反渗透、超滤和电渗析技术的区别

净水器的品牌系列比较多，大多采用两种过滤技术，即反渗透和超滤，所以，净水器产品也按技术分为两类，其一是以RO反渗透净水器为代表的纯净水机，另一种是以超滤机为代表的超滤净水机。

反渗透

反渗透（RO来自英语缩写）是一种水净化过程，它使用部分渗透膜从饮用水中分离离子、不需要的分子和较大的颗粒。在反渗透中，使用施加的压力来克服渗透压，这是一种由溶剂的化学势差驱动的依数性质，一种热力学参数。

RO是英文Reverse Osmosis的缩写，中文意思是[反渗透]，一般水是由低浓度的一边流向高浓度的一边，水一旦加压之后，将由高浓度的一边流向低浓度的一边，亦即所谓的反渗透原理；由于RO膜的孔径是头发丝的一百万分之一，肉眼无法看到，细菌、病毒是它的5000倍，因此，只有水分子能够通过，其它杂质及重金属均由废水管排出，所以海水淡化的过程，以及太空人废水回收处理均采用此方法，是体外的高科技人工肾脏。

反渗透可以从水中去除多种溶解和悬浮的化学物质以及生物物质（主要是细菌），用于工业过程和饮用水的生产。结果是溶质被保留在膜的加压侧，而纯溶剂被允许通过另一侧。为了“选择性”，该膜不应允许大分子或离子通过孔（孔），但应允许溶液的较小组分，溶液和水的流动方向是从低浓度到高浓度，简单的反渗透原理是通过压力使溶液和水从高浓度到低浓度流动。

在正常的渗透过程中，溶剂自然地从溶质浓度低的区域（高水势）通过膜移动到溶质浓度高的区域（低水势）。溶剂运动的驱动力是当膜两侧的溶剂浓度差减小时系统的吉布斯自由能降低，由于溶剂进入更浓的溶液而产生渗透压。因此，施加外部压力以逆转纯溶剂的自然流动，这就是反渗透。

该过程类似于其他膜技术应用。反渗透技术首先应用于航空和医疗领域。在肾病患者的透析和宇航员尿液的二次利用中采用了反渗透原理。原因很简单。 RO膜的孔径为0.0001微米或0.1纳米，只有水分子和很少的离子可以通过，以实现最强的过滤效果。

超滤

超滤(UF) 也是一种膜过滤，其中压力或浓度梯度等作用力通过半透膜进行分离。高分子量的悬浮固体和溶质保留在所谓的渗余液中，而水和低分子量溶质在渗透液（滤液）中通过膜。这种分离工艺用于工业和研究中，用于纯化和浓缩大分子 (103 –106 Da) 溶液，尤其是蛋白质溶液。

与反渗透技术相比，超滤膜技术已被更早地应用于水净化领域。在早期，超滤已经用于废水处理厂和其他机构。早期的饮水机也采用了超滤技术。超滤过滤是一种膜技术，纯粹是物理纯化和加压过滤。膜或更准确地说是半透膜，是一层薄薄的材料，当驱动力施加在膜上时能够分离物质。

曾经被认为仅适用于海水淡化的可行技术的膜工艺越来越多地用于去除细菌和其他微生物、颗粒物质和天然有机物质，这些物质可以赋予水颜色、味道和气味，并与消毒剂反应形成消毒副产物，膜孔径的标称范围是0.01-0.001微米，并且压差用于水质过滤。在成本控制，净化效率和后续维护成本方面，超滤具有优于RO净水器的优势。

超滤机通常不需要通电，也不会产生废水。如果该地区的水源比较好，采用超滤原理的净水器似乎是更好的选择，即使是直接饮用也不会有大问题。因此，至于超滤或反渗透的选择，只需要选择合适的一种即可。

电渗析法

电渗析(eletrodialysis,简称ED)技术是膜分离技术的一种,它将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间,并用特制的隔板将其隔开,组成除盐(淡化)和浓缩两个系统,在直流电场作用下,以电位差为动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。

电渗析基本工作原理是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的目的。电渗析原理图如图1-1所示。

电渗析装置通常由离子交换膜、电极和夹紧装置三部分组成。电渗析过程的实质是电解质离子在两股液流间的传递，其中一股液流失去电解质，成为淡化液，另一股液流得到电解质，成为浓缩液。因此，电渗析过程脱盐溶液中的离子以两个基本条件为依据：

1. 在直流电场的作用下，使溶液中的阴、阳离子作定向移动；

2. 离子交换膜的选择透过性使溶液中的离子作反离子迁移。

电渗析工艺的电极和膜组成的隔室称为极室，其中发生的电化学反应与普通的电极反应相同。阳极室内发生氧化反应，阳极水呈酸性，阳极本身容易被腐蚀。阴极室内发生还原反应，阴极水呈碱性，阴极上容易结垢。

