反滲透技術在環(huán)境工程當中的應用

李建華

摘要：

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市化進程的加快，我國環(huán)境污染尤其是水資源污染情況加劇，而反滲透作為一種先進的污水處理技術，是一項當前較為先進液體分離技術，目前已廣泛應用于眾多領域，具有操作簡便，能耗低，無二次污染等優(yōu)點。在環(huán)境工程方面發(fā)揮了重要的作用。

關鍵字：反滲透技術；環(huán)境工程；應用；

中圖分類號：B819文獻標識碼： A

反滲透的分離技術是當今世界上水處理中比較先進的技術，目前這種技術已經(jīng)在我國城市給水的處理、工業(yè)廢水的處理以及城市污水的處理等方面得到廣泛的運用。

一、反滲透原理

反滲透技術是一種逆向分離過程，完成反滲透分離過程需滿足兩個條件：1.操作壓力必須大于溶液的滲透壓；2.反滲透膜需要有較良好的選擇性及脫水性。反滲透膜表面具有直徑小于1nm 的微孔，故可對無機鹽、溶解性有機物、溶解性固體以及膠體保持極高的去除率。但反滲透膜對原水pH、以及溫度較為敏感，故進水pH 應控制在4~10 之間，水溫小于40℃。原水進入反滲透系統(tǒng)前需進行預處理，待原水水質條件滿足反滲透膜處理要求之后，利用加壓泵將原水送入膜組件，使原水經(jīng)過反滲透膜成為產(chǎn)水，原水中的無機鹽、有機物等被截留在進水一側而形成濃液。濃液可被回收或進行再處理。

二、反滲透特點

反滲透技術在處理手段上屬于物理法，具有很多優(yōu)點：（1）反滲透操作僅依靠壓力作為推動力，相對于其它傳統(tǒng)物理處理手段具有最低的能耗；（2）反滲透在室溫環(huán)境下即可進行，無需發(fā)生相變；（3）無需使用化學處理試劑，無化學廢液的排放，幾乎沒有環(huán)境污染；（4）操作設備所需空間較小，設備占地面積小，操作簡單，無需頻繁維護。

三、反滲透常用的工藝技術流程

1、 一級一段的方法

一級一段就是在料液進到膜組件以后，濃縮液（濃水）與產(chǎn)水被連續(xù)不斷地引出，這種方式對水的回收率不夠高，因此在工業(yè)中的應用也就比較少。還有一種形式就是一級一段的循環(huán)型的工藝技術，主要就是其濃水中的一部分又回到了料液的槽內，這樣就會不斷地提升其濃縮液的濃度，所以產(chǎn)水量就會很大，可是水質會在一定程度上有所降低。

2、 一級多段的方法

應用反滲透的技術于濃縮過程時，如果一次的濃縮無法達到要求，還可以使用多步的濃縮方式。這樣的方式會在一定程度上減小濃縮液的體積， 但是又會在一定程度上使?jié)饪s液的濃度有所提升，從而使產(chǎn)水量增加。

3、兩級一段的方法

在一級的方法無法達到水質要求的時候，我們就可以分成兩步來進行。如果膜除鹽的效率較低，而這時候水的滲透性升高時，就可以使用兩步的方法。這在一定程度上節(jié)約成本，同時其也能夠在很低的壓力與濃度之下運行，提升其膜的壽命。

四、反滲透在環(huán)境工程中的應用

1、 海水淡化

反滲透技術于20 世紀60 年代應用到海水脫鹽，是目前海水淡化的一項主流技術，近十年來發(fā)展極為迅速。目前全球海水淡化裝置中有30%采用反滲透技術，利用反滲透技術去除海水中99%以上的鹽離子以獲得飲用水。進入21 世紀后，能量回收技術迅猛發(fā)展，這使得反滲透技術的生產(chǎn)成本急劇降低，并且提高了反滲透系統(tǒng)的能源使用效率。另外，高通量反滲透膜以及大直徑卷式膜組件等新型反滲透膜組件的出現(xiàn)也使系統(tǒng)的運行成本得到降低。全球最大的反滲透海水凈化廠位于以色列阿什克倫市，日產(chǎn)量達到3.3×105m3 ，占以色列全部需水量的15%，成本為每立方米0.53 美元。我國于1997 年在浙江省嵊泗縣建成國內首個反滲透海水淡化工程，工程采用透平式能量回收裝置，將生產(chǎn)能耗控制在5.5 kWh/t，使我國在反滲透海水淡化領域的空白得以填補。目前我國最大的反滲透海水凈化廠位于大連市長海縣，生產(chǎn)規(guī)模為1000m3/d，淡水成本6 元/m3 。隨著反滲透系統(tǒng)的各個階段的不斷優(yōu)化，反滲透在海水淡化方面的生產(chǎn)成本以及能量利用效率的優(yōu)勢將會更加明顯。

