一、基础概念与分离原理

定义： 反渗透膜（Reverse Osmosis Membrane，RO 膜）是一种具有选择性透过特性的半透膜，通过施加高于溶液渗透压的压力，使水分子透过膜，而截留溶质（如盐类、有机物、微生物等），实现溶液的净化与浓缩。

分离原理：

渗透压与反渗透：自然渗透是溶剂从低浓度溶液向高浓度溶液扩散，而反渗透需外界施加压力（通常 1-10MPa），迫使溶剂反向流动。

筛分效应与溶解扩散：膜孔径极小（0.0001-0.001μm），通过物理筛分截留大分子与离子；同时，水分子通过膜材料的化学亲和性优先溶解扩散，溶质因排斥作用被截留。

二、结构与材料

典型结构 —— 卷式膜元件：

膜片：由超薄脱盐层（芳香族聚酰胺复合膜，厚度 0.1-0.2μm）、多孔支撑层（聚砜或聚丙烯，厚度 50-100μm）组成。

导流层：膜片间夹网状结构，引导水流并防止膜粘连。

中心集水管：PVC 或不锈钢材质，收集透过水。

核心组成：

外形规格：常见直径 8 英寸（200mm）、长度 40 英寸（1000mm），单支膜面积约 37-40㎡。

材料类型：

芳香族聚酰胺复合膜：脱盐率高（≥99.5%）、化学稳定性好，耐酸耐碱（pH 范围 2-11），但易受余氯氧化（需控制余氯＜0.1mg/L）。

醋酸纤维素膜：早期材料，耐氯性强但脱盐率低（90-95%），pH 适用范围窄（4-8），现逐步被淘汰。

新型材料：石墨烯改性膜、纳米复合膜等，提升抗污染性与水通量。

三、工作特性与关键参数

核心性能指标：

脱盐率：表征截留盐分的能力，计算公式：\(脱盐率 = \left(1 - \frac{产水电导率}{进水电导率}\right) \times 100\%\)标准条件下（2000ppm NaCl 溶液，25℃，1.5MPa），优质 RO 膜脱盐率＞99.7%。

水通量：单位时间单位膜面积的产水量（L/㎡・h），受压力、温度、进水浓度影响，通常为 10-25 L/㎡・h。

操作压力：根据进水水质调整，苦咸水淡化需 1-3MPa，海水淡化需 6-8MPa。

影响因素：

温度：水温每升高 1℃，水通量增加 2-3%，但需控制在膜耐受范围（通常 5-45℃）。

pH 值：聚酰胺膜最佳 pH 为 6-8，超出范围易导致膜水解或离子化程度变化，影响脱盐率。

污染物：悬浮物、胶体、微生物、有机物等易导致膜污染，需预处理（如加药、过滤）。

四、应用领域与典型场景

领域

五、维护与常见问题

污染类型与应对：

无机结垢：钙镁离子（Ca²⁺、Mg²⁺）形成碳酸盐、硫酸盐沉淀，可用柠檬酸（pH3-4）或盐酸清洗。

有机污染：腐殖酸、蛋白质等吸附膜表面，采用碱液（NaOH+EDTA）+ 表面活性剂清洗。

生物污染：细菌、藻类繁殖形成生物膜，需氧化性杀菌剂（如次氯酸钠）或非氧化性杀菌剂（如异噻唑啉酮）定期消毒。

操作维护要点：

预处理：进水 SDI（污染指数）＜5，浊度＜1NTU，余氯＜0.1mg/L。

冲洗：停机前用产水冲洗膜表面污染物，减少沉积；定期进行化学清洗（根据压差上升 15% 或产水量下降 10% 触发）。

保存：长期停用需用 1% 亚硫酸氢钠溶液浸泡，防止微生物滋生。

六、行业发展趋势

抗污染膜技术：通过膜表面改性（如亲水性涂层、抗菌基团接枝）降低污染物吸附。

节能型设计：开发低压膜（如抗污染苦咸水膜，操作压力＜1MPa）和能量回收装置（如 PX 压力交换器，能耗降至 3kWh / 吨海水）。

集成化系统：与超滤（UF）、电渗析（ED）等技术联用，提升复杂水质处理效率。

新型膜材料：二维材料（如 MXene）、金属有机框架（MOF）复合膜，突破传统膜的水通量与脱盐率平衡限制。

反渗透膜作为现代分离技术的核心，其高效性与可靠性推动了全球水资源循环利用与高纯度流体制备的发展，未来在新能源、高端制造等领域的应用将持续拓展。