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反渗透技术基础篇本文引自美国海德能公司反渗透技术资料, 供管理人员和操作人员参考。
一、反渗透膜及其发展:以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型的流体分离单元操作技术, 三十年来取得了令人瞩目的巨大发展。
据有关文献估计, 今天的分离膜世界市场规模已达到每年20亿美元以上。
表1和图1分别给出了按分离原理和按被分离物质的大小区分的分离膜种类, 从中能够看出, 除了透析膜主要用于医疗用途以外, 几乎所有的分离膜技术均可应用到石油、天然气及石油化工行业中去。
反渗透膜作为主要的水及其它液体分离膜之一, 在分离膜领域内占有重要地位。
1953年美国佛罗里达大学的Reid等人最早提出反渗透海水淡化, 1960年美国加利福尼亚大学的Loeb和Sourirajan研制出第一张可实用的反渗透膜。
从此以后, 反渗透膜开发有了重大突破。
膜材料从初期单一的醋酸纤维素非对称膜发展到用表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜。
操作压力也扩展到高压( 海水淡化) 膜, 中压( 醋酸纤维素) 膜, 低压( 复合) 膜和超低压( 复合) 膜。
80年代以来, 又开发出多种材质的纳滤膜。
膜组件的形式近年来也呈现出多样化的趋势。
除了传统的中空纤维式、卷式、管式及板框式以外, 又开发出回转平膜、浸渍平膜式等。
工业上应用最多的是卷式膜, 它占据了绝大多数陆地水脱盐和越来越多的海水淡化市场。
中空纤维膜在海水淡化应用中仍占有很高的份额。
今天世界上反渗透、纳滤膜水处理装置的能力已达到每天数百万吨。
当前世界最大的反渗透苦咸水淡化装置为位于美国亚利桑拿州的日产水量为28万吨的运河水处理厂, 最大的反渗透海水淡化装置, 位于沙特阿拉伯, 日产水量为12.8万吨。
最大的纳滤脱盐软化装置位于美国佛罗里达州, 日产水量为3.8万吨。
表1 按分离原理分类的分离膜膜的种类膜的功能分离驱动力透过物质被截留物质微滤多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子压力差水、溶剂、溶解物悬浮物、细菌类、微粒子超滤脱除溶液中的胶体、各类大分子压力差溶剂、离子和小分子蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子反渗透和纳滤脱除溶液中的盐类及低分子物压力差水、溶剂无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等透析脱除溶液中的盐类及低分子物浓度差离子、低分子物、酸、碱无机盐、尿素、尿酸、糖类、氨基酸电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子渗透气化溶液中的低分子及溶剂间的分离压力差、浓度差蒸汽液体、无机盐、乙醇溶液气体分离气体、气体与蒸汽分离浓度差易透过气体不易透过气体图1 按分离物质大小分类的分离膜·返渗透膜原理·膜透过操作方式·国内反渗透膜及其应用:中国从60年代中期开始研制反渗透膜, 与国外起步时间相距不远, 但由于原材料及基础工业条件限制, 生产的膜元件性能偏低, 生产成本高, 还没有形成规模化生产。
反渗透膜的应用2020.04.24反渗透膜的应用1.纯水和超纯水的制备：纯水和超纯水是现代工业中一种十分重要的原材料，已被广泛应用于半导体微电子、电力、化工和医药等领域。
目前，利用反渗透膜技术生产超纯水的工艺已经很成熟，反渗透膜能够有效地降低水的电导率和其中总溶解性固体的含量，对大部分盐类成分的截留率超过95%，并且水通量大。
虽然也出现了膜污染问题，但是通过化学清洗的方法可以有效地解决。
在纯水和超纯水的制备中，主要应用醋酸纤维膜。
2.食品工业：反渗透膜在食品工业中主要应用于牛奶加工、果汁加工及酒的加工等。
反渗透还可应用于酿酒过程，制备低酒精度产品。
与限制发酵、蒸馏脱醇等方法相比，反渗透法能克服发酵产品中残糖高、蒸馏法有蒸煮味等风味缺陷，得到高品质的无醇啤酒，且投资和运行等费用也不高。
冯凌蕾等运用反渗透法对普通啤酒进行脱醇后，酒精度达到0.5%(体积分数)以下，除含酒精量较低外，仍具有普通啤酒的色、香、味，满足无醇啤酒的标准。
3.医药行业中的应用：高分子分离膜在医疗卫生上的应用非常广泛。
从医药用纯水的制备和蛋白质酶、疫苗的分离、精制及浓缩到人工肝、人工肺、人工肾等人工脏器都是以高分子膜作为分离过程的核心组件。
聚丙烯腈是少数已临床使用的合成高分子膜之一，同再生纤维素膜相比，聚丙烯腈膜对中等分子质量物质的去除能力强，超滤速率是前者的数倍。
日本的Asahi医学公司首先将聚丙烯腈膜中空纤维化，并用于血液透析和血液透析过滤，并通过了临床应用。
4.化工工艺的浓缩、分离、提纯中的应用膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，与传统分离操作(如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换树脂等)相比较，过程中大多无相变化，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小等特点。
因此反渗透膜广泛应用在化工工艺的浓缩、分离、提纯中。
杭州沃腾公司通过多年服务于植物提取的经验，成功设计生产出可以实现微滤澄清和超滤除蛋白、鞣质和脱色效果的膜，并解决了膜污染堵塞难题，膜透过水可以回收利用到前提取工序，减轻环保压力。
