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(yīng)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(guān)鍵詞：反滲透；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

近來，物理化學(xué)處理技術(shù)、光照射技術(shù)及膜過濾技術(shù)已形成三大水處理技術(shù)。在這些技術(shù)中引人注目的是膜分離法污水處理技術(shù)。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(xué)位差為推動(dòng)力對雙組分或多組分混合物的氣體或液體進(jìn)行分離、分級、提純和富集的方法。而反滲透膜分離技術(shù)作為當(dāng)今世界水處理先進(jìn)的技術(shù)，具有清潔、高效、無污染等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用。本文僅對反滲透(RO)膜法在水處理中的應(yīng)用進(jìn)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(zhì)通過，純水側(cè)的水分子就會(huì)自動(dòng)地透過半透膜進(jìn)入到鹽水側(cè)去，這種現(xiàn)象叫做滲透。隨著滲透過程的進(jìn)行，純水一側(cè)的液面不斷下降，鹽水一側(cè)的液面則不斷上升。當(dāng)液面不再變化時(shí)，滲透便達(dá)到了平衡狀態(tài)。此時(shí)，兩側(cè)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?nèi)軇┓较蛄鲃?dòng)，這個(gè)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(shè)計(jì)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(jìn)入膜組件后，濃縮和產(chǎn)水被連續(xù)引出，這種方式水的回收率不高，工業(yè)應(yīng)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(chǎn)水量大，但產(chǎn)水水質(zhì)下降。

2.2一級多段法

當(dāng)用反滲透作為濃縮過程時(shí)，一次濃縮達(dá)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(chǎn)水量相應(yīng)加大。

2.3兩級一段法

當(dāng)一級達(dá)不到要求時(shí)，可分為兩步進(jìn)行。若膜的除鹽率低，而水的滲透性又高時(shí)，采用兩步法比較經(jīng)濟(jì)，同時(shí)在低壓低濃度下運(yùn)行時(shí)，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(jīng)幾級淡化可制出較純的淡水。在選擇該流程時(shí)，對裝置的整體壽命、設(shè)備費(fèi)、維護(hù)管理、技術(shù)可靠性也必須考慮。例如，需將高壓的一級流程改成兩級時(shí)，那么就有可能在低壓下運(yùn)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(yīng)用

3.1海水、苦咸水淡化

我國對反滲透技術(shù)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(huì)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(chǔ)。在反滲透海水淡化方面，1997年，浙江省重大科技攻關(guān)項(xiàng)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(chǎn)。首次采用了透平式能量回收裝置，使海水淡化工程單位產(chǎn)水能耗降至5.5kWh/t以下，填補(bǔ)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(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“日產(chǎn)千噸級反滲透海水淡化系統(tǒng)及工程技術(shù)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(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。我國已建成百噸級以上反滲透海水淡化工程十余個(gè)，合計(jì)日產(chǎn)水近30kt。但總體上講，我國反滲透海水淡化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)與美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比尚有一定差距。

苦咸水是指水中的總?cè)芙夤腆w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(gè)準(zhǔn)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(jī)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(jié)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(jìn)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(shù)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(yīng)用在了國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)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(yīng)用于半導(dǎo)體、微電子、電力、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。我國從20世紀(jì)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(dǎo)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(shù)的先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保社會(huì)效益已被大量反滲透工程實(shí)際運(yùn)行結(jié)果所證實(shí)。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(dá)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(jīng)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(hù)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(shù)。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(yīng)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(yīng)用見下表:

4 存在問題及發(fā)展趨勢

反滲透膜分離技術(shù)要在水處理中獲得大規(guī)模應(yīng)用還需解決一些基本問題，如如何衡量允許進(jìn)入反滲透膜組件的進(jìn)水水質(zhì)，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(yù)處理要求低的反滲透膜組件；解決實(shí)驗(yàn)室研究和實(shí)際規(guī)模應(yīng)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(jī)鹽和水，隨著反滲透用途的擴(kuò)大，目前已達(dá)到根據(jù)用途對膜的構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)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(dòng)向非?；钴S，其發(fā)展趨勢概括如下:

在脫鹽領(lǐng)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(qiáng)將由中壓向低壓甚至超低壓；同時(shí)在有用物質(zhì)濃縮回收領(lǐng)域會(huì)有更大的發(fā)展。

目前，在海水淡化方面，利用復(fù)合膜成功的達(dá)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(yīng)用的另一個(gè)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(jī)地組合應(yīng)用，充分發(fā)揮各種膜分離技術(shù)的特性，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)工程，從而達(dá)到濃縮、分離、提純的目的。

隨著膜分離技術(shù)的迅速發(fā)展。其潛在應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)不斷擴(kuò)大，反滲透技術(shù)也將在水處理方面有更廣泛的用途，前景十分廣闊。

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