反滲透處理技術(shù)原理及其應用

楊春雨

[摘要]本文介紹了反滲透技術(shù)的基本原理及應用現(xiàn)狀,根據(jù)反滲透的特點論述其發(fā)展趨勢。

[關(guān)鍵詞]反滲透 滲透膜 應用

反滲透技術(shù)自從上世紀五十年代末發(fā)展成為實用的化工單元操作以來,正不斷地拓展其應用領(lǐng)域和規(guī)模,早期主要是用于脫除海水和苦咸水中的鹽份,制備淡水;由于淡水資源的短缺,工業(yè)界對節(jié)水、節(jié)能、污染控制和廢水回用的需求日益增加,同時相對于蒸餾過程而言,膜法分離技術(shù)更有節(jié)能和不致產(chǎn)品過熱變質(zhì),因而成為高附加值物質(zhì)濃縮分離的先進過程。

1 反滲透技術(shù)的基本原理

反滲透除鹽原理就是在有鹽份的水中(如原水),利用高壓泵將待處理水增壓后,使?jié)B透向相反方向進行,借助半透膜的選擇截留作用來除去水中的無機離子,由于反滲透膜在高壓情況下,只允許水分子通過,而不允許鉀、鈉、鈣、鋅、病毒、細菌通過,所以它能獲得高質(zhì)量的純水。

當水滲透通過膜后,大部分的鹽被留在鹽水側(cè),因此鹽水側(cè)的溶液濃度變得越來越高。當難溶鹽類在膜元件內(nèi)不斷被濃縮且超過其溶解度極限時,鹽水側(cè)的礦物質(zhì)會析出而在膜上發(fā)生結(jié)垢。目前處于水源短缺或?qū)Νh(huán)境影響考慮,設(shè)置反滲透濃水回收系統(tǒng)以提高回收率成為一種習慣做法,在這種情況下,實際應用中常常需要投加各類化學品以防止膜元件的污染和結(jié)垢。這些化學品本身不得對膜元件性能產(chǎn)生負面影響,但必須注意所投加的各類化學品之間是相互兼容匹配的,其投加濃度保持在適當?shù)姆秶鷥?nèi),否則將會引發(fā)災難性的結(jié)果。

2 反滲透膜的應用

2.1用于海水、苦堿水淡化

反滲透膜分離技術(shù)已被廣泛應用于海水淡化。反滲透膜法海水淡化工藝最高運轉(zhuǎn)壓力為5.6～7MPa,能耗為多段蒸發(fā)法的l/2～1/3,淡水水質(zhì)好(反滲透膜對l價金屬離子的阻止率>99.4%,對2價金屬離子的阻止率為99.9%,總?cè)芙夤腆w量阻止率>99.6%)。在全世界海水淡化裝置中約有30%用反滲透方式來實現(xiàn),用反滲透膜可脫去海水中99%以上的鹽離子。我國早在1968年起就在山東潮連島試用反滲透膜分離技術(shù)從海水制取飲用水。

2.2用于處理重金屬廢水

對于處理重金屬廢水,國內(nèi)外均進行了廣泛研究。從20世紀70年代開始,反滲透已用于處理電鍍廢水,在具體工程中,反滲透法已大規(guī)模用于鍍鋅、鎳、鉻漂洗水和混合重金屬廢水的處理。據(jù)報道,用反滲透處理銅氰電鍍漂洗水已獲成功,截留率在99%以上。研究表明,反滲透法還可用于處理鍍銀漂洗水。

2.3用于純水、超純水制備

采用反滲透技術(shù)可制取各種符合要求水質(zhì)的脫鹽水。通常以多級反滲透制取純度較高的脫鹽水,但此法水利用率較低。常用的脫鹽水制取工藝還有反滲透+離子交換技術(shù),該技術(shù)在保證了水利用率的條件下大幅降低了酸堿消耗,防止二次污染,是目前水處理應用的一個新的方向。對水質(zhì)要求較高的航天、電子等行業(yè),采用反滲透+EDI(電滲析)技術(shù)可以滿足對產(chǎn)品水質(zhì)的要求,目前此工藝在電力行業(yè)中也得到了越來越多地成功應用。

2.4用于食品、飲料制造

采用管式反滲透法濃縮脫脂奶,可將固形物含量從原來8.5%提高到27% ,固形物透過率只有0.15%～0.2%,該技術(shù)在國外已得到成功應用。反滲透用于果汁、果酒的濃縮,可保證維生素等營養(yǎng)成分不受破壞以及揮發(fā)質(zhì)不損失,并保留其原有的風味。反滲透膜可以完全除去細菌和病毒,使產(chǎn)品不加任何防腐劑而延長儲存期,食用更加衛(wèi)生可靠。但一般反滲透膜耐熱性為4O℃左右,不適宜用于熱水殺菌等工藝用途。

2.5用于氣體分離

氣體膜分離技術(shù)于上世紀七十年代末實現(xiàn)了工業(yè)化,一經(jīng)推出就因其操作靈活、占地小、運行穩(wěn)定、投資低、能耗低、見效快而受到用戶的歡迎。氣體膜首先應用于氫氣的分離,目前已在合成氨馳放氣回收、CO/H2比例調(diào)節(jié)、煉廠含氫尾氣氫回收以及氫氣的分離純化等方面得到了廣泛的應用。

此外,反滲透還可用于生物工程和醫(yī)藥提純以及氣體分離等領(lǐng)域。

3 反滲透膜的發(fā)展前景

反滲透膜分離技術(shù)是20世紀60年代發(fā)展起來的一門新的膜分離技術(shù),作為分離領(lǐng)域的一個分支,具有廣闊的發(fā)展前景,由于其優(yōu)良的分離性能,它的應用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛。今后反滲透的主要發(fā)展方向:①開發(fā)抗氧化性、抗酸堿性以及高透水性的新型膜材料;②開發(fā)具有低能耗、抗污染、耐高溫、高壓和特種分離等性能的反滲透膜組件;③反滲透膜組件與超濾、微濾、納濾、EDI等膜組件的組合應用;④新型氣體膜分離材料的研制。

由于反滲透工藝對水中的無機鹽、有機鹽、微生物、熱源、膠體等具有良好的去除效果,率先應用于航天工業(yè)的高技術(shù)反滲透系統(tǒng)已經(jīng)顯示出其強大的商業(yè)價值和市場前景。有資料預測反滲透工藝將取代其它工藝成為適用于任何水源的首選水處理方案。

在水資源普遍匱乏的今天,對工業(yè)企業(yè)而言,如何提高水利用率以及降低水處理成本將是關(guān)系到企業(yè)以及社會利益的大問題,而新的水處理方法也在不斷地發(fā)展和成熟。在水處理中運用膜分離技術(shù),可以避免離子交換法經(jīng)常出現(xiàn)的諸如:由水質(zhì)惡化引起的離子交換樹脂污染、穿透、再生周期縮短,出水水質(zhì)惡化、用藥量增多等問題,同時降低了運行成本以及水處理成本,切實解決了目前所面臨的很多問題。

隨著社會、經(jīng)濟的發(fā)展,膜法水處理技術(shù)將會在為人類提供安全、純凈、衛(wèi)生的海水及苦咸水淡化、鍋爐補給水、工業(yè)純水及電子級超純水制備,飲用純凈水生產(chǎn)、廢水處理過程中發(fā)揮更重要的作用。

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