反渗透膜是如何工作的？

反渗透膜是如何工作的？

一、RO 膜的核心结构：决定 “选择性透过” 的基础

1. 表层（活性层）：最关键的 “过滤层”，厚度仅 0.1-1 微米，布满孔径约0.1-1 纳米（相当于头发丝直径的 1/10 万）的极细微孔。这些微孔的尺寸精准控制：仅允许水分子（直径约 0.28 纳米）自由通过，而大于微孔的溶质（如盐离子直径约 0.3-0.8 纳米、细菌直径约几百纳米）被完全阻挡。

2. 过渡层：厚度约 10-50 微米，孔径稍大（约 10-50 纳米），作用是支撑表层，避免表层受压破损，同时引导水分子快速向底层扩散。

3. 支撑层：厚度约 100-200 微米，为多孔海绵状结构（孔径约 1-10 微米），主要作用是增强膜的整体机械强度，承受反渗透过程中的高压（通常 0.4-1.5MPa，海水淡化需更高压）。

二、RO 膜的工作机制：“压力对抗渗透压 + 选择性透过”

1. 压力驱动：打破自然渗透平衡
   当 RO 膜两侧分别接触 “原水（高浓度溶液，含杂质）” 和 “产水（低浓度溶液，纯净）” 时，自然状态下水分子会因渗透压向原水侧移动（即渗透现象）。此时，通过高压泵向原水侧施加大于原水渗透压的外部压力，强制水分子反向移动 —— 从原水侧（高浓度）穿过 RO 膜，进入产水侧（低浓度），而溶质被膜截留。
2. 选择性透过：水分子优先通过的关键
   RO 膜的活性层（表层）对水分子具有 “优先吸附性”：膜材质的亲水基团（如羟基、酰胺基）会优先与水分子结合，形成一层 “水膜”。这层水膜会排斥原水中的溶质（如盐离子、有机物），同时允许水分子通过 “吸附→扩散→脱附” 的过程穿过膜：

• 第一步（吸附）：原水中的水分子被膜表层的亲水基团吸附；

• 第二步（扩散）：吸附的水分子在膜内部的微孔通道中，向产水侧扩散（因产水侧水分子浓度更低，存在浓度差驱动力）；

• 第三步（脱附）：水分子到达膜的产水侧后，脱离膜的吸附，进入产水侧成为纯净水。

三、RO 膜的完整工作流程（以家用净水器为例）

1. 原水预处理：原水（如自来水）先经过前置滤芯（PP 棉、活性炭），去除泥沙、铁锈、余氯等大颗粒杂质和有机物 —— 这一步是为了保护 RO 膜，避免其被大颗粒划伤或被有机物污染（延长膜寿命）。

2. 高压加压：预处理后的原水进入高压泵，被加压至 0.4-0.8MPa（足以对抗原水渗透压），然后输送至 RO 膜组件。

3. 膜分离过程：加压后的原水在 RO 膜的原水侧流动，水分子在压力驱动下穿过 RO 膜的活性层、过渡层和支撑层，进入产水侧，成为可直接饮用的纯净水；而原水中的盐离子（如钙、镁、钠）、重金属（如铅、汞）、细菌、病毒等溶质，被膜截留，留在原水侧。

4. 分流排出：最终形成两股水流：

• 产水（透过水）：从 RO 膜的产水口流出，进入储水罐或直接供用户使用；

• 浓水（截留水）：含有高浓度杂质的原水，从 RO 膜的浓水口排出（部分系统会设计浓水回用，提升水利用率）。

关键补充：RO 膜的 “截留率” 与 “寿命影响因素”

• 截留率：衡量 RO 膜性能的核心指标，指被膜截留的溶质占原水中溶质总量的比例，优质 RO 膜对盐离子的截留率可达 99% 以上，对细菌、病毒的截留率接近 100%。

• 寿命影响因素：RO 膜的使用寿命通常为 2-3 年，主要受原水水质（硬度、污染物含量）、预处理效果（前置滤芯是否及时更换）、操作压力（过高易损伤膜）、清洗维护（是否定期反冲洗去除膜表面污垢）影响。