目录第一章东丽集团及水处理事业介绍........................................................................................- 1 -第一节东丽集团概况.......................................................................................................................- 1 -第二节东丽集团水处理事业概要.....................................................................................................- 3 -第二章东丽反渗透膜的研发及应用概况.................................................................................- 5 -第一节东丽反渗透膜的研发历史.....................................................................................................- 5 -第二节东丽反渗透膜市场应用概况.................................................................................................- 7 -第三章东丽反渗透膜产品选用指南......................................................................................- 11 -第一节东丽UTC膜片性能特点......................................................................................................- 11 -第二节东丽ROMEMBRA TM膜元件简介.........................................................................................- 15 -第三节东丽反渗透/纳滤膜产品命名方式.......................................................................................- 16 -第四节东丽反渗透/纳滤膜产品一览表..........................................................................................- 17 -第五节东丽反渗透膜产品选用指南...............................................................................................- 19 -第四章东丽反渗透膜元件性能特点与规范...........................................................................- 21 -第一节极超低压反渗透膜元件 TMH系列.....................................................................................- 21 -第二节超低压反渗透膜元件TMG系列.......................................................................................- 28 -第三节低压反渗透膜元件TM7系列...........................................................................................- 36 -第四节抗污染反渗透膜元件TML系列......................................................................................- 48 -第五节海水淡化反渗透膜元件TM8系列..................................................................................- 56 -第六节超低压纳滤复合膜元件SU系列......................................................................................- 68 -第七节东丽反渗透膜元件温度校正系数........................................................................................- 73 -第五章反渗透系统预处理....................................................................................................- 74 -第一节预处理的作用及目标..........................................................................................................- 74 -第二节常见预处理方法的选择......................................................................................................- 77 -第三节常见污染物及其预处理工艺推荐........................................................................................- 83 -第六章反渗透单元设计........................................................................................................- 94 -第一节东丽反渗透膜系统设计指南...............................................................................................