反渗透脱盐基本原理

当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会自
发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动
将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透
压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，反渗透脱盐的流向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯
水侧，上述现象就是水的反渗透（RO）处理的基本原理。
这个问题太深奥了，至今科学家们都无法完全明确解释。其实把反渗透现象理解清楚就可以。
学界对于反渗透分离机理的解释主要流行以下三种理论：
1、溶解-扩散模型
Lonsdale等人提出解释反渗透现象的溶解-扩散模型。反渗透脱盐他将反渗透的活性表面皮层看作为致密无
孔的膜，并假设溶质和溶剂都能溶于均质的非多孔膜表面层内，各自在浓度或压力造成的化学势推
动下扩散通过膜。溶解度的差异及溶质和溶剂在膜相中扩散性的差异影响着他们通过膜的能量大小
。其具体过程分为：第一步，反渗透脱盐溶质和溶剂在膜的料液侧表面反渗透脱盐外吸附和溶解；第二步，溶质和溶剂之
间没有相互作用，他们在各自化学位差的推动下以分子扩散方式通过反渗透膜的活性层；第三步，
溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。
在以上溶质和溶剂透过膜的过程中，一般假设第一步、第三步进行的很快，此时透过速率取决
于第二步，即溶质和溶剂在化学位差的推动下以分子扩散方式通过膜。由于
膜的选择性，使气体混合物或液体混合物得以分离。而物质的渗透能力，不仅取决于扩散系数
，并且决定于其在膜中的溶解度。
2、 优先吸附—毛细孔流理论
当液体中溶有不同种类物质时，其表面张力将发生不同的变化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂
等有机物质，可使其表面张力减小，但溶入某些无机盐类，反而使其表面张力稍有增加，这是因为
溶质的分散是不均匀的，即溶质在溶液表面层中的浓度和溶液内部浓度不同，这就是溶液的表面吸
附现象。当水溶液与高分子多孔膜接触时，若膜的化学性质使膜对溶质负吸附，对水是优先的正吸
附，则在膜与溶液界面上将形成一层被膜吸附的一定厚度的纯水层。它在外压作用下，将通过膜表
面的毛细孔，反渗透脱盐从而可获取纯水。
3、 氢键理论
在醋酸纤维素中，由于氢键和范德华力的作用，膜中存在晶相区域和非晶相区域两部分。大分
子之间存在牢固结合并平行排列的为晶相区域，而大分子之间完全无序的为非晶相区域，水和溶质
不能进入晶相区域。在接近醋酸纤维素分子的地方，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子会形成氢键并
构成所谓的结合水。当醋酸纤维素吸附了第一层水分子后，会引起水分子熵值的极大下降，形成类
似于冰的结构。在非晶相区域较大的孔空间里，结合水的占有率很低，在孔的中央存在普通结构的
水，不能与醋酸纤维素膜形成氢键的离子或分子则进入结合水，并以有序扩散方式迁移，通过不断
的改变和醋酸纤维素形成氢键的位置来通过膜。

反渗透+电去离子(RO+EDI)脱盐系统是20世纪末发展起来的一种用于水处理的新型脱盐系统。该脱盐系统出水电导率一般为0.057～0.067μS/cm(电阻率为15～17.5MΩ.cm)，系统出水水质完全满足电厂锅炉补给水的要求，是一种环保型的脱盐系统。与传统离子交换相比，具有出水水质稳定、连续生产、使用方便、无人值守、不用酸碱、不污染环境、占地面积小、运行经济等优点。
由于RO+EDI脱盐系统具有一系列的优点，自从1986年EDI技术工业化以来，全世界已安装近2000套RO+EDI脱盐系统，尤其在制药、半导体、电力和表面冲洗等工业中得到了很大发展，同时在废水处理、饮料及微生物等领域也得到了广泛的应用。目前，国内已有近百套RO+EDI脱盐系统装置在运行，个别电厂也已开始试用。在电力行业，RO+EDI脱盐系统极具发展前途，随着EDI设备的发展及投资费用的降低，该脱盐系统必将成为电厂锅炉补给水脱盐系统的主流。反渗透技术也将成为其他技术不可替代的一种预脱盐技术。
（2）反渗透+混合离子交换脱盐系统
反渗透技术在反渗透+混合离子交换反渗透脱盐系统中的应用，起初是在电厂锅炉补给水离子交换脱盐系统改造中引入的。自从1934年发明离子交换树脂以来，离子交换技术就被应用到纯水制备方面，采用离子交换法可制得水质接近理论纯水的超纯水(电导率为0.055μS/cm，电阻率为18.2MΩ.cm)。但离子交换法却带来了树脂再生时产生的废酸碱造成的环境污染。反渗透技术的引入，使得废酸碱排放量与单用离子交换脱盐系统相比减少了90%，这是脱盐技术的一大进步。但近年来随着反渗透设备投资费用的降低，特别是1998年以后，国内大批电厂在原有离子交换脱盐系统改造中引入了反渗透技术，且有一种盲目跟上的趋势。笔者认为，反渗透技术的引入应结合本地区的水资源状况，原水水质特点并考虑制水成本，方可取得好的效果和收益。