反滲透膜是以膜兩側(cè)靜壓差為推動(dòng)力而實(shí)現(xiàn)對液體混合物分離的選擇性分離膜，其操作壓力一般為1.5~10.5 MPa，反滲透膜只能通過溶劑（通常是水）而截留離子或小分子物質(zhì). 20 世紀(jì) 60 年代，Loeb 和Sourirajan 采用相轉(zhuǎn)化法制備出第一張不對稱醋酸纖維素膜之后，反滲透膜技術(shù)才有了突破性的進(jìn)展[1]. 反滲透膜的第二次突破是以界面聚合法制備高通量薄層復(fù)合膜的出現(xiàn) [2-4]. 中空纖維分離膜具有自支撐結(jié)構(gòu)，組件制備工藝簡單，放大效應(yīng)小，在單位體積內(nèi)可提供更大的膜面積[5]，堆積密度比管式膜大，預(yù)處理和維護(hù)比卷式膜更為簡單 [6]. 但國內(nèi)外對中空纖維反滲透膜的研究仍處在實(shí)驗(yàn)研究階段，目前還沒有商品化的中空纖維反滲透膜膜組件，市場上的反滲透膜大多是以界面聚合法制備的全芳香聚酰胺管式或卷式膜.日東電工集團(tuán)/美國海德能公司已聯(lián)合推出增強(qiáng)型的污染卷式反滲透復(fù)合膜-PROC10 和低壓高脫鹽卷式反滲透復(fù)合膜-CPA 已在純水制備、廢水處理等方面得到廣泛應(yīng)用. 本文對反滲透膜在海水和苦咸水淡化、純水生產(chǎn)、廢水處理及食品加工等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行綜述 1 海水和苦咸水淡化 水資源短缺已成為全球性的問題，它嚴(yán)重地制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和人民生活水平的提高.據(jù)Shiklomanov 統(tǒng)計(jì)顯示[7]，2000 年全球每人每年的淡水供應(yīng)為 7 000 m3，然而，由于人口的增加、地表及地下水資源的污染，人們正在面臨水資源危機(jī). 海水和苦咸水淡化是解決水資源短缺的有效途徑之一，而反滲透技術(shù)是實(shí)現(xiàn)海水和苦咸水淡化的有效手段. 1.1 海水淡化 從海水淡化的技術(shù)種類來說，目前主要還是蒸餾法和反滲透法兩大主流技術(shù)，其中反滲透海水淡化技術(shù)由于具有設(shè)備投資省、能量消耗低、建造周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，近 10 年來發(fā)展相當(dāng)迅速，目前最大的反滲透海水淡化廠產(chǎn)水規(guī)模已經(jīng)達(dá)到 3.3×105 m3/d. 2005年以色列最大的反滲透海水淡化工廠建成，產(chǎn)水量100 Mm3/y，預(yù)計(jì) 2020 年底可以生產(chǎn)飲料用水，產(chǎn)水量305 Mm3/y[8]. 20 世紀(jì) 70 年代末，海水反滲透系統(tǒng)的單位能量消耗為 20 kW·h·m-3；隨著反滲透膜、泵效率和能量回收系統(tǒng)的改進(jìn)，80 年代中期，海水反滲透系統(tǒng)的單位能耗為 8.0 kW·h·m-3；21 世紀(jì)初，隨著能量回收技術(shù)的出現(xiàn)，海水反滲透系統(tǒng)的單位能耗已經(jīng)降至2.0 kW·h·m-3 [9]. Matt Folley 等[10]自制的反滲透海水淡化系統(tǒng)，水通量為 102 m3/h，產(chǎn)水平均含鹽量為 288mg/L，平均能耗為 2.1 kW·h·m-3，其中反滲透單元的能耗僅為 1.85 kW·h·m-3. 1.2 苦咸水淡化 苦咸水一般指含鹽量為 1 000~15 000 mg/L 的天然水、地面水和自流井水[11]，由于含鹽量高，不能直接應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們的生活飲用水，必須進(jìn)行淡化處理，才能加以利用. 