- 94 -第二节东丽反渗透系统设计软件使用指南....................................................................................- 98 -第七章反渗透膜元件的安装、操作与维护.........................................................................- 114 -第一节反渗透膜元件安装............................................................................................................- 114 -第二节反渗透系统的操作............................................................................................................- 118 -第三节反渗透膜元件的维护与保存.............................................................................................- 124 -第八章反渗透系统的化学清洗...........................................................................................- 127 -第一节反渗透化学清洗概述........................................................................................................- 127 -第二节几种典型清洗与消毒方法.................................................................................................- 131 -第三节反渗透清洗系统的设计....................................................................................................- 136 -第九章反渗透系统的运行监控与故障分析.........................................................................- 138 -第一节反渗透系统的运行监控及数据记录..................................................................................- 138 -第二节反渗透系统故障快速诊断与排除......................................................................................- 148 -第十章技术文献、质量保证与产品认证.............................................................................- 154 -第一节科威特SULAIBIYA世界最大的膜法污水回用系统............................................................- 154 -第二节特立尼达·多巴哥岛136,000m3/d海水淡化系统................................................................- 157 -第三节新加坡TUAS环太平洋最大的海水淡化系统.....................................................................- 160 -第四节日本冲绳海水淡化厂的十年运行经验...............................................................................- 162 -第五节高脱硼率的海水淡化膜....................................................................................................- 166 -第六节东丽膜产品应用最新进展.................................................................................................- 175 -第七节东丽反渗透膜元件三年按比例有限质量保证书................................................................- 192 -第八节东丽反渗透膜元件的质量认证.........................................................................................- 195 -第一章 东丽集团及水处理事业介绍第一节 东丽集团概况1东丽集团简介※ 企业理念：我们通过创造新的价值，为社会作贡献；※ 东丽株式会社（Toray Industries, Inc.）成立于1926年，总部位于日本东京；※ 东丽集团是一家以有机合成化工、高分子化学和生物化学为核心技术的世界领先的综合性高科技企业；※ 在全球20个国家和地区设有238家企业；※ 拥有雇员37,924名；※ 年度净销售总额152亿美元（2008年）；※ 主要业务范围◇纤维和纺织品◇塑料和薄膜◇化工产品◇情报通讯相关产品◇复合材料◇医药·医疗·保健◇环境与土木工程◇时装·商贸◇软件·信息2 东丽集团在中国开展的主要业务活动1956年在香港成立商社；1973年向上海石油化工公司提供涤纶纤维原料以及聚合成套设备；1985年设立北京事务所；1990年向上海石化出口工业用长丝成套设备，设立香港TAL Knits Ltd.