反滲透膜在水處理中的研究進展

李 晉

（天津中水有限公司 天津 300384）

水資源是人類賴以生存的主要環(huán)境資源之一，隨著社會的發(fā)展，水源質(zhì)量呈現(xiàn)極度惡化趨勢，可用水存儲量逐年降低，水處理已經(jīng)成為受到廣泛關注的重點問題之一。當前人們的社會活動與工業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的廢水，對這些廢水進行處理和回收，轉(zhuǎn)化為可飲用的生活用水是解決水資源問題的一個重要途徑。反滲透膜過濾技術即為一種先進的水處理技術，該技術應用中不需要進行化學反應，也不會產(chǎn)生多余的有害物質(zhì)，對環(huán)境友好，具有廣闊的應用前景。

1 反滲透膜及其工作原理

反滲透膜是一種對物質(zhì)滲透具有選擇性的半透膜，這種膜可以允許混合液體中的溶劑按照特定的方向透過薄膜，而將溶質(zhì)阻止在薄膜的另一側(cè)。被污染的水中通常含有多種雜質(zhì)或溶解鹽，若將其放在反滲透膜的一端，并對其施加壓力可以促使該溶液中的水透過反滲透膜到達另一端，實現(xiàn)水處理，獲得高質(zhì)量的純水，達到凈化的目的。

反滲透膜的制備可以通過多種材料實現(xiàn)，不同的材料所具有的性能不盡相同，目前常用的制模材料有纖維素酯、二醋酸纖維素、三醋酸纖維素類；聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮、聚酰亞胺類；聚芳香酰胺類等。

2 膜材料的選取

反滲透膜的性能直接決定污水廢水的處理效果。因而在應用反滲透技術對污水廢水進行過濾時首先需要考慮的問題就是膜材料的選擇。反滲透膜按照所使用的材料可以分為無機與有機兩類高分子材料。但是鑒于無機高分子材料應用成本較高，故目前常用的反滲透膜大多使用有機高分子材料制作而成，其主要材料為芳香聚酰胺類以及醋酸纖維素類。

實際廢水處理中選取膜材料時可以綜合考慮以下幾方面因素：廢水的組成成分、所處理廢水的溫度與pH值、膜材料構成的反滲透膜的機械強度與化學特性等。應用中，必須選擇與應用需求相匹配的反滲透膜。

目前常用的反滲透膜有以下幾種。

（1）酸纖維膜。酸纖維膜是唯一一種對氯離子具有抗性的膜，其脫鹽率可超過百分之九十五。除此之外，其耐污染性也較強，但是不宜承受微生物的侵蝕，因而降解率較高，使用一段時間后其脫鹽效果會明顯下降。當所過濾廢水的酸堿性超過一定范圍時，酸纖維膜還產(chǎn)生分解現(xiàn)象。其最佳應用pH值為pH5到pH6之間。

（2）聚酰胺膜。聚酰胺膜的抗氯性很差，容易受到氯或其他氧化劑的侵蝕從而降低對廢水的過濾性能。但是這類膜對微生物的抗性較好，不易被水解，故其使用期限相對較長。其使用環(huán)境為污廢水酸堿度在pH4到pH11之間，水溫在40度以內(nèi)。

（3）復合膜。復合膜使用了多種有機高分子材料制作而成，故其性能較為均衡，具有多種屬性。具體來說，其可以在1.6MPA左右的低壓環(huán)境下使用，能夠繼承酸纖維膜的耐氯性和聚酰胺膜的耐微生物性，雖然縱向?qū)Ρ榷?，性能有所降低，但是橫向比較來看，性能均衡，比單獨使用某種材料的反滲透膜的缺點有所彌補。其可以在pH值在2到12的范圍內(nèi)使用，應用范圍廣泛，但是在長期使用中，其匹配PH值為5到9。

3 反滲透膜及其相關技術在水處理中的應用

3.1 廢水處理

廢水處理是反滲透膜的另一個核心應用方向，通過反滲透技術可以有效處理電廠、印染廠產(chǎn)生的含重金屬或含油廢水，還可以對城市污水、垃圾滲濾液等進行處理，實現(xiàn)水資源的在回收。

火電是我國的主要電能生產(chǎn)方式之一，在火電發(fā)電過程中會使用到大量的循環(huán)冷卻水，這些水中通常會含有多種雜質(zhì)，水濁度較高，若直接排放會對環(huán)境造成污染，配合使用中空纖維超濾膜元件和聚酰胺復合反滲透膜可以將循環(huán)冷卻水處理為水濁度低于0.02NTU，污染指數(shù)低于0.7的可再利用水。

印染廠產(chǎn)生的廢水中含有大量的鹽離子，色度離子等物質(zhì)，使用超濾和反滲透雙膜技術可以將廢水中的有機物、鹽離子等濾除，且其產(chǎn)水化學耗氧量不高于10毫克每升，水處理效果明顯。

傳統(tǒng)的對含有重金屬的廢水處理工藝中需要添加化學藥劑，這不僅會造成二次污染，且處理操作要求較高，使用反滲透膜和多級反滲透技術對這些廢水進行處理可以較好的去除廢水中含有的重金屬元素。

城市垃圾滲濾液中含有的成分較多較復雜，傳統(tǒng)的生物處理方法所能夠達到的處理效果有限。使用聚酰胺反滲透膜對其進行處理可將垃圾滲濾液凈化到可排放的指標，實現(xiàn)對垃圾滲濾液的處理。

3.2 純水生產(chǎn)

純凈水在生活飲水以及工業(yè)生產(chǎn)和制藥中有著廣泛的應用，這類應用對水的要求較高，使用反滲透膜進行水處理需要符合必要的生產(chǎn)標準。

由于超純水生產(chǎn)工藝相對較為成熟，故在超純水生產(chǎn)中可以使用相應的滲透膜組件反滲透系統(tǒng)可以控制水通量達到650m3/h，產(chǎn)生導電率為0.3μS/cm的超純水。水處理過程中出現(xiàn)的膜污染問題可以通過化學清洗的方法解決。目前較為常用的純水處理系統(tǒng)為反滲透-電去離子拖延系統(tǒng)。

在工業(yè)用水生產(chǎn)方面，為滿足使用需求，國內(nèi)相關研究人員提出了使用超低壓卷式復合膜組件的方式搭建反滲透系統(tǒng)的方案，該方案中的滲透膜單膜產(chǎn)水量可達41.4立方米每天，而截留率不低于99.7%，完全可以滿足燒堿工業(yè)生產(chǎn)用水需求。此外，氯堿工業(yè)生產(chǎn)中需要對生產(chǎn)過程中的水中的Ca2+、Mg2+等離子進行濾除因而可以使用PVD反滲透膜對其進行脫除處理，同時保證對氯化鈉具有較低的截留率，實現(xiàn)氯堿工業(yè)生產(chǎn)的水處理提純。

在制藥生產(chǎn)中，使用超低壓聚酰胺復合滲透膜組件離子分離系統(tǒng)，應用二級反滲透法對制藥生產(chǎn)過程中所需的純水進行制取可以達到較好的制取效果，這種水處理方案在經(jīng)過二級反滲透后的回收率不低于80%，對于藥企所帶來的經(jīng)濟效益較為明顯。

4 結語

反滲透膜的水處理效果好，應用簡單方便，對環(huán)境污染小，是一種具有廣闊應用前景的水處理方法。隨著反滲透膜技術研究的深入，反滲透膜組件可以獲得更低的能量損耗、抗污染能力以及耐高溫高壓等能力，可適用領域和范圍將得到進一步拓展。

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