孫魏等[12]采用超濾膜和反滲透膜處理含鹽量在 4 010 ~ 4 500 mg/L 的苦咸水，對進(jìn)水CODMn、總硬度、Cl、總?cè)芙夤腆w的去除率分別高于95%、98%、94.73%、97%，其它出水指標(biāo)如硝酸鹽、硫酸根、細(xì)菌和大腸桿菌數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國家飲用水標(biāo)準(zhǔn). 反滲透膜處理前后苦咸水的水質(zhì)指標(biāo)見表 1.突尼斯位于半干旱地區(qū)，水資源非常有限，特別是南部地區(qū)，需要對苦咸水進(jìn)行淡化處理來補(bǔ)充飲用水的不足. 1999 年，國有 SonEDE 公司建立苦咸水淡化工程來生產(chǎn)飲用水以滿足突尼斯地區(qū)人民的生活需要[13]，所用到的反滲透膜是海德能公司的聚酰胺反滲透膜. 原水的含鹽量為 6 000 mg/L，產(chǎn)水電導(dǎo)率低于400 μS/cm，產(chǎn)水量為 15 000 m3/d，轉(zhuǎn)化率為 75%. 2 純水生產(chǎn) 純水在人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用日益突出，飲用純水的品質(zhì)已成為影響人們的生活水平及健康狀況的重要因素；另外，對燒堿及制藥工業(yè)來說，水質(zhì)的好壞也直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量. 2.1 飲用水生產(chǎn) 20 世紀(jì) 80 年代歐美國家已將反滲透膜廣泛應(yīng)用于生活用水的凈化處理，20 世紀(jì) 90 年代后期我國也開始大規(guī)模使用反滲透膜技術(shù). 巴西南部的某超純水生產(chǎn)廠，利用膜總面積為 28 000 m2 反滲透系統(tǒng)生產(chǎn)超純水，產(chǎn)水電導(dǎo)率為 0.3 μS/cm，反滲透膜的水通量為 650 m3/h[14]. 咸陽國際機(jī)場供水是含鉻及氟苦咸水，水質(zhì)較差，不宜飲用，尚天寵采用反滲透裝置對其進(jìn)行凈化、淡化處理后成為符合國家生活飲用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和世界衛(wèi)生組織飲水水質(zhì)準(zhǔn)則的優(yōu)質(zhì)水[15]. 2.2 工業(yè)用水生產(chǎn) 在工業(yè)用水方面，反滲透膜分離技術(shù)主要用來脫鹽、脫色和除雜. 張菊青等[16]采用反滲透膜技術(shù)制取的高純水質(zhì)量完全達(dá)到了燒堿工藝用水要求，反滲透膜采用美國海德能公司生產(chǎn)的 CPA3-LD 系列超低壓卷式復(fù)合膜組件（RO 組件），單支膜組件標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)水量為41.6 m3/d，標(biāo)準(zhǔn)截留率為 99.7%. 氯堿工業(yè)水中的 Ca2+、Mg2+等離子嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此為得到高純度的氯化鈉必須將其除去. Madaeni 等人用不同的商品反滲透膜（FT30，PVD，DOW-PS）對氯堿工業(yè)用水進(jìn)行處理[17]，研究結(jié)果表明，PVD 膜具有較高的鈣鎂離子脫除率，同時(shí)對氯化鈉的截留率較低. 2.3 制藥用水生產(chǎn) 反滲透作為一種新型的膜分離技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于制藥行業(yè). 浙江大東吳集團(tuán)紅延藥業(yè)有限公司根據(jù)其工藝用水特點(diǎn)[18]，選用美國海德能公司的超低壓聚酰胺復(fù)合膜，采用二級反滲透法制取醫(yī)藥純水. 紅延藥業(yè)有限公司所處的浙江省湖州市自來水水質(zhì)濁度低，電導(dǎo)率在 300 μS/cm 左右，硬度（以 CaCO3 計(jì)）約140 mg/L，經(jīng)反滲透處理后，出水電導(dǎo)率在 0.52~1.92μS/cm，水通量可達(dá) 2.3 m3/h，二級反滲透回收率達(dá)到80%，滿足了制藥工藝要求. M Belkacema 等[19]采用BW30LE-440 管式聚酰胺反滲透膜處理阿爾及爾的地下水作為制藥用水，每支反滲透膜的有限面積為 35m2. 