反滲透膜技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了反滲透膜技術(shù)的分離原理和分離特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了反滲透膜技術(shù)制備的高純水在鍋爐用水、電子工業(yè)、金屬飾面、封裝等工業(yè)上的應(yīng)用，以及反滲透膜技術(shù)在工業(yè)污水處理、海水脫鹽、苦咸水淡化、食品工業(yè)用水、油水乳液分離等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，由此可見(jiàn)反滲透膜技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：反滲透膜；技術(shù)；工業(yè)應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.019

20世紀(jì)80年代反滲透膜技術(shù)已在歐美國(guó)家廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、生活用水的凈化處理，20世紀(jì)90年代中后期反滲透膜技術(shù)開(kāi)始在國(guó)內(nèi)得到大規(guī)模的應(yīng)用，它主要集中用于電廠鍋爐補(bǔ)給水處理、食品醫(yī)藥用水處理和瓶裝飲用水處理[1]。近年來(lái)新興的工業(yè)污水回用裝置和化工行業(yè)工藝用水都將反滲透膜技術(shù)作為核心工藝。

1 反滲透膜分離原理

當(dāng)半透膜稀溶液側(cè)與濃溶液側(cè)壓力相同時(shí)，稀溶液中的水透過(guò)半透膜進(jìn)入濃溶液側(cè)使?jié)馊芤簼舛冉档偷默F(xiàn)象稱為滲透。此時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從稀溶液側(cè)透過(guò)半透膜進(jìn)入濃溶液側(cè)的水分子數(shù)多于從濃溶液側(cè)透過(guò)半透膜進(jìn)入稀溶液側(cè)的水分子數(shù)，使得濃溶液濃度降低。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)，從兩個(gè)方向透過(guò)半透膜的水分子數(shù)相等時(shí)，滲透即達(dá)到平衡[2]。若在濃溶液側(cè)外加一定的壓力，恰好能使稀溶液側(cè)和濃溶液側(cè)的滲透達(dá)到平衡，這個(gè)外加的壓力即稱為滲透壓。滲透壓的大小不僅取決于溶液系統(tǒng)，且與溶質(zhì)濃度及溫度有關(guān)，若在濃溶液側(cè)的外加壓力超過(guò)了滲透壓，則會(huì)使單位時(shí)間內(nèi)從濃溶液側(cè)透過(guò)半透膜進(jìn)入稀溶液側(cè)的水分子數(shù)多于從稀溶液側(cè)透過(guò)半透膜進(jìn)入濃溶液側(cè)的水分子數(shù)，此過(guò)程稱為反滲透。

反滲透膜技術(shù)的分離過(guò)程是利用半透膜只允許水通過(guò)而截留溶解固形物的性質(zhì)，以膜兩側(cè)的滲透壓差為推動(dòng)力，使水從濃溶液側(cè)透過(guò)半透膜進(jìn)入稀溶液側(cè)從而實(shí)現(xiàn)濃溶液側(cè)溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離的膜過(guò)程[3]。因此，反滲透膜技術(shù)的分離過(guò)程應(yīng)具備如下條件：一是所用的半透膜應(yīng)具有滲透性高和選擇性高的特性，二是半透膜兩側(cè)的凈壓差大于零。

2 反滲透膜技術(shù)的特點(diǎn)[4]

（1）具有較高的鹽脫除率和水回用率。

（2）膜分離裝置簡(jiǎn)單且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

（3）分離過(guò)程中，易產(chǎn)生膜污染，因此需定期對(duì)膜進(jìn)行清洗。

（4）反滲透膜分離過(guò)程需在高壓下進(jìn)行，因此工藝流程中要配備高壓泵與高壓管路。

（5）為防止膜污染，原水需進(jìn)行一定的預(yù)處理各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)后進(jìn)入反滲透膜分離裝置。

（6）反滲透膜分離過(guò)程能耗低、無(wú)變相，可在常溫下進(jìn)行，因此可較好地用于熱敏感性物質(zhì)的分離和濃縮。

（7）采用反滲透膜分離技術(shù)，能有效去除水中的離子、分子、有機(jī)膠體、細(xì)菌等，因此它是一種高效、低能耗、無(wú)污染的水處理技術(shù)，適合處理含鹽量較高的水質(zhì)。

3 反滲透膜技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

3.1 反滲透膜技術(shù)制備高純水的工業(yè)應(yīng)用

（1）鍋爐用水。反滲透膜技術(shù)可生產(chǎn)高純水為鍋爐供水，將高純水加入鍋爐，鍋爐通過(guò)燃燒油、煤、天然氣或利用核能將水轉(zhuǎn)化為蒸汽，然后將有壓蒸汽輸送至汽輪機(jī)，汽輪機(jī)通過(guò)消耗蒸汽的部分熱能，將其轉(zhuǎn)化為軸轉(zhuǎn)動(dòng)形式的機(jī)械能，機(jī)械能被送往發(fā)電裝置，轉(zhuǎn)化為電能。在此應(yīng)用中，鍋爐用水需采用高純水的主要原因是蒸汽中如有鈉、氯化物或二氧化硅等污染物，能引起汽輪機(jī)葉片的腐蝕或污染。

