基本介紹
反滲透是60年代發展起來的一項新的膜分離技術，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質進行分離的過程。反滲透的英文全名是“REVERSEOSMOSIS”，縮寫為“RO”。
RO（ReverseOsmosis）反滲透技術是利用滲透壓力差為動力的膜分離過濾技術，源於美國二十世紀六十年代宇航科技的研究，後逐漸轉化為民用，目前已廣泛運用於科研、醫藥、食品、飲料、海水淡化等領域。
RO反滲透膜孔徑小至納米級（1納米=10*-9米），在一定的壓力下，水分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區分開來。
一般性的自來水經過RO膜過濾後的純水電導率5μs/cm（RO膜過濾後出水電導=進水電導×除鹽率，一般進口反滲透膜脫鹽率都能達到99%以上，5年內運行能保證97%以上。對出水電導要求比較高的，可以採用2級反滲透，再經過簡單的處理，水電導能小於1μs/cm）,符合國家實驗室三級用水標準。再經過原子級離子交換柱循環過濾，出水電阻率可以達到18.2M.cm，超過國家實驗室一級用水標準（GB6682—92）。
發展背景
反滲透膜結構示意圖1950年美國科學家DR.S.Sourirajan有一回無意發現海鷗在海
上飛行時從海面啜起一大口海水，隔了幾秒後，吐出一小口的海水，而產生疑問，因為陸地上由肺呼吸的動物是絕對無法飲用高鹽份的海水的。經過解剖發現海鷗體內有一層薄膜，該薄膜非常精密，海水經由海鷗吸入體內後加壓，再經由壓力作用將水分子貫穿滲透過薄膜轉化為淡水，而含有雜質及高濃縮鹽份的海水則吐出嘴外，此即往後反滲透法的基本理論架構，並在1953年由University of Florida套用于海水淡化去除鹽份設備，在1960年經美國聯邦政府專案支助美國U.C.L.A大學醫學院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士著手研究反滲透膜，一年約投入四億美元經費研究，以運用於太空人使用，使太空船不用運載大量的飲用水升空，直到1960年投入研究工作的學者、專家越來越多，使之質與量更加精進，從而解決了人類飲用水中的難題。
工作原理
要了解反滲透，首先要了解“滲透”的概念。
RO膜原理圖滲透是一種物理現象。當兩種含有不同鹽類的水，如用一張半滲透
性的薄膜分開就會發現，含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的水中，而所含的鹽分並不滲透，這樣，逐漸把兩邊的含鹽濃度融合到均等為止，這一過程稱為滲透。然而，要完成這一過程需要很長時間。但如果在含鹽量高的水側，施加一個壓力，其結果也可以使上述滲透停止，這時的壓力稱為滲透壓力。如果壓力再加大，可以使方向相反方向滲透，而鹽分剩下。因此，反滲透除鹽原理，就是在有鹽分的水中（如原水），施以比自然滲透壓力更大的壓力，使滲透向相反方向進行，把原水中的水分子壓力到膜的另一邊，變成潔淨的水，從而達到除去水中雜質、鹽分的目的。
反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對膜一側的料液施加壓力，當壓力超過它的滲透壓時，溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側得到透過的溶劑，即滲透液；高壓側得到濃縮的溶液，即濃縮液。若用反滲透處理海水，在膜的低壓側得到淡水，在高壓側得到滷水。
