以水分子向化学位低的一侧渗透。渗透现象如同其它自发过程（例如水从高处流 向低处，热从高温对流到低温等)，水的化学位的大小决定着质量传递的方向。 半透膜 P> 纯水台减水 参透压 成水 纯水 纯水台 白成水 港渗透 平衡 反渗透 图9一4渗透与反渗透现象 当渗透达到动平衡状态时，半透膜两侧存在着一定的水位差或压力差，如 图9一4所示，此即为在指定温度下的溶液（咸水）渗透压π，并可由下式进行 计算： π=icRT (9-8) 式中c一溶液的物质的量浓度，mo/m π一溶液渗透压，Pa: 1一系数，对于海水，约等于1.8。 例如，盐度（指海水中的含盐量，gkg)为34.3%的海水，浓度等于0.56× 103mom3,其渗透压(25C)为 π=icRT=1.8×0.56×103×8.314×298=2.5x10°Pa=2.5MPa 9.3.2反渗透膜及其分离机理 目前用于水的淡化除盐的反渗透膜主要有醋酸纤维素(Cellulose Acetate,. CA)膜和芳香族聚酰胺(PA)膜。CA膜的亲水性好，但易受微生物侵蚀而水 解，导致脱盐率下降：在酸性、碱性环境下易水解，故适用pH范围小(5~6)： PA膜应用pH范围广(4~11)，耐微生物降解，但耐氯性能差。 9.3.3反渗透的基本传质方程（基于优先吸附毛细孔流模型） 反渗透膜的透过机理主要有优先吸附一毛细孔流机理，溶解一扩散机理和 氢键机理等，各自不同程度地解释了一部分的透过现象。其中优先吸附一毛细孔
流机理影响最大。该理论以吉布斯吸附等温式为依据。吉布斯吸附等温式表达了 在一定温度下，溶液的浓度、表面张力和吸附量之间的定量关系式： (99 式中的c为溶质在溶液本体中的平衡浓度，。为溶液的表面张力，「为溶质 在单位面积表面层中的吸附量。根据吉布斯吸附等温式，当dc>0,即dc/dc>0, 则「<0。这说明当溶液中的溶质增加时，溶质在溶液表面层中的吸附量减少，即 溶质会自动离开表面层，进入溶液的本体。这种现象也称为“负吸附”，而无机 盐类会造成负吸附。这表明盐的浓度增加，会在盐水的表面形成很薄的纯水层 (2~6A)。索里拉金(Sourirajan)根据对吉布斯吸附等温式的理解，认为膜和 盐水的界面上也应该存在纯水层。如果膜是有孔的话，则纯水层在压力的作用下 通过孔流出，可实现盐和水的分离，见图9一5所示。因此，该理论认为，膜表 面要具有亲水性，使对水有优先吸附作用而排斥盐分，因而在固一液界面上形成 厚度为两个水分子(1nm)的纯水层。同时膜表面还应具有一定数量和合适尺寸 的孔。当孔径为纯水层厚度的一倍(2m)时，称为膜的临界孔径。当孔径大于 临界孔径时，透水性增加，但盐分容易从膜孔中透过，导致脱盐率下降。反之， 若孔径小于临界孔径，则脱盐率增加，但透水性下降。因此，所谓的临界孔径为 达到最大的溶质分离度以及最大的流休透过性，膜表面应有的最合适的孔径尺 寸 QaC】H0aCHb09C HQ NaC]HO NaC]HO NaCl 主体溶液 io Ncl Ho NaCl Ho NaC 纯水界面 Hao HQHQ Q Q Ho Ho HQ Ho H2Q Ho EQ 人Q 临界孔径 图9一5选择性吸附一毛细管流机理示意
1.水与溶质的通量 反渗透过程中水和溶质的通量可分别表示为： Jm=W,(△P-△x) (9-10) J,=K。△C (9.11 式中Jw一水透过膜的通量，cm3/cms: W,一水的透过系数，cm/cm2s-Pa:: △P一膜两侧的压力差，Pa: △π一膜两侧的渗透压差，Pa: J,一溶质透过膜的通量，mg/cms: K,一溶质的透过系数，cms: △C一膜两侧的浓度差，mg/cm'。 由上式可知，在给定条件下，透过膜的水通量与压力差成正比，而透过膜的溶质 通量则主要与分子扩散有关，因而只与浓度差成正比。所以，提高反渗透器的操 作压力不仅使淡化水产量增加，而且可降低淡化水中的溶质浓度。另一方面，在 操作压力不变的情况下，增大进水的溶质浓度将使水通量减小，溶质通量增大， 这是由于原水渗透压增高以及浓度差增大所造成的结果。 9.3.4反渗透装置 所谓的膜组件是指将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等通过 定的粘合或组装构成基本单元，在外界压力的作用下实现对杂质和水的分离。反 渗透膜组件有板框式、管式、卷式和中空纤维式4种类型。 板框式：膜被放置在可垫有滤纸的多孔的支撑板上，二块多孔的支撑板叠 压在一起形成的料液流道空间，组成一个膜单元。单元与单元之间可并联或串联 连接。板框式膜组件方便膜的更换，清洗容易，而且操作灵活。 管式：管式膜组件有外压式和内压式两种。管式膜组件的优点是对料液的 顶处理要求不高，可用于处理高浓度的悬浮液。缺点是投资和操作费用较高，单 位体积内的膜装填密度较低，在30~500m2/m3。 卷式：组件如图9一6所示，将导流隔网、膜和多孔支撑材料依次迭合，用 粘合剂沿三边把两层膜粘结密封，另一开放边与中间淡水集水管连接，再卷绕一 起。原水由一端流入导流隔网，从另一端流出，即为浓水。透过膜的淡化水或沿