反滲透在水處理中的應用研究
摘要：本文首先簡要地介紹了反滲透的原理和常見流程，然后著重論述了反滲透在水處理中的應用，最后就其存在的問題和發(fā)展趨勢作出了初步地歸納和展望。
關鍵詞：反滲透；應用；發(fā)展趨勢
近來，物理化學處理技術、光照射技術及膜過濾技術已形成三大水處理技術。在這些技術中引人注目的是膜分離法污水處理技術。膜分離是通過膜對混合物中各組分的選擇滲透作用的差異，以外界能量或化學位差為推動力對雙組分或多組分混合物的氣體或液體進行分離、分級、提純和富集的方法。而反滲透膜分離技術作為當今世界水處理先進的技術，具有清潔、高效、無污染等優(yōu)點，已在海水淡化、城市給水處理、純水和超純水制備、城市污水處理及利用、工業(yè)廢水處理、放射性廢水處理等方面得到廣泛的應用。本文僅對反滲透(RO)膜法在水處理中的應用進行探討。
1 反滲透的原理
在相同的外壓下，用一張半透膜將純水和某種鹽溶液隔開，由于該膜只讓溶劑通過，而不讓溶質通過，純水側的水分子就會自動地透過半透膜進入到鹽水側去，這種現(xiàn)象叫做滲透。隨著滲透過程的進行，純水一側的液面不斷下降，鹽水一側的液面則不斷上升。當液面不再變化時，滲透便達到了平衡狀態(tài)。此時，兩側液面的高度差稱為該種溶液的滲透壓。通常溶液愈濃，溶液的滲透壓愈大。如果加在溶液上的壓力超過了滲透壓，則反而使溶液中的溶劑向純溶劑方向流動，這個過程叫做反滲透。
2 反滲透的常用工藝流程
反滲透的流程是由反滲透的設計依據(jù)確定的。常見的流程有如下幾種:
2.1一級一段法
這種方式是料液進入膜組件后，濃縮和產水被連續(xù)引出，這種方式水的回收率不高，工業(yè)應用較少。另一種形式是一級一段循環(huán)式工藝，它是濃水一部分返回料液槽，這樣濃縮液的濃度不斷提高，因此產水量大，但產水水質下降。
2.2一級多段法
當用反滲透作為濃縮過程時，一次濃縮達不到要求，可以采用多步濃縮方式，這種方式濃縮液體體積可減少而濃度提高，產水量相應加大。
2.3兩級一段法
當一級達不到要求時，可分為兩步進行。若膜的除鹽率低，而水的滲透性又高時，采用兩步法比較經濟，同時在低壓低濃度下運行時，可提高膜的使用壽命。
2.4多級反滲透流程
在此流程中，將第一級透過液作為第二級料液，第二級滲透液再作為下一級料液，這樣經幾級淡化可制出較純的淡水。在選擇該流程時，對裝置的整體壽命、設備費、維護管理、技術可靠性也必須考慮。例如，需將高壓的一級流程改成兩級時，那么就有可能在低壓下運行，因而對膜、裝置、密封、水泵等方面均有益處。
3 反滲透在水處理中的應用
3.1海水、苦咸水淡化
我國對反滲透技術的研究始于1965年，1967后到1969年在國家科委和國家海洋局組織的海水淡化會戰(zhàn)中為醋酸纖維素不對稱膜的開發(fā)打下了良好的基礎。在反滲透海水淡化方面，1997年，浙江省重大科技攻關項目“500t/d反滲透海水淡化示范工程”在浙江省嵊泗縣嵊山島建成投產。首次采用了透平式能量回收裝置，使海水淡化工程單位產水能耗降至5.5kWh/t以下，填補了我國反滲透海水淡化工程的空白。2000年，在國家科技部重點科技攻關項目“日產千噸級反滲透海水淡化系統(tǒng)及工程技術開發(fā)”的支持下，先后在山東長島、浙江嵊泗建成了1000t/d級的反滲透海水淡化示范工程，各項技術經濟指標達到國際先進水平。我國已建成百噸級以上反滲透海水淡化工程十余個，合計日產水近30kt。但總體上講，我國反滲透海水淡化技術和產業(yè)與美國、日本等發(fā)達國家相比尚有一定差距。
苦咸水是指水中的總溶解固體含量(TDS)為1000~10000mg/l的天然水。由于苦咸水中的TDS，溶解離子的種類與濃度以及懸浮固體(SS)的種類與濃度等的千差萬別，所以不可能對苦咸水作一個準確的定義。