反滲透時，溶劑的滲透速率即液流能量N為：N=Kh(Δp－Δπ) （式中Kh為水力滲透係數，隨溫度升高稍有增大；Δp為膜兩側的靜壓差；Δπ為膜兩側溶液的滲透壓差）。稀溶液的滲透壓π為：π=iCRT（式中i為溶質分子電離生成的離子數；C為溶質的摩爾濃度；R為摩爾氣體常數；T為絕對溫度。）
反滲透通常使用非對稱膜和複合膜，所用的設備主要是中空纖維式或卷式的膜分離設備。反滲透膜能截留水中的各種無機離子、膠體物質和大分子溶質，從而取得淨制的水。也可用於大分子有機物溶液的預濃縮。由於反滲透過程簡單，能耗低，近20年來得到迅速發展。現已大規模套用于海水和苦鹹水（見滷水）淡化、鍋爐用水軟化和廢水處理，並與離子交換結合製取高純水，目前其套用範圍正在擴大，已開始用於乳品、果汁的濃縮以及生化和生物製劑的分離和濃縮方面。
經典模型
反滲透機理模型有幾個經典模型
（1）先吸附毛細孔模型：弱點乾態電鏡下，沒發現孔。濕態膜標本不是電鏡的樣品。由Sourirajan提出。
（2）溶解擴散模型：不認為有孔。
（3）乾閉濕開模型：上個世紀80，90年代，鄧宇等提出的，能夠解釋1和2模型的統一的現代最貼切的逆滲透機理模型。既“乾閉濕開”反滲透模型，統一了兩個最經典的反滲透機制模型，細孔模型，溶解擴散模型。即
膜乾時，膜收縮緻密，孔隙閉合，電鏡下看不到；
膜濕時，膜材料溶脹，膜的孔隙被溶劑溶脹，孔打開。合併就是“乾閉濕開”脫鹽模型。
參考資料：海水淡化技術：非加壓吸附滲透海水淡化法。上個世紀90年代鄧宇的發明，《美國化學文摘》收錄。
RO膜的孔徑是頭髮絲的一百萬分之五（0.0001微米），也就是1×10^-10m，而水分子的直徑是4×10^-10m ，試問水分子如何透過？
RO （乾）膜的孔徑=1×10^-10m，應該是“乾膜”的孔徑。膜分子結構是有彈性的，當“乾RO膜”被水溶脹後，其“濕膜”的孔徑>≥1×10^-10m，達到水分子的4×10^-10m是容易的，況且水分子也不是死硬的，是柔性的，正好似“柔情似水”。
污染分析
為了提高清洗效果，清洗前需要對膜污染的狀況進行分析，確定污染物的種類，根據反滲透膜污染、結垢的具體情況，選擇有針對性的清洗劑進行清洗。
1.1分析途徑
(1)分析系統運行數據。
(2)分析給水中潛在的污染、結垢成分。
(3)分析SDI儀的膜過濾器收集的污染物。
(4)分析濾芯過濾器的污染物。
(5)檢查管道內表面和膜元件兩端的狀況。
(6)必要時剖開膜元件進行分析,查找污染、結垢成分。
1.2分析方法
RO膜污染嚴重時，可通過染色試驗、顯微鏡分析、傅立葉變換紅外線光譜(FTIR)分析、掃描電子顯微鏡(SEM)分析、能源頻射X光線(EDX)分析等查找原因判斷故障位置。實際套用中常採用以下簡便易行的分析方法。
(1)目測
在確定系統已經發生污染，需要實施化學清洗時，最好先打開壓力容器端板，直接觀察污染物在壓力容器端板與膜元件之間的間隙內累積的情況。一般根據直接觀察即可基本確定污染物的類型，從而確定相應的清洗方案。
①前段污染觀察
預處理濾料(石英砂、活性炭)泄漏、膠體污染、有機物污染和生物污染時，前端最嚴重，可以從前端膜元件入口觀察到顆粒物及粘液狀污染；發生生物污染時會發現腥臭味粘液物質，灼燒刮取的生物粘泥(黏膜)，會有蛋白質的焦臭氣味。
②末端污染觀察
無機鹽結垢在系統末端最為嚴重,在末端膜元件端頭處可以摸到粗糙的粉狀物。用鹽酸(pH3~4)溶解時有氣體冒出，說明沉澱物極可能是CaCO3。硫酸鹽垢、矽垢在pH很低時也很難溶解。如果垢在0.1mol/LHF溶液中是可溶的，則可能是矽垢。
用途
