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       反渗入（Reverse Osmosis，RO）的发现和大规模利用是现代水处置技术发展的标志性成就。作为一种1950年代以来发展起来的先进膜分离技术，反渗入已经宽泛利用于海水淡化、苦咸水脱盐、家用水净化和废水回用等领域。2018年，全球选取反渗入技术出产的海水淡化水已达到110亿吨以上，可供3.2亿人使用。近70年来，多多沉要的科学家、企业家和一大批科技公司携手演绎了一段杰出纷呈的反渗入技术发展。

       我们知路，医生给病人输液时时时使用生理盐水，它是浓度为0.9%的氯化钠水溶液。这个浓杜纂人的体液浓度相当，因而输液后不会因在细胞膜两侧产生显著的渗入景象而对人体造成中伤。渗入景象固然在PG直营身段内每天都在产生，但直到1748年才被法国物理学家怕烦（Jean-Antoine Nollet）从科学角度第一次发现。

       怕烦是个酷爱科学的大人物，听说还给路易十五演示过莱顿瓶放电尝试。他选取猪膀胱作为半透膜，将两种分歧浓度的乙醇水溶液隔开，从而通过尝试观察到了渗入景象。1886年，一位荷兰科学家通过总扎尝试数据，提出了稀溶液的渗入压推算公司。若是你学过物理化学，你也许还记得，这幼我叫范特霍夫（Van‘t Hoff）。

       1950年代，肯尼迪当局为相识决美国一些干旱地域的水资源欠缺问题，以及全国性过度使用地下水的问题，起头寄但愿于海水淡化。1952年，美国国会通过盐水转化法案（Saline Water Conversion Act）。1953年，起头赞助脱盐技术钻研，只管昔时经费只有17.5万美元。1955年，美国内务部专门设立了盐水办公室（Office of Saline Water，OSW），以两全各类海水淡化技术的钻研。1970年，OSW的年度经费已增至约2600万美元。

       1949年，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的哈斯勒（Gerald Hassler）等人最早启动了膜脱盐钻研。1950年，哈斯勒在UCLA的一份内部汇报中描述了“盐倾轧渗入膜”（Salt Repelling Osmotic Membrane）的概想，但其后续钻研有点跑偏。1956年8月，哈斯勒在另一份UCLA内部汇报中起初创造了“Reverse Osmosis”一词。

       1954年前后，弗罗里达大学瑞德（Charles Reid）教授的团队在OSW的赞助下也起头钻研脱盐渗入膜。他们评价了很多从市场上找到的贸易薄膜，发现醋酸纤维素膜拥有优良的半透性，盐截留率大于99%，水渗入系数为0.00012m3/m2·d·atm。只管膜的透水性较现代贸易膜低两个数量级以上，毫无贸易价值，但他们第一次使用人为合成膜尝试验证了压力驱动的反渗入膜脱盐概想。1957年4月，瑞德和他的同事布勒东（E. J. Breton）在给OSW的一份汇报中使用了“RO”一词。

       有意思的是，在那个没有互联网和伴侣圈的年代，只管这两所大学都在钻研脱盐膜，但相互并不知情，直到1957年11月，他们在OSW组织的一次钻研会上相遇。

       接下来的问题是，若何大幅提高膜的透水率，以获得实用价值呢？

       1956年，UCLA除了哈斯勒课题组表，尤斯特（Samuel Yuster）教授的课题组也在OSW的赞助下发展膜脱盐钻研。33岁的索里拉金（Srinivasa Sourirajan），一位印度裔科学家，首先参加了这项钻研。只管他们并不通达瑞德课题组在进行的钻研，但英雄所见略同，他们选取了类似的压力驱动的钻研路线。1958年夏天，41岁的洛布（Sidney Loeb），一位犹太裔科学家，也参与了该课题组。

       索里拉金和洛布首先进行的工作也是筛选贸易薄膜。在此过程中，他们发现通过对一种贸易醋酸纤维素超滤膜进行热处置，能够使其拥有肯定的脱盐机能。他们还意表地发现，膜在测试时的朝向至关沉要，其中一面朝向进料液的成效要显著优于另一面。

       热处置醋酸纤维素膜的盐截留率达到了92%，水的渗入系数则达到了0.00095m3/m2·d·atm，远高于其它薄膜。更为沉要的是，他们由此意识到，膜结构上的不合称性对膜机能影响沉大，降低膜的有效厚度是关键。为了进一步提高膜的机能，两位科学家决定自己造膜。