原水經(jīng)過沉淀、消毒、砂濾等預(yù)處理，濁度由 0.46NTU 降至 0 NTU，產(chǎn)水電導(dǎo)率為 1 700 μS/cm. 預(yù)處理水經(jīng)過反滲透膜處理后，電導(dǎo)率由 1 700 μS/cm 降至15 μS/cm，再經(jīng)去離子處理后，電導(dǎo)率降至 0.59 μS/水供應(yīng)為 7 000 m3，然而，由于人口的增加、地表及地下水資源的污染，人們正在面臨水資源危機(jī). 海水和苦咸水淡化是解決水資源短缺的有效途徑之一，而反滲透技術(shù)是實(shí)現(xiàn)海水和苦咸水淡化的有效手段.
1.1 海水淡化 從海水淡化的技術(shù)種類來說，目前主要還是蒸餾法和反滲透法兩大主流技術(shù)，其中反滲透海水淡化技術(shù)由于具有設(shè)備投資省、能量消耗低、建造周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，近 10 年來發(fā)展相當(dāng)迅速，目前最大的反滲透海水淡化廠產(chǎn)水規(guī)模已經(jīng)達(dá)到 3.3×105 m3/d. 2005年以色列最大的反滲透海水淡化工廠建成，產(chǎn)水量100 Mm3/y，預(yù)計(jì) 2020 年底可以生產(chǎn)飲料用水，產(chǎn)水量305 Mm3/y[8]. 20 世紀(jì) 70 年代末，海水反滲透系統(tǒng)的單位能量消耗為 20 kW·h·m-3；隨著反滲透膜、泵效率和能量回收系統(tǒng)的改進(jìn)，80 年代中期，海水反滲透系統(tǒng)的單位能耗為 8.0 kW·h·m-3；21 世紀(jì)初，隨著能量回收技術(shù)的出現(xiàn)，海水反滲透系統(tǒng)的單位能耗已經(jīng)降至2.0 kW·h·m-3 [9]. Matt Folley 等[10]自制的反滲透海水淡化系統(tǒng)，水通量為 102 m3/h，產(chǎn)水平均含鹽量為 288mg/L，平均能耗為 2.1 kW·h·m-3，其中反滲透單元的能耗僅為 1.85 kW·h·m-3. 1.2 苦咸水淡化 苦咸水一般指含鹽量為 1 000~15 000 mg/L 的天然水、地面水和自流井水[11]，由于含鹽量高，不能直接應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們的生活飲用水，必須進(jìn)行淡化處理，才能加以利用. 孫魏等[12]采用超濾膜和反滲透膜處理含鹽量在 4 010 ~ 4 500 mg/L 的苦咸水，對進(jìn)水CODMn、總硬度、Cl、總?cè)芙夤腆w的去除率分別高于95%、98%、94.73%、97%，其它出水指標(biāo)如硝酸鹽、硫酸根、細(xì)菌和大腸桿菌數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國家飲用水標(biāo)準(zhǔn).反滲透膜處理前后苦咸水的水質(zhì)指標(biāo)見表 1.突尼斯位于半干旱地區(qū)，水資源非常有限，特別是南部地區(qū)，需要對苦咸水進(jìn)行淡化處理來補(bǔ)充飲用水的不足. 1999 年，國有 SonEDE 公司建立苦咸水淡化工程來生產(chǎn)飲用水以滿足突尼斯地區(qū)人民的生活需要[13]，所用到的反滲透膜是海德能公司的聚酰胺反滲透膜. 原水的含鹽量為 6 000 mg/L，產(chǎn)水電導(dǎo)率低于400 μS/cm，產(chǎn)水量為 15 000 m3/d，轉(zhuǎn)化率為 75%.2 純水生產(chǎn)純水在人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用日益突出，飲用純水的品質(zhì)已成為影響人們的生活水平及健康狀況的重要因素；另外，對燒堿及制藥工業(yè)來說，水質(zhì)的好壞也直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量. 2.1 飲用水生產(chǎn) 20 世紀(jì) 80 年代歐美國家已將反滲透膜廣泛應(yīng)用于生活用水的凈化處理，20 世紀(jì) 90 年代后期我國也開始大規(guī)模使用反滲透膜技術(shù). 