由于苦咸水一般含有較高的鈣、鎂、重碳酸根、硫酸根等微溶無機鹽離子，在反滲透苦咸水淡化工程中，抑制和控制微溶鹽的結垢沉淀是十分重要的。目前常用的方法有添加阻垢劑、離子交換軟化、加酸去除進水中的碳酸根和重碳酸根以及降低水回收率，避免超過溶度積。反滲透是苦咸水淡化工程最具競爭力的方法，技術相對成熟。目前，我國已有上千套規(guī)模不等的反滲透苦咸水淡化裝置應用在了國民經濟各個領域。
3.2純水、超純水制備
純水、超純水是現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的原材料，已被廣泛應用于半導體、微電子、電力、化工、醫(yī)藥等領域。我國從20世紀80年代起在純水、超純水制備系統(tǒng)中，采用以反滲透-離子交換為主導工藝，比單一離子交換工藝，其造水成本約下降30%，節(jié)省酸、堿耗量約90%，提高樹脂再生周期造水量約20倍。反滲透膜法分離技術的先進性，經濟效益和環(huán)保社會效益已被大量反滲透工程實際運行結果所證實。目前純水、超純水制備系統(tǒng)反滲透膜工藝的市場占有率高達95%以上。
3.3廢水資源化
近年來我國廢水、污水排放量以每年18億噸的速度增加，全國工業(yè)廢水和生活污水每天的排放量近1.64億噸，其中約80%未經處理直接排入水域。廢水資源化具有開發(fā)淡水資源與保護環(huán)境雙重目的。廢水處理與海水淡化采用同類裝置并具有較多共性工藝技術。反滲透可使廢液中的銅、鉛、汞、鎳、砷、鉻、銀、硒、鋅等離子脫除90%~99%。
3.4其它應用
在食品及飲料工業(yè)中，RO已用于濃縮奶酪乳清、果汁、蔬菜汁、楓樹汁、咖啡及糖溶液。其他應用見下表:
4 存在問題及發(fā)展趨勢
反滲透膜分離技術要在水處理中獲得大規(guī)模應用還需解決一些基本問題，如如何衡量允許進入反滲透膜組件的進水水質，SDI值是否同樣適用于廢水處理；開發(fā)適用于不同廢水處理的各種抗污染、預處理要求低的反滲透膜組件；解決實驗室研究和實際規(guī)模應用的放大問題。
最初反滲透是以脫鹽為目的開發(fā)的，對膜的要求也只是為分離無機鹽和水，隨著反滲透用途的擴大，目前已達到根據(jù)用途對膜的構造進行設計的階段。目前將傳統(tǒng)的中壓膜改為低壓膜或超低壓膜的動向非；钴S，其發(fā)展趨勢概括如下:
在脫鹽領域中，對于海水淡化由高壓向超高壓；對于咸水淡化將向脫鹽、廢水處理和超純水等三方面發(fā)展；對處理壓強將由中壓向低壓甚至超低壓；同時在有用物質濃縮回收領域會有更大的發(fā)展。
目前，在海水淡化方面，利用復合膜成功的達到了高脫鹽率。在咸水淡化方面，目前將傳統(tǒng)的中壓膜改為低壓膜或超低壓膜，并保持脫鹽率不變(或提高)，可以說是必然的趨勢。反滲透工程應用的另一個發(fā)展方向是反滲透膜組器與超濾、微濾、納濾、EDI等組器的有機地組合應用，充分發(fā)揮各種膜分離技術的特性，形成一個完整的系統(tǒng)工程，從而達到濃縮、分離、提純的目的。
隨著膜分離技術的迅速發(fā)展。其潛在應用領域將會不斷擴大，反滲透技術也將在水處理方面有更廣泛的用途，前景十分廣闊。
[參考文獻]
[1]任建新編.膜分離技術及其應用[M].北京:化學工業(yè)出版社，2003:161~169.
[2]王湛文編.膜分離技術基礎[M].北京:化學工業(yè)出版社，2000:2~8.
[3]許振良編.膜法水處理技術[M].北京:化學工業(yè)出版社，2001:103~109.
[4]譚永文，張維潤，沈炎章.反滲透工程的應用及發(fā)展趨勢.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網”