       1959年，洛布和索里拉金通过一系列索求，选取醋酸纤维素-丙酮-水-高氯酸镁四种原料，以22.2：66.7：10.0：1.1的比例配造铸膜液，并通过温度、蒸发功夫、热处置等成分优化，初次造备出拥有不合称结构的合成反渗入膜。所谓不合称结构，单一说就是一张膜由支持层和分离层两部门组成，支持层在结构上比力疏松，分离层在结构上比力致密。这种膜后来被称为L-S膜。

       洛布和索里拉金的不合称膜的盐截留率达到99%，水的渗入系数则达到惊人的0.0048 m3/m2·d·atm，是超滤热处置膜的5倍，险些与现代贸易反渗入膜处于统一个数量级。这种膜还拥有优良的机械不变性。这一突破为反渗入技术最终走向大规模工程利用提供了最沉要的技术基础。尔后，反渗入膜技术进入了急剧发展期，并逐步走向贸易利用。

       1965年，在洛布参加领导下，世界上第一台贸易反渗入装置在加利福尼亚州科林加（Coalinga）幼镇建成，每天产水5000加仑。这标志取人类以可接受成本大规模地从海水造取饮用水的妄想成为了现实。很快，加州多地相继出现了新的中试线，推动了该技术的迅速进展。

       第三部门 成功贸易化

       洛布和索里拉金1959年发现的L-S膜是平板膜片，因而早期的膜组件直接借用了工业过滤设备的板框式结构。洛布等人随后还开发了直径在1-3厘米之间的管式反渗入膜，并利用在科林加装置上。但无论是板框式还是管式，都存在装配复杂、单元体积内装填的膜面积幼等缺点，因而最终没能发展为贸易反渗入膜组件的主流大局。

       1965年前后，陶氏化学（Dow Chemical）和杜国（DuPont）公司均投入力量开发中空纤维反渗入膜，这可能与它们熟悉纺织业的布景有关。

       1966年，陶氏化学的马洪（H. I. Mahon）设计了第一套中空纤维膜纺丝系统，开发了基于三醋酸纤维素资料的中空纤维反渗入膜，并申请了第一件专利（US3228877）。他们选取的同心毛细孔喷丝头，表孔内径为400微米，内孔表径为200微米，内孔内径为100微米。

       1971年，杜国公司申请了基于聚酰胺资料的中空纤维反渗入膜组件专利（US3567632）。1979年，另一家拥有纺织布景的公司也在开发中空纤维反渗入膜组件，这就是日本东洋纺（TOYOBO）公司。

       中空纤维反渗入膜组件拥有很高的装填密度，但由于丝径极细，水力学状态不成控，容易产生污堵，因而最终并未成为反渗入膜组件的主流。这也是促使陶氏化学后来转向卷式膜的原因。东洋纺则是唯逐一个至今仍保留醋酸纤维素中空纤维反渗入膜出产线的厂家。

       若是说1959年是反渗入在技术上获得里程碑式突破的一年，那么1963年就是反渗入在贸易化上成功播下种子的一年。

       1963年，位于明尼苏达州明尼阿波利斯（Minneapolis）市的北极星钻研所（North Star Research Institute）也在OSW赞助下发展脱盐技术钻研。1967年，北极星钻研所的卡多特（John E. Cadotte）发了然微孔聚砜支持膜。随后几年，他又开发了多种非醋酸纤维素复合膜。但他对反渗入的周到并不仅限于钻研。

       1977年，卡多特与其他3人一路成立了FilmTec公司。1979年，卡多特申请了世界上第一个界面聚合法造备反渗入膜的专利（US4277344）。界面聚合法使得反渗入膜的支持层和分离层在造备过程中能够别离加以优化，从而进一步提升了膜的机能，这就是所谓的薄层复合膜（TFC）。界面聚合也成为现代贸易化反渗入膜的尺度造备工艺。

       1985年，陶氏化学在烧毁中空纤维反渗入膜后，全资收购了FilmTec公司。这就是赫赫有名的陶氏膜的由来。时至今日，陶氏反渗入膜产品依然沿用了FilmTec商标。2017年，已经在中空纤维反渗入膜上惺惺相惜的陶氏化学与杜国公司实现了归并。

       也是在1963年前后，41岁的二战退役老兵布雷（Donald T. Bray）起头钻研反渗入膜。他于5年前参与了通用原子（General Atomics）公司。1965年，布雷申请了世界上第一个多膜片卷式反渗入膜组件专利（US3417870），奠定了此刻通用的卷式反渗入膜组件的根基结构。