；1992年在陕西合资成立陕西华昌纺织印染有限公司；1994年在南通成立东丽酒伊印染有限公司；在上海成立上海三井复合塑料有限公司；1995年成立东丽酒伊织布（南通）有限公司；成立丽碧复合塑料（深圳）有限公司；成立东丽合成纤维（南通）有限公司；1997年成立东丽商事（上海）有限公司；2000年成立东丽酒伊织染（南通）有限公司；2001年与中国仪化集团公司合资成立仪化东丽聚酯薄膜有限公司；2002年在上海成立东丽（中国）投资有限公司（地区总部）；在香港成立东丽（华南）有限公司；在南通成立东丽纤维研究所（中国）有限公司；2004年东丽水处理技术研究所在上海成立，重在提高液体分离膜在中国市场的研发、应用与全面技术服务；2005年成立东丽塑料（香港）有限公司；成立丽碧复合塑料（深圳）有限公司；成立东丽（广州）贸易有限公司；成立东丽即发(青岛)染织股份有限公司；2006年投资中国企业成立东丽吉祥塑料科技（苏州）有限公司；与日本PIGMENT·丰田通商合资成立天津碧美特工程塑料有限公司；2007年成立东丽精密科技（苏州）有限公司；2008年成立东丽（北京）科技咨询服务有限公司，负责协调和管理在大中华地区膜产品的销售；2009年东丽公司与中国蓝星（集团）股份有限公司在北京合资成立了蓝星东丽膜科技（北京）有限公司，引进全球最先进的全自动制膜和卷膜生产线，为中国广大客户提供优质的反渗透膜产品和技术服务；1997年至今东丽已经连续13年冠名赞助上海国际马拉松赛，“东丽杯”上海国际马拉松赛与北京、厦门、大连并列为国际田联认可的中国马拉松四大黄金赛事，并已被接纳为国际田联路跑协会正式成员。
1 of 201-MB1-06-220125TSW-LE SeriesSuper Low-Energy Sea Water Reverse Osmosis (RO) Membrane ElementToray's reverse osmosis membrane technology applies decades of R&D and precision automated manufacturing under ISO 9001 for consistency in product quality. State-of-the-art cross-linked fully aromatic polyamide composite membranes produce high-quality permeate and robust membrane chemistry for improved performance and longer membrane life.*Referential performance at 800 psi (5.52 MPa)Test Conditions : Feed water temperature 77 °F (25°C); Feed water concentration 32,000 mg/L as NaCl; Recovery rate 8%; Feed water pH 7Typical Boron Rejection : 84% at pH 8 (5 mg/L Boron added to feed water); 90% at pH 8 (5 mg/L Boron added to feed water)*Flow directionConcentrated B rineFeed W ater Permeate Products manufactured at our U.S. facility (TMUS) are certified to NSF/ANSI 61 for drinking water applications.ApplicationsSeawater desalination, High salinity feed water, Industrial wastewater, High recovery RO systems2 of 2Toray accepts no responsibility for results obtained by the application of this information or the safety or suitability of Toray's products, either alone or in combination with other products. Users are advised to make their own tests to determine the safety and suitability of each product combination for their own purposes. All data may change without prior notice, due to technical modifications or production changes. Please be sure to inquire about the latest product specifications.HeadquartersJapan +81 3 3245 4540Asia PacificChina (TBMC) +86 10 8048 5216 Singapore (TAS) +65 6226 0525 Korea (TAK) +82 2 3279 1000Americas (TMUS)California +1 (858) 218 2360YouTubeLinkedIn For more info, please visitwater.torayEurope & Sub-Saharan Africa (TMEU)Switzerland +41 61 415 8710Middle East (TMME)Saudi Arabia +966 13 568 0091 U.A.E. +971 4 392 8811©2022 T oray