形成了一定规模。
反渗透膜最新进展
超低压膜 由于节省电耗和降低相关机械部件的压力等级引起材料费下降等优点，自1999年以来超低压膜的应用比重日益增大，这在以使用4英寸膜为主的小型装置中应用最为突出，大型装置中应用超低压膜也呈上升趋势，目前使用超低压膜的最大装置的产水量为650吨/小时。
低污染膜 膜污染是反渗透应用中的最大危害。现在已有几种抗污染性能强、使用寿命长、清洗频度低且易清洗的低污染膜问世。
负电荷，现已有膜厂家开发出表面带正电荷的低压复合膜，这种膜主要应用于制备高电阻率的高纯水系统中。日本日东电工公司生产的正电荷膜ES10C已在半导体行业的三级反渗透系统中实现10-15兆欧电阻率的高纯水；韩国现代电子公司的3个生产厂的合计最终产水800吨/小时的三级反渗透系统的产水电阻率为8-9兆欧；上海某半导体厂的170吨/小时的三级反渗透系统也达到上述指标。另外，在国内几个制药厂的5-20吨/小时规模的两级反渗透系统中也实现了反渗透产水电阻率为1.7-3兆欧。
耐高温、食品级、卫生级反渗透膜 普通水处理用反渗透膜的使用温度均为0-45摄氏度，但在需要耐90摄氏度高温杀菌的特殊场合，可使用耐高温、耐化学药品的反渗透膜。此外，各种有特殊膜元件结构的食品级或卫生级的反渗透膜也开始在国内应用。

E. 反渗透工艺的应用现状

在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种，估计自1995年以来，反渗透膜的使用量每年平均递增20%，根据保守的统计，1999年工业反渗透膜元件的市场供应量为8英寸膜一万六千支，4英寸膜二万六千支。
国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水，各种工业纯水、饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保、冶金、纺织等行业的膜应用也都形成了一定规模。今后有潜力的应用领域有发电厂冷却循环水的排污水处理、大型海水淡化、苦咸水淡化、大型市政及工业废水处理等。 普通的水处理用反渗透膜的使用温度均为0～45℃，但在需要耐90℃高温杀菌的特殊场合，可使用耐高温、耐化学药品的反渗透膜。此外，各种有特殊膜元件结构的食品级或卫生级的反渗透膜也开始在国内得到应用。