一、基礎概念與分離原理

定義： 反滲透膜（Reverse Osmosis Membrane，RO 膜）是一種具有選擇性透過特性的半透膜，通過施加高于溶液滲透壓的壓力，使水分子透過膜，而截留溶質（如鹽類、有機物、微生物等），實現溶液的凈化與濃縮。

分離原理：

滲透壓與反滲透：自然滲透是溶劑從低濃度溶液向高濃度溶液擴散，而反滲透需外界施加壓力（通常 1-10MPa），迫使溶劑反向流動。

篩分效應與溶解擴散：膜孔徑極小（0.0001-0.001μm），通過物理篩分截留大分子與離子；同時，水分子通過膜材料的化學親和性優先溶解擴散，溶質因排斥作用被截留。

二、結構與材料

典型結構 —— 卷式膜元件：

膜片：由超薄脫鹽層（芳香族聚酰胺復合膜，厚度 0.1-0.2μm）、多孔支撐層（聚砜或聚丙烯，厚度 50-100μm）組成。

導流層：膜片間夾網狀結構，引導水流并防止膜粘連。

中心集水管：PVC 或不銹鋼材質，收集透過水。

核心組成：

外形規格：常見直徑 8 英寸（200mm）、長度 40 英寸（1000mm），單支膜面積約 37-40㎡。

材料類型：

芳香族聚酰胺復合膜：脫鹽率高（≥99.5%）、化學穩定性好，耐酸耐堿（pH 范圍 2-11），但易受余氯氧化（需控制余氯＜0.1mg/L）。

醋酸纖維素膜：早期材料，耐氯性強但脫鹽率低（90-95%），pH 適用范圍窄（4-8），現逐步被淘汰。

新型材料：石墨烯改性膜、納米復合膜等，提升抗污染性與水通量。

三、工作特性與關鍵參數

核心性能指標：

脫鹽率：表征截留鹽分的能力，計算公式：\(脫鹽率 = \left(1 - \frac{產水電導率}{進水電導率}\right) \times 100\%\)標準條件下（2000ppm NaCl 溶液，25℃，1.5MPa），優質 RO 膜脫鹽率＞99.7%。

水通量：單位時間單位膜面積的產水量（L/㎡?h），受壓力、溫度、進水濃度影響，通常為 10-25 L/㎡?h。

操作壓力：根據進水水質調整，苦咸水淡化需 1-3MPa，海水淡化需 6-8MPa。

影響因素：

溫度：水溫每升高 1℃，水通量增加 2-3%，但需控制在膜耐受范圍（通常 5-45℃）。

pH 值：聚酰胺膜最佳 pH 為 6-8，超出范圍易導致膜水解或離子化程度變化，影響脫鹽率。

污染物：懸浮物、膠體、微生物、有機物等易導致膜污染，需預處理（如加藥、過濾）。

四、應用領域與典型場景

領域

五、維護與常見問題

污染類型與應對：

無機結垢：鈣鎂離子（Ca2?、Mg2?）形成碳酸鹽、硫酸鹽沉淀，可用檸檬酸（pH3-4）或鹽酸清洗。

有機污染：腐殖酸、蛋白質等吸附膜表面，采用堿液（NaOH+EDTA）+ 表面活性劑清洗。

生物污染：細菌、藻類繁殖形成生物膜，需氧化性殺菌劑（如次氯酸鈉）或非氧化性殺菌劑（如異噻唑啉酮）定期消毒。

操作維護要點：

預處理：進水 SDI（污染指數）＜5，濁度＜1NTU，余氯＜0.1mg/L。

沖洗：停機前用產水沖洗膜表面污染物，減少沉積；定期進行化學清洗（根據壓差上升 15% 或產水量下降 10% 觸發）。

保存：長期停用需用 1% 亞硫酸氫鈉溶液浸泡，防止微生物滋生。

六、行業發展趨勢

抗污染膜技術：通過膜表面改性（如親水性涂層、抗菌基團接枝）降低污染物吸附。

節能型設計：開發低壓膜（如抗污染苦咸水膜，操作壓力＜1MPa）和能量回收裝置（如 PX 壓力交換器，能耗降至 3kWh / 噸海水）。

集成化系統：與超濾（UF）、電滲析（ED）等技術聯用，提升復雜水質處理效率。

新型膜材料：二維材料（如 MXene）、金屬有機框架（MOF）復合膜，突破傳統膜的水通量與脫鹽率平衡限制。

反滲透膜作為現代分離技術的核心，其高效性與可靠性推動了全球水資源循環利用與高純度流體制備的發展，未來在新能源、高端制造等領域的應用將持續拓展。