2、 純水、超純水的制備

純水與超純水在現(xiàn)代工業(yè)中是一種極其重要的生產(chǎn)原料，在化工、電子、半導體、醫(yī)藥等領域有著廣泛的應用，我國在20 世紀80 年代開始將反滲透與離子交換相結合應用在純水與超純水的制備中，與單純的離子交換技術相比，其節(jié)約酸堿消耗量約90%，樹脂再生周期造水量提升近20 倍，總體造水成本下降約30%。由于其具有可觀的經(jīng)濟效益與環(huán)保效益，目前反滲透膜工藝純水、超純水制備系統(tǒng)的市場占有率已在95%以上。清華紫光古漢集團衡陽制藥廠采用混床技術+反滲透處理技術對原來的全離子交換工藝進行改進，改進后產(chǎn)水增加，水質改善，制水成本得到降低。另外，出水純度會隨著反滲透級數(shù)的增加而提高，但會導致出水量減少，為此反滲透裝置連用一般不多于二級。為了克服出水不能徹底除鹽的缺陷，常在反滲透的過程中加以電去離子技術，以提高整體凈水效果。

3、 城市污水的深度處理

反滲透技術在城市污水的深度處理的應用在眾多國家受到高度重視。許多缺水國家在利用反滲透淡化海水的同時將該技術引入污水的二級處理以擴大淡水水源。悉尼在舉行奧運會期間，各體育場館日產(chǎn)廢水2200t，利用微濾系統(tǒng)對所產(chǎn)生污水進行深度處理后得到?jīng)_廁用中水，部分中水再經(jīng)反滲透系統(tǒng)處理用于場地周邊綠化。此舉節(jié)約了大量自來水，并大大減少了市政污水處理負擔，充分展現(xiàn)了綠色奧運理念。

利用超濾+反滲透+連續(xù)電去離子膜塊聯(lián)合工藝對城市污水處理廠二級出水進行深度處理，出水供給大連泰山熱電廠440t/h 超高壓鍋爐。該系統(tǒng)采用陶氏化學公司的BW30-400FR復合反滲透膜以及BW30-365FR 抗污染復合反滲透膜，單膜脫鹽率高達99.6%,出水水質充分滿足超高壓鍋爐的補給水水質要求，保證了其生產(chǎn)的可靠性及安全性。

五、 反滲透技術研究重點及發(fā)展趨勢展望

1、 操作壓力的降低

由于反滲透分離的主要動力為壓力，操作壓力的大小直接決定著生產(chǎn)能耗的大小。目前，在海水淡化生產(chǎn)中反滲透所需的壓力成本遠大于膜組件成本。因此，降低操作壓力，提高膜通量成為當前反滲透技術的一個研發(fā)熱點。目前降低操作壓力的一個較為實際可行的方法是對于出水要求不太嚴格的廢水處理，將反滲透膜置換為納濾膜，這樣可在保證出水水質的前提下降低能耗。

2、膜污染問題

反滲透技術應用于城市污水處理時，其作用原理是利用空間排阻作用及電荷斥力來移除水中的化合物。若使用時間較長或污水負荷過大，膜表面便易形成沉積層，降低膜性能。為此膜污染的防治、膜清洗工藝與膜清洗劑的開發(fā)、預處理工藝的優(yōu)化將會是反滲透系統(tǒng)應用于污水處理領域的關注重點。

3、設備防腐問題

反滲透技術應用于海水淡化與苦咸水脫鹽時，由于兩者的原水都具有鹽離子濃度極高的特點，故設備難免被腐蝕。當下建成投產(chǎn)的反滲透海水淡化工程中，大部分的設備及管道都發(fā)生了明顯的銹蝕。腐蝕問題若不能得到妥善的解決則會嚴重影響系統(tǒng)的使用壽命以及淡化效率。故在今后的研究過程中，系統(tǒng)防腐問題將會得到廣泛重視。

4、處理工藝的改進

在純水及高純水制備領域，由于制備工藝的不斷進步，在過去廣泛使用的陰陽離子交換工藝已逐漸被反滲透技術取代，混合離子交換技術則被電去離子工藝取代，目前已形成反滲透+電去離子混合工藝。該混合工藝在實際生產(chǎn)運行中體現(xiàn)出使用方便、出水質量高、無酸堿廢液排放等優(yōu)點。反滲透技術在今后各領域中生產(chǎn)工藝的改進優(yōu)化將勢必成為未來反滲透技術的主流發(fā)展趨勢。

結語：

總之，反滲透的技術在我國的水處理中得到了極其廣泛的應用，其發(fā)展前景非常廣闊。在很大成都上促進了環(huán)境工程的發(fā)展。

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