Industries, Inc.01-MB1-06-220125TSW-LE SeriesSuper Low-Energy Sea Water Reverse Osmosis (RO)Membrane ElementMaximum operating pressure⁶psi (MPa)1,200 (8.3)1.Please consult the latest Toray technical bulletin, design guidelines, computer design program, or call an application specialist for the recommended design range. Not strictly following the operating limits stated in this bulletin will void and nullify the Limited Warranty. 2.All RO elements are wet tested treated with a 1 percent by weight sodium bisulfite storage solution. Afterward, the RO elements are vacuum packed in oxygen barrier bags or treated with a tested feed water solution, and then vacuum sealed in oxygen barrier bags with deoxidant inside. Toray recommends flushing Toray RO elements for 30 to 60 minutes once every two days with sufficient quality flushing water, such as pre-treated feed water, to prevent biological growth during system shutdown. Please refer to the Toray RO Handling Manual for suggested flushing water quality.3.The presence of free chlorine and other oxidizing agents under certain conditions, such as heavy metals that act as oxidation catalysts in the feed water, will cause unexpected oxidation of the membrane. Toray strongly recommends removing these oxidizing agents contained in feed water before operating the RO system. 4. Permeate from the first hour of operation shall be discarded.5. The customer is fully responsible for the effects of chemicals that are incompatible with the elements. Their use will void the element Limited Warranty.6.Maximum operating pressure will vary depending on feed temperature. Please ask for detailed information from Toray if needed.Operating InformationToray RO membrane TSW-LE series is only applicable for selected projects.。
我国水资源及淡水资源极度匮乏且分布不均匀，这在很大程度上制约了我国经济发展，因此，将污废水回收再利用是提高水资源利用率的有效方法。
反渗透技术是目前用于水处理比较高效、环保、节能的技术。
该技术不仅在海水淡化、苦咸水脱盐、纯水及超纯水领域得到应用，而且也能够在污废水回收方面得到相应发展。
污水废水的复杂性对膜性能的要求更加苛刻，良好的东丽TMG20-400反渗透膜性能不仅需要较好的初始运行性能，而且更加追求系统长期的稳定运行，而膜污染恰恰是限制膜系统寿命的一个重要方面，开发及使用抗污染膜能够大大减少膜的清洗频率，提供膜运行性能。
东丽反渗透膜在石化行业中的应用中水再生系统处理工艺在连续2年对进水水质进行监测的基础上，最终确定了如下进水及产水设计指标，见表-1及表-2：表-1 进水水质指标表-2 产水水质指标在以上进水及产水指标要求下确定如下处理工艺(见图-1)：图-1 石化再生水工艺流程图利用反渗透技术进行再生水处理是非常可行的，化工行业是工业用水大户，大力推广反渗透回用技术不仅可以取得较好的经济效益，而且可以取得很好的环境效益。
针对复杂的再生原水，需要注意以下几方面：(1) 针对特定的原水，选择合适的反渗透膜元件，废水处理推荐使用东丽抗污染膜;低污染膜脱盐层通过改良具有良好的亲水性，大大减低了污染物在膜表面的吸附;(2) 高横向流速可增加水流的湍流程度，减少污染物在膜元件隔网中的堆积和在膜表面上的沉淀。
较高的横向流速同时也提高了膜表面处高浓度盐分的扩散速度，降低浓差极化的危害，减薄边界层厚度，防止了污染物在膜表面处的沉淀。
而膜面横向流速的大小是由给水流量、膜元件给水流道的宽度及厚度等因素所决定的。
研究发现宽给水隔网可以大大减少膜污染程度，由此，废水回用推荐使用31-34mil的给水格网膜元件;(3) 复杂的原水尽量少串联膜元件，减少末端膜元件浓差极化及污染;(4) 加强预处理是RO系统长期高效稳定运行的保证。
反渗透膜知识整理多引用网络资料、难免多纰漏欢迎专家指点、补充。
“反渗透英文名为reverse osmosis，缩写为RO，中文又有叫做逆渗透，不过我还是习惯反渗透的叫法。