电渗析技术的研究始于德国,1903年,Morse和Pierce把2根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中,发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去;1924年,Pauli采用化工设计的原理,改进了Morse的实验装置,力图减轻极化,增加传质速率。但直到1950年Juda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜后,电渗析技术才进入了实用阶段,其中经历了三大革新：

(1)具有选择性离子交换膜的应用;

(2)设计出多隔室电渗析组件;

(3)采用频繁倒极操作模式。

现在离子交换膜各方面的性能及电渗析装置结构等不断革新和改进,电渗析技术进入了一个新的发展阶段,其应用前景也更加广阔。

电渗析器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。阳膜只允许通过阳离子,阻止阴离子通过,阴膜只允许通过阴离子,阻止阳离子通过。在外加直流电场的作用下,水中离子作定向迁移。由于电渗析器是由多层隔室组成,故淡室中阴阳离子迁移到相邻的浓室中去,从而使含盐水淡化。在食品及医药工业,电渗析可用于从有机溶液中去除电解质离子,在乳清脱盐、糖类脱盐和氨基酸精制中应用得都比较成功。

电渗析作为一种新兴的膜法分离技术,在天然水淡化,海水浓缩制盐,废水处理等方面起着重要的作用,已成为一种较为成熟的水处理方法。

下面，介绍几种电渗析技术

电渗析水处理方法

1、倒极电渗析(EDR)

倒极电渗析就是根据ED原理,每隔一定时间(一般为15～20min),正负电极极性相互倒换,能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢,以确保离子交换膜工作效率的长期稳定及淡水的水质水量。在20世纪80年代后期,倒极电渗析器的使用,大大提高了电渗析操作电流和水回收率,延长了运行周期。EDR在废水处理方面尤其有独到之处,其浓水循环、水回收率最高可达95%。

EDR工艺是我国根据ED原理于1982年研制成功的一种新工艺，它每隔一定时间（一般为15-20 min），倒换正负电极极性（频繁倒极），这样能自动清洗离子交换膜和电极表面的污垢，确保淡水的水质水量、离子交换膜稳定运行和浓水排放量最少，倒极电渗析原理如图3-1所示。

2、液膜电渗析(EDLM)

液膜电渗析是用具有相同功能的液态膜代替固态离子交换膜,其实验模型就是用半透玻璃纸将液膜溶液包制成薄层状的隔板,然后装入电渗析器中运行。利用萃取剂作液膜电渗析的液态膜,可能为浓缩和提取贵金属、重金属、稀有金属等找到高效的分离方法,因为寻找对某种形式离子具有特殊选择性的膜与提高电渗析的提取效率有关。提高电渗析的分离效率,直接与液膜结合起来是很有发展前途的。例如,固体离子交换膜对铂族金属(锇、钌等)的盐溶液进行电渗析时,会在膜上形成金属二氧化物沉淀,这将引起膜的过早损耗,并破坏整个工艺过程,应用液膜则无此弊端。

3、填充床电渗析(EDI)

填充床电渗析(EDI)是将电渗析与离子交换法结合起来的一种新型水处理方法,它的最大特点是利用水解离产生的H+和OH-自动再生填充在电渗析器淡水室中的混床离子交换树脂,从而实现了持续深度脱盐。它集中了电渗析和离子交换法的优点,提高了极限电流密度和电流效率。1983年Ke2dem.o.及其同事们提出了填充混合离子交换树脂电渗析过程除去离子的思想,1987年,Mlillpore公司推出了这一产品。填充床电渗析技术具有高度先进性和实用性,在电子、医药、能源等领域具有广阔的应用前景,可望成为纯水制造的主流技术。

4、双极性膜电渗析(EDMB)

双极膜是一种新型离子交换复合膜,它一般由层压在一起的阳离子交换膜组成,通过膜的水分子即刻分解成H+和OH-,可作为H+和OH-的供应源。双极性膜电渗析突出的优点是过程简单,能效高,废物排放少。目前双极性膜电渗析工艺的主要应用领域在酸碱制备。例如,用双极性膜和阳膜配成的二室膜可以实现有机酸盐(葡萄糖酸钠、古龙酸钠等)的转化,同时得到碱(NaOH),但浓度(酸最大浓度2mol?L-1,碱最大浓度6mol?L-1)和纯度两方面都受到限制。现在开发的应用领域还有废气脱硫、离子交换树脂再生、钾钠的无机过程等。

5、无极水电渗析

无极水电渗析是传统电渗析的一种改进形式,它的主要特点是除去了传统电渗析的极室和极水。例如在装置的电极紧贴一层或多层离子交换膜,它们在电气上都是相互联接的,这样既可以防止金属离子进入离子交换膜,同时又防止极板结垢,延长电极的使用寿命。由于取消了极室,无极水排放,大大提高了原水的利用率。无极水电渗析于1991年问世,在应用过程中技术不断改善,现装置在运行方式上多采用频繁倒极的形式。目前,无极水全自动控制电渗析器已在国内20个省、市使用,近来,还远销东南亚。

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