RO膜，是Reverse Osmosis membrane 的縮寫，中文意思是:逆滲透或者反滲透，滲透是水的一種物理現象。由於水存在濃度的差異，而水的滲透方式是由低濃度流向高濃度，反滲透，顧名思義即水一旦加壓之後，將由高濃度流向低濃度，亦即所謂逆滲透原理。
逆滲透淨水機就是在高濃度水的一邊加壓，使水份從高濃度穿過RO膜迫往低濃度的一邊，從而達到把水淨化的目的。由於RO膜的孔徑是頭髮絲的一百萬分之五( 0.0001 微米) , 一般肉眼無法看到，細菌、病毒是它的5000倍，因此，只有水分子及部分有益人體的礦物離子能夠通過，其它雜質及重金屬均由廢水管排出，所有海水淡化的過程，以及太空人廢水回收處理均採用此方法，因此 RO 膜又稱體外的高科技人工腎臟。
RO膜民用方面最多是用於純水機方面，作為純水機淨化的過濾裝置之一，在自來水到淨水的過濾中起了最核心的作用。RO膜能夠有效的去除水中鈣、鎂、細菌、有機物、無機物、金屬離子和放射性物質等，經過該裝置淨化出的水晶瑩清澈、甜美甘醇。該裝置適用於家庭和賓館、酒店、醫院等企事業單位飲用淨水使用。
清洗方案
清洗RO膜元件的一般步驟：
一、用泵將乾淨、無游離氯的反滲透產品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中並排放幾分鐘。
二、用乾淨的產品水在清洗箱中配製清洗液（不同的膜需不同的清洗液）。
三、將清洗液在壓力容器中循環1小時或預先設定的時間。
四、清洗完成以後，排淨清洗箱並進行沖洗，然後向清洗箱中充滿乾淨的產品水以備下一步沖洗。
五、用泵將乾淨、無游離氯的產品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中並排放幾分鐘。
六、在沖洗反滲透系統後，在產品水排放閥打開狀態下運行反滲透系統，直到產品水清潔、無泡沫或無清洗劑(通常15~30分鐘)。
膜元件的儲存
反滲透純淨水設備膜元件在裝入壓力容器前，不要打開密封包裝，在陰涼乾燥處存放，避免陽光直射。
不可受凍結冰。
膜元件的安裝
ge純水機在安裝膜元件前，應保證系統已經完成清潔工作。
膜元件在裝入系統時，要適當潤滑O型圈和濃水密封圈，可使用矽基膠或50%甘油水溶液，禁止使
用油、油脂、凡士林或石油類化合物。
在將膜元件逐一裝入壓力容器時，在壓力容器端板處通過加入墊圈的方法消除間隙，以防止在系統
啟動和停機時膜元件在壓力容器中躥動，同時可降低膜元件外連線處滲漏的可能性。
新膜清洗
新系統在安裝膜元件後要進行徹底沖洗，將系統中殘留的雜質、溶劑和保護液完全清洗乾淨。
產水用於飲用時，需至少沖洗24小時。
系統的啟動與運行
在系統啟動之前，濃水閥門應保持完全開啟。系統啟動後可逐漸緩慢關閉濃水閥門，使系統達到設定的回收率。濃水閥關閉時嚴禁啟動設備。
在系統運行期間，任何時候(包括系統的預啟動、常規操作、沖洗及化學清洗)都不可關閉產水管路上的閥門。
在高壓運行之前，通過軟啟動機構或變頻調速進行低壓沖洗以排出空氣。
特別注意
保證給水濁度<1.0 NTU或SDI15<5，給水溫度<45℃，進水中不含可能對膜造成物理及化學損傷的有害物質。
任何時候膜元件進水中的余氯含量不得超過0.05mg/L，否則將會導致膜元件不可恢復的氧化損壞。
維護保養
在正常運行一段時間後，膜元件會受到給水中可能存在的懸浮物或難溶物的污染。在標準條件下系統性能下降10%，或顯然發生結垢或污堵時，應及時進行清洗。定期地進行水沖洗和化學加藥清洗可恢復膜元件的性能，延長膜元件的使用壽命。
系統在短期停止運行期間，應每隔5天沖洗系統，沖洗後關閉閥門防止結垢堵塞。
系統長期停運(30天以上)，添加1%亞硫酸氫鈉溶液，以防止細菌繁殖。