反渗透膜主要分为这么几类：一是海水淡化SWRO膜，二是苦咸水淡化BWRO膜，包括常规压力的RO 膜和低压LP或者低能量LERO膜两类，三是家庭用RO膜，超低压比较多。
当然也还会有诸如低污染RO膜，抗氧化RO膜等，这些还是包括在前面三类当中，只不过由于膜材料改性衍生出来的具有某种特定功能和用途的RO膜种类。
国际上生产RO膜供应商主要有陶氏化学DOW FilmTec、日东电工美国海德能Hydraunautics、美国通用电气GE Osmonics、日本东丽Toray、韩国世韩等等，这些公司占有的市场份额较大，膜的质量属FilmTec 和Toray的最好，但是Toray的市场份额并不高。
据报道Toray已经联手蓝星公司在北京建立生产车间，准备大手进攻反渗透膜市场。
另外还有很多小的公司，比如美国这边的SepRO，Pall（本身不小，但RO份额小）等等。
中国现在RO膜的老大是北京沃顿（汇通源泉）公司，另外还有长沙的威灵顿，杭州的北斗星，深圳的惠灵顿（好像是CA类？其他都是聚酰胺类）等等。
反渗透膜生产的入门门槛较高主要是因为生产线投资较大，而且往往国内引进的生产线又是美国这边淘汰的落后生产线，国内引进后若不进行消化并改进，是很难占领市场份额的。
上面谈到的主要都是聚酰胺polyamide类的反渗透膜，属于第二代。
第一代则是醋酸纤维素CA类的。
今年的ACS将化学成就奖颁发给陶氏Filmtec的两名研发人员，主要是奖励他们在聚酰胺膜化学方面的卓越成就。
我个人感觉第三代RO膜应该属与纳米复合膜（Polyamide nanocomposite membrane）TFN，还是基于聚酰胺，但是在成膜过程中加入了亲水性纳米沸石，使得膜的渗透性能大幅提高。
据悉TFN膜即将商品化，他们的中试结果表明通透性能为现有SWRO的两倍，脱盐率保持不变。
国外反渗透及应用国外反渗透及应用美国是反渗透膜技术的发明国和最大生产国，但日本作为后起之秀，现在的研制、开发能力已开始赶上和超过美国，例如1996年日东电工推出的ES20系列超低压膜代表了今天反渗透膜的最高水准，它已实现0.75Mpa压力下脱盐率99.7%，产水量0.8吨/平方米·日。
该公司1997年生产出的耐污染型低压反渗透膜LF10系列显示了反渗透膜开发的新方向。
该膜在传统的芳香族聚酰胺膜表面复合上一层聚乙烯醇，既消除了膜表面的负电性又提高了膜的亲水性和耐氯性，从而大大提高了反渗透膜的抗污染性能。
目前国外反渗透膜的主要生产厂商均为美国和日本公司，其中美杜邦(Dupont)公司和日本东洋纺(oyobo)公司垄断了中空纤维反渗透膜的世界市场。
卷式反渗透膜的主要厂商为7家，他们是：1、美国Hydranautics公司，该公司于1987年成为日本日东工集团的全资子公司2、日本日东电工(Nitto Denko)集团3、美国Filmtec公司，该公司于1985年成为美国Dow Chemcal ( 陶氏化学 ) 公司的全资子公司4、美国Fluid system公司，该公司现为美国KOCH公司的子公司5、日本东丽(Toray)公司6、美国Desel公司，该公司现为美国Osmonics公司的子公司7、美国Trisep公司据有关专家估计，1996年式反渗透膜的世界市场规模为2.3亿美元，其中Hydranautics / Nitto Denko 的市场份额为35%，Dow/Filmtec为26%，两家合计占据世界市场的61%。
美国、欧洲反渗透用途主要为各种工业用水及饮用水；中东、西班牙的海水淡化应用较多；日本主要用于半导体、电子；韩国、台湾除半导体、电子外，小型饮用纯水需求量很大。
下面介绍美国饮用水用途膜分离应用情况：美国除大量使用中、小型及家用反渗透系统外，还建有许多大型公共供水系统。
1996年9月美国国立研究所曾以问卷调查方式统计了美国大型饮用水脱盐装置的状况。
海水淡化用反渗透膜材料与工程现状及展望作者：刘天印方彦彦王晓琳来源：《新材料产业》 2012年第5期编者按：水处理、海水淡化、新能源汽车、氯碱、液晶显示、光伏发电、建筑等，对于广大民众来说并不陌生，但是，“膜”作为这些高显示度字眼背后的关键或重要材料，对于绝大多数民众来讲可能并不熟悉。
在水处理及海水淡化领域，膜法分离是其主流技术，膜的关键作用尤为突出。
国内最大的膜法海水淡化装备已在曹妃甸投入使用，将缓解京津冀供水矛盾。
在动力电池方面，电池隔膜成为制约动力锂离子电池降低成本、走向普及的真正瓶颈。
在氯碱行业，离子膜是其不可替代的重要材料，是氯碱工业核心设备电解装置的核心材料。
东岳集团董事长张建宏曾这样形容离子膜的重要性，“薄如蝉翼，分量却重如泰山”，离子膜的国产化了却了国人的一个“心结”。
“缺屏之痛”一直困扰着中国家电业，光学聚酯膜作为显示屏的关键上游原材料，目前市场被日本所垄断，进口膜的价格都会高出国产膜5倍以上。
平板显示、光伏发电等新能源产业的迅猛发展，对光学聚酯膜的需求更是大幅增加。
只有填补国内空白、打破垄断，中国光学聚酯膜产业才能够真正获得利润，降低家电价格，从而惠及百姓。
节能减排理念及要求催生了玻璃窗膜产业，目前在建筑领域，玻璃窗膜产业是块僧少粥多的“大蛋糕”，具有十分广阔的发展前景。
膜分离技术用于中药产品生产，能够提高中药有效组分分离及纯化精度，有利于突破21世纪中药现代化发展的“瓶颈”。
……膜在各行各业中体现出重要性的例子不一而足。
在《新材料产业“十二五”发展规划》中，高性能膜材料被列为重大专项工程，到2015年，要实现水处理用膜、动力电池隔膜、氯碱离子膜、光学聚酯膜等自主化，提高自给率，满足节能减排、新能源汽车、新能源的发展需求。
膜的应用领域广泛，其广阔之前景同样毋庸置疑，限于篇幅，本期专题只能挂一漏万，展现部分膜的相关研究及应用等情况。
今后，《新材料产业》杂志将持续关注高性能膜材料的发展，为更多的业内人士参与发表真知灼见、共享经验与心得体会搭建平台！海水淡化用反渗透膜材料与工程现状及展望文/刘天印方彦彦王晓琳清华大学化学工程系膜材料与工程北京市重点实验室地球上98%的水资源是海水或苦咸水，伴随着人口增加、经济增长造成的淡水资源短缺和水资源污染日趋严峻，中东大部分地区、北非、澳大利亚东部、中南亚及北美西南部等26个国家及地区、超过10亿人正在遭受饮用水短缺的威胁，因此海水正在成为沿海地区重要的水资源[1]。