       通用原子公司的反渗入膜业务后来演变为流体系统（Fluid Systems）公司。1998年，流体系统公司被科氏膜系统（Koch Membrane Systems）公司收购，这就是科氏膜的由来。

       但布雷的故事并未实现。1967年，他脱离了通用原子公司，并缔造了脱盐系统（Desalination Systems）公司。脱盐系统公司在膜片出产与膜组件卷造机械上做了大量工作，成为业内驰名的反渗入膜出产商，其产品还蕴含拥有怪异多层结构的纳滤膜。

       同样是1963年，达特茅斯学院（Dartmouth College）的二年级学生斯帕茨（Dean Spatz）在忙于他的工程课项目。他们要为南达科他州居民糟糕的饮用水设计一种相宜的处置步骤，而他决定选取刚刚问世不久的反渗入技术，并成功造作了一台样机。

       斯帕茨由此对反渗入技术产生了浓密兴致，将其作为自己本科及硕士学位论文的主题，并在1965年获得OSW的经费赞助。听说斯帕茨在硕士钻研期间，还请到了索里拉金担任照拂。

       1968年，硕士毕业的斯帕茨参与一家总部位于迈阿密的公司，并被派往明尼阿波利斯发展反渗入业务。1969年，由于公司承诺的资金没有到位，斯帕茨成立了自己的公司。这就是奥斯莫尼斯（Osmonics）公司的诞生。

       1996年，84岁的布雷把脱盐系统公司卖给了Osmonics公司。2002年，GE以2.5亿美元的价值收购了Osmonics公司，这就是GE膜的由来。此刻知路业内驰名的GE纳滤膜从何而来了吧。2017年，GE反渗入膜业务随GE水处置以34亿美元的价值整体卖给了苏伊士（SUEZ）水务。

       还是在1963年，日后成为反渗入膜领域的另一家赫赫有名的公司，海德能（ Hydranautics）公司也在美国加州成立。1970年，海德能公司正式进入反渗入膜领域。公开资料显示，海德能与FilmTec公司还因卡多特的界面聚合专利结过梁子。1987年，海德能公司被日今天东电工（Nitto Denko）正式收购。

       在日本，还有一家公司很早就起头关注反渗入技术，这就是东丽（Toray）公司。1968年，东丽起头钻研醋酸纤维素反渗入膜。1978年，其第一款低压RO膜产品上市。1991年，其海水RO膜元件上市。2009年，蓝星东丽（TBMC）合伙公司在北京成立。

       除了这些源自1960或1970年代的老牌厂家，反渗入膜领域的后浪也陆续涌现出来。

       1990年，韩国三星（Samsung）集团的一家子公司起头钻研反渗入膜技术。1995年，其家用反渗入膜起头出口。1997年，这家公司改名为世韩（Saehan）集团。2001年，其高脱盐率海水淡化膜起头上市。2008年，世韩集团改名为熊津化学（Woongjin Chemical）。熊津化学的反渗入膜产品就是俗称的世韩膜。2020岁首，东丽收购了熊津化学56.2%的股权。

       2005年，号称以纳米技术提升反渗入膜机能的NanoH2O公司在美国加州洛杉矶成立。2014年，韩国LG化学以2亿美元全资收购了NanoH2O。该公司近年来也逐步跨入主流RO膜供给商的行列。

       至此，国际上最驰名的几大反渗入膜厂家都已经出场了。据全球水务谍报（GWI）统计，2012-2017年间，在50000吨/天以上的大型反渗入系统中，76%的RO膜出自东丽、陶氏、海德能、LG化学等4家供给商，别离占比28%、21%、17%和10%。

       从上文能够看出，上世纪60、70年代是国表反渗入关键技术密集获得突破的时期。而我国其时钻研基础较弱，并且处于一段特殊的汗青时期，因而同期反渗入技术的钻研显著落后。但通过当令的技术引进和自主研发，堆集了丰硕的利用经验和初步的技术成就，为我国反渗入膜技术甚至是水处置技术的全面进取打下了极为沉要的技术和人才基础。

       1966年，山东海洋学院化学系、国度海洋局一所、中科院通辽海洋所、中科院化学所等单元起头钻研反渗入技术，开发非对称醋酸纤维素膜。1967年，国度科委和国度海洋局组织了全国性的海水淡化会战，通辽和北京重要发展反渗入法的钻研。参与会战的一部门人后来汇集到海洋局二所，成立了海水淡化钻研室。1975年，海洋局二所等单元研造了日产淡水1.7吨的圆盘板式醋酸纤维素反渗入装置。海洋局二所的海水淡化钻研室逐步发展成今天的荆门水处置技术中心。

