反滲透和納濾的基本原理和概念

反滲透和納濾的基本原理和概念

 

反滲透和納濾是一個利用半透膜從溶液中分離出溶劑和溶質的過程。半透膜只允許溶劑和少部分溶質通過，同時截留大部分溶質。要了解反滲透和納濾是怎樣工作的，首 先須要了解自然滲透過程。

 

值得注意的是，雖然許多溶劑能被應用于反滲透工程，但反滲透主要的應用還是在以水為溶劑的溶液系統(tǒng)，因此以下所有的論述和討論都是在基于水溶液系統(tǒng)上的。

 

滲透

 

滲透是一個水通過半透膜從低濃度溶液流向高濃度溶液的自然工程。

 

容器由半透膜分為左右兩個室，在其左邊加入濃溶液，右邊加入稀溶液。由于兩側溶劑（即水）化學勢的差別，水分子將從稀溶液中透過半透膜不短流向濃溶液，因而在兩側頁面形成高度差；知道液柱產(chǎn)生的壓力剛好能阻止水分子的凈流入，進入半透膜的水分子達到動態(tài)平衡。此時兩側頁面的高度差就是濃溶液和稀溶液在該平衡狀態(tài)濃度下的滲透壓差；而當稀溶液為純?nèi)軇�（即純水）時，兩側頁面的高度差就是濃溶液在該平衡狀態(tài)下的滲透壓。

 

溶液的滲透壓可以通過van’t Hoff方程式進行估算：

 

II=RTΣCi

 

式中：II---滲透壓，KPa；

 

R---常數(shù)8.314kPa·L/（K·mol）

 

ΣCi---各離子的濃度總和，mol/L

 

T---熱力學溫度，K

 

從式中可以看出，滲透壓是溶液濃度的函數(shù)，溶液濃度越高，其滲透壓就越大。

 

值得注意的是，滲透壓是溶液的一種性質，與膜無關。不同種類的溶液其滲透壓是不一樣的。例如，在反滲透計算時，我們常常用NaC1溶液來進行估算，一般1mg/L的NaC1約產(chǎn)生69Pa的滲透壓。但高分子有 機物產(chǎn)生的滲透壓卻要低得多，如1mg/L的葡萄糖產(chǎn)生的滲透壓只有13.8Pa。

 

反滲透和納濾都屬于滲透膜范疇，滲透壓在膜的傳質過程中起著其重要的作用。

 

反滲透

 

反滲透就是在濃溶液側施加大于溶液滲透壓的壓力，迫使水分子逆向（與自然滲透方向相反）通過半透膜進入稀溶液的過程，故在有些文獻中也將“反滲透”稱為“逆滲透”。

 

由于在反滲透過程中，濃溶液側的水分子通過半透膜流向稀溶液，而絕大部分溶質（溶解性固體）卻無法透過膜，被截留下來。故濃溶液被進一步濃縮或者說脫水，稀溶液被稀釋純化或者說脫鹽。而濃縮與脫鹽也是當今反滲透膜應用的兩大方向。

 

實際應用中，由于反反滲透膜元件及膜片本身對水的流動具有阻力，故施加在反滲透膜上用于實現(xiàn)反滲透過程的的壓力遠遠高于溶液的滲透壓。例如，苦咸水在1500ppmTDS濃度時的滲透壓約為15psi，但其操作壓力可能需要150-300psi；海水在35000ppmTDS濃度時的滲透壓約為350psi，而其操作壓力可能需要150-300psi。由此可見，反滲透膜系統(tǒng)的驅動壓力有很大一部分是用來克服膜組件及膜片本身對水的阻力；特別是對于低含鹽量的水源時，這種現(xiàn)象更加明顯。因此對于反滲透系統(tǒng)來講，選擇合適的膜元件是非常重要的。