巴西南部的某超純水生產(chǎn)廠，利用膜總面積為 28 000 m2 反滲透系統(tǒng)生產(chǎn)超純水，產(chǎn)水電導(dǎo)率為 0.3 μS/cm，反滲透膜的水通量為 650 m3/h[14]. 咸陽國際機(jī)場供水是含鉻及氟苦咸水，水質(zhì)較差，不宜飲用，尚天寵采用反滲透裝置對其進(jìn)行凈化、淡化處理后成為符合國家生活飲用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和世界衛(wèi)生組織飲水水質(zhì)準(zhǔn)則的優(yōu)質(zhì)水[15]. 2.2 工業(yè)用水生產(chǎn) 在工業(yè)用水方面，反滲透膜分離技術(shù)主要用來脫鹽、脫色和除雜. 張菊青等[16]采用反滲透膜技術(shù)制取的高純水質(zhì)量完全達(dá)到了燒堿工藝用水要求，反滲透膜采用美國海德能公司生產(chǎn)的 CPA3-LD 系列超低壓卷式復(fù)合膜組件（RO 組件），單支膜組件標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)水量為41.6 m3/d，標(biāo)準(zhǔn)截留率為 99.7%. 氯堿工業(yè)水中的 Ca2+、Mg2+等離子嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此為得到高純度的氯化鈉必須將其除去. Madaeni 等人用不同的商品反滲透膜（FT30，PVD，DOW-PS）對氯堿工業(yè)用水進(jìn)行處理[17]，研究結(jié)果表明，PVD 膜具有較高的鈣鎂離子脫除率，同時(shí)對氯化鈉的截留率較低. 2.3 制藥用水生產(chǎn) 反滲透作為一種新型的膜分離技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于制藥行業(yè). 浙江大東吳集團(tuán)紅延藥業(yè)有限公司根據(jù)其工藝用水特點(diǎn)[18]，選用美國海德能公司的超低壓聚酰胺復(fù)合膜，采用二級反滲透法制取醫(yī)藥純水. 紅延藥業(yè)有限公司所處的浙江省湖州市自來水水質(zhì)濁度低，電導(dǎo)率在 300 μS/cm 左右，硬度（以 CaCO3 計(jì)）約140 mg/L，經(jīng)反滲透處理后，出水電導(dǎo)率在 0.52~1.92μS/cm，水通量可達(dá) 2.3 m3/h，二級反滲透回收率達(dá)到80%，滿足了制藥工藝要求. M Belkacema 等[19]采用BW30LE-440 管式聚酰胺反滲透膜處理阿爾及爾的地下水作為制藥用水，每支反滲透膜的有限面積為 35m2. 原水經(jīng)過沉淀、消毒、砂濾等預(yù)處理，濁度由 0.46NTU 降至 0 NTU，產(chǎn)水電導(dǎo)率為 1 700 μS/cm. 預(yù)處理水經(jīng)過反滲透膜處理后，電導(dǎo)率由 1 700 μS/cm 降至15 μS/cm，再經(jīng)去離子處理后，電導(dǎo)率降至 0.59 μS/
3.6 城市污水處理 楊樹雄等[30]采用超濾（UF）-反滲透（RO）-連續(xù)電去離子膜塊（EDI）聯(lián)合工藝對城市污水處理廠二級出水進(jìn)行深度處理，其出水水質(zhì)可滿足大連泰山熱電廠440 t/h 超高循環(huán)流化床鍋爐對其化學(xué)補(bǔ)給水的水質(zhì)要求，并能保證大連泰山熱電廠超高壓鍋爐用水的安全性和可靠性. 本系統(tǒng)一級、二級反滲透膜組件分別采用美國陶氏公司生產(chǎn)的 BW30-365FR 抗污染復(fù)合反滲透膜和 BW30-400FR 復(fù)合反滲透膜，單根膜脫鹽率均達(dá) 99.6%. 4 食品工業(yè) 反滲透膜在食品工業(yè)中主要應(yīng)用于牛奶加工、果汁加工及酒的加工等. 