       中科院兰州冰川冻土戈壁钻研所，由于地处西北苦咸水地域，也是国内较早从事反渗入技术钻研的单元之一。1974年，他们开发出了日产10吨的醋酸纤维素套管式反渗入装置。兰州所的膜技术团队也逐步发展成今天的甘肃省膜科学技术钻研院。

       1974年12月，为相识决天津等地的严沉缺水问题，国度科学技术辅导幼组在北京组织召开了全国海水淡化科技工作会议，并造订了《1975-1985年全国海水淡化科学技术发展规划》。海洋局二所、兰州冰川冻土戈壁所、北京环化所、天津合成资料钻研所、中科院海洋所等单元参加反渗入技术钻研。

       70年代中后期，国内一些单元紧跟国际技术发展趋向，进行了中空纤维和卷式反渗入元件的钻研，并于80年代实现了初步的工业化。80年代中沉新起头复合膜的开发，经七五、八五攻关中试放大成功后，我国反渗入膜技术起头从尝试室钻研走向工业规模利用。

       我国在上世纪80年代后期起头利用反渗入技术，尔后利用规＜本缭龀。1988年，中国市场销售的8寸膜为600支。1990年，大亚湾核电站建设了国内第一套反渗入海水淡扮装置，日产淡水200吨。1999年，大连市建成第一套1000吨/天的反渗入海水淡扮装置。2005年，通辽市建成第一套10,000吨/天的反渗入海水淡扮装置。2009年，天津建成第一套100,000吨/天的反渗入海水淡扮装置。

       2018年底，我国累计建成反渗入海水淡化工程121个，淡化规模达到825,641吨/天。但我国更多的反渗入膜和系统利用在发电、石化、煤化工等工业用户上。2014年，在中国工厂使用的反渗入膜有180万支，产水量达到2700万吨/天。

       最近20年，我国反渗入膜的国产能力也在不休提升。2000年，我国第一家国产反渗入膜出产企业——汇通源泉在南方汇通科技园区成立。2002年，汇通源泉起头批量出产和销售聚酰胺复合反渗入膜元件。2006年，汇通源泉改名为贵阳时期汇通；2010年，再次改名为时期沃顿科技有限公司。

       除时期沃顿和蓝星东丽表，湖南沁森、山东九章膜等多多国内反渗入膜出产企业也陆续出现。

       反渗入技术的发现和大规模利用是人类汗青上一项了不得的科学成就。这一发现的最初动力来自于人类向大海要水的妄想。反渗入技术近70年的发展汗青，美满讲述了人类利用科学技术将这个妄想造成现实的故事。

       回首这段汗青，应该说美国当局的专项赞助打算对反渗入技术初期的发展起到了极大的推作为用，很大水平上奠定了美国在反渗入技术上确当吓着势。从创新链条看，哈斯勒、瑞德等先驱提出了正确的设想，确立了反渗入技术正确的钻研方向；洛布和索里拉金的开创性工作添补了反渗入从概想到实用之间最大的技术天堑；卡多特、布雷、斯帕茨等人兼具科学家素养和企业家心灵，在推动反渗入实现从技术到产品的逾越上功不成没。

       从研发角度看，洛布和索里拉金合成第一张不合称反渗入膜的钻研工作极度杰出但并非神奇。洛布曾在1980年具体回首过这段经历。他们从验证概想、发现差距起头，到分析原因、提出如果，到改进规划、验证如果，最后才得到成功。其中寂仔命运和灵感的成分，也受到了文件的启发，还有同事的有益建议，就像产生在我们身边的故事那样。

       近年来，反渗入技术的利用越来越多地拓展到工业水处置领域，出格是工业废水回用与零排放处置领域。这一方面对反渗入膜在抗传染、耐洗濯等方面提出了更高的要求，另一方面也对反渗入的浓缩能力寄托了更高的等待。碟管式反渗入（DTRO）、高压反渗入（HPRO）、高盐反渗入（HSRO）等新型反渗入膜产品与工艺应运而生。

       瞻望未来，反渗入技术还将不休拓展利用领域与规模，甚至可能颠覆40年前成立的技术框架。而随着技术、人才和经验的堆集，国产反渗入膜与进口品牌之间的技术壁垒在隐没，国产膜全面取代进口膜只是功夫问题。此表，由于我国是全球最重要的工业废水回用与零排放市场，这为国产反渗入膜技术在未来实现技术超过提供了有利前提。

    资料起源：E20水网固废网、万米空间