4.1 牛奶加工 在干酪生產(chǎn)中，每 100 kg 牛奶可產(chǎn)出 10~20 kg 的干酪和 80~90 kg 的乳清. 乳清是干酪生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖、乳酸和礦物質(zhì). 由于乳清乳糖與蛋白質(zhì)比例小、BOD 高 （30 000~50 000mg/L），所以不容易處理和利用. 反滲透可以用于乳清生產(chǎn)過程，包括乳清濃縮、去除部分礦物質(zhì)、乳清分離和脫鹽. 用反滲透處理乳清可以使乳糖結(jié)晶，從而提高了奶粉的生產(chǎn)效率. 乳清是第一種應(yīng)用膜技術(shù)進(jìn)行濃縮的液體食物[31]. 經(jīng)過反滲透處理，乳清由廢品變成了可以生產(chǎn)營養(yǎng)品的有用源料. 4.2 果汁加工 反滲透技術(shù)在果汁生產(chǎn)中有許多優(yōu)點(diǎn)[32]：操作過程在常溫下進(jìn)行，營養(yǎng)成分的損失較??；無相變化，能保持飲料的芳香口味；能耗低，僅為蒸發(fā)濃縮和冷凍濃縮方法的 1/2~1/3；色素分解和褐變反應(yīng)較少，飲料顏色純正、悅目；不需化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受外界污染；分離裝置簡便、操作容易、易控制.國外已將超濾反滲透技術(shù)用于菠蘿汁、柑桔汁、葡萄汁、蕃茄汁、梨汁等果汁的澄清與濃縮 ，產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益較好[33]. Rektor 等[34]采用丹麥 DDS 公司生產(chǎn)的HR-30 和ACM-2 型 RO 膜濃縮葡萄汁均取得較好效果，在操作溫度 35 ℃、操作壓力5 MPa，循環(huán)流量 300 L/h 時(shí)，對花青素的截留率可達(dá) 99.5%. 橙汁含有大量的維生素 C和天然抗氧化劑，Galaverna 等[35]采用超濾-反滲透-滲透蒸餾工藝對 Parmalat S P A 的紅橙汁濃縮，既可以得到高濃度的橙汁，而且不損害橙汁的有效成分，橙汁可以由 12~12.6°Brix 濃縮至61°Brix，比傳統(tǒng)的熱蒸發(fā)獲得的橙汁濃度 56.3°Brix高. 4.3 酒類加工 反滲透可應(yīng)用于釀酒過程，制備低酒精度產(chǎn)品.與限制發(fā)酵、蒸餾脫醇等方法相比，反滲透法能克服限制發(fā)酵產(chǎn)品中殘?zhí)歉?、蒸餾法有蒸煮味等風(fēng)味缺陷，得到高品質(zhì)的無醇啤酒，且投資和運(yùn)行等費(fèi)用也不高. 馮凌蕾等[36]運(yùn)用反滲透法對普通啤酒進(jìn)行脫醇后，酒精度達(dá)到 0.5%（體積分?jǐn)?shù)）以下，除含酒精量較低外，仍具有普通啤酒的色、香、味，滿足無醇啤酒的標(biāo)準(zhǔn). 5 結(jié)束語 應(yīng)用反滲透膜處理海水和苦咸水、工業(yè)及市政廢水，不僅可以節(jié)約能源，還可以減少環(huán)境污染. 雖然反滲透膜的截留率高、操作壓力低，有很好的機(jī)械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及水解穩(wěn)定性，但是還存在一些問題，如截留率不高、耐氯性及抗污染性差等. 近年來，由于水資源的日益緊缺、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高以及物質(zhì)分離純化高效低成本的要求，反滲透膜的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，在這一背景下，中空纖維反滲透膜的研究和推廣應(yīng)用也變得更為重要. 筆者認(rèn)為，今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)以下幾方面的研究：在獲得高截留率的同時(shí)提高反滲透膜的水通量；提高反滲透膜的耐氯性及抗污染能力；加強(qiáng)反滲透膜清洗及保養(yǎng)方式的研究，增加反滲透膜的使用壽命.