（2）電子工業(yè)。電子工業(yè)用水需考慮水中的各種污染物，包括離子、粒子、二氧化硅和有機(jī)物。通常電子工業(yè)用高純水作表面清洗。在集成電路生產(chǎn)過(guò)程中，裸露的硅經(jīng)歷多達(dá)30～40道生產(chǎn)工序，且在每一道工序中，導(dǎo)電的或絕緣的材料層均需加到硅的表面，因此在下一層加到硅的表面之前，需采用腐蝕性的化學(xué)藥品蝕刻掉表面的一部分。為了保證硅片表面的化學(xué)藥物被徹底移除，在整個(gè)化學(xué)蝕刻過(guò)程中的各個(gè)工序都需用高純水[5]。

（3）金屬飾面。日常生活中的許多用品都需采用金屬電鍍來(lái)提高其美感和耐用度，在電鍍作業(yè)前，一般采用高純水來(lái)漂洗最初的表面，清洗掉影響電鍍效果的臟物和化學(xué)藥品，以確保鍍層能更好地粘附于表面。在電鍍鍍層干燥前，用高純水漂洗掉過(guò)量的電鍍?nèi)芤篬5]，而用劣質(zhì)水漂洗或漂洗不當(dāng)都會(huì)減少鍍層的光澤或弄污表面。

（4）封裝。許多家用產(chǎn)品需要用高純水稀釋，這是由于大多數(shù)自來(lái)水中的離子能和產(chǎn)品中的某些成分發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，影響其性能和外觀。如織物柔軟劑、窗戶清洗劑和洗發(fā)香波等的生產(chǎn)均采用高純水稀釋[5]。

3.2 反滲透膜技術(shù)在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用

工業(yè)污水的各個(gè)組分可視作污染物，也可視作資源，其所含組分常常具有可利用價(jià)值，所以工業(yè)污水的處理不僅要降低排放量，還要考慮資源的重復(fù)利用。

（1）電鍍行業(yè)產(chǎn)生的污水。電鍍行業(yè)產(chǎn)生的電鍍廢水一般含有大量的有害重金屬離子，采用一般處理方法很難去除，造成環(huán)境污染，但反滲透膜技術(shù)卻能很好地去除電鍍廢水中的重金屬離子，并且離子價(jià)數(shù)越高越易被去除，而分離出的重金屬能夠被回收利用，處理后的達(dá)標(biāo)水即排放，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）電廠污水?；鹆Πl(fā)電廠中產(chǎn)生的污水量最大的是冷卻塔排污，若將冷卻塔循環(huán)排污水直接排放，極大地浪費(fèi)水資源，由于冷卻塔循環(huán)用水量很大，若將冷卻塔循環(huán)排污水采用反滲透膜技術(shù)進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后回用于循環(huán)水系統(tǒng)，可節(jié)約資源、提高水利用率。

（3）紙漿及造紙工業(yè)產(chǎn)生的廢水。紙漿及造紙工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水具有高濃度、高色度、高生化需氧量等特性，且通常含有害雜質(zhì)，對(duì)環(huán)境影響極大。采用反滲透膜技術(shù)處理紙漿及造紙工業(yè)產(chǎn)生的廢水，可有效去除廢水中的污染物，也可提取其中的有用物質(zhì)回收利用[6]。

（4）放射性廢水。核電廠廢水與火力發(fā)電廠廢水都具有水量大的特點(diǎn)，但因核電廠以放射性核燃料為能量來(lái)源，其廢水還具有放射性。由于反滲透膜技術(shù)處理廢水的效果與廢水中金屬鹽是否具有放射性無(wú)關(guān)，因此反滲透膜技術(shù)非常適合處理此類廢水。另外，反滲透膜技術(shù)處理核電廠加壓水反應(yīng)堆操作中的蒸汽發(fā)生器的排污水，能顯著減少其排污量[6]。

3.3 反滲透膜技術(shù)在海水脫鹽和苦咸水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用

（1）在海水脫鹽中的應(yīng)用。隨著淡水資源的日益匱乏，很多國(guó)家尤其是嚴(yán)重缺水的中東地區(qū)已將海水脫鹽作為其取得淡水的重要途徑。由于海水含鹽量較高，用反滲透膜技術(shù)進(jìn)行海水脫鹽時(shí)，一般均需采用兩級(jí)反滲透系統(tǒng)，因此海水脫鹽成本費(fèi)用較高，但其處理后的水可達(dá)到飲用級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。海水在進(jìn)反滲透裝置之前，需經(jīng)殺菌、凝聚及過(guò)濾等處理流程，并需將pH值調(diào)節(jié)至6左右，如果采用氯殺菌，對(duì)耐氯性能差的膜組件，還需用活性炭去除余氯或用亞硫酸氫鈉進(jìn)行還原處理[6]。

（2）在苦咸水淡化中的應(yīng)用。與海水相比，苦咸水含鹽量一般低很多，通常是指含鹽量在1500～5000mg/L的天然水、地表水和自流井水。在世界很多缺水地區(qū)，苦咸水通常是可利用水的主要部分。

3.4 反滲透膜技術(shù)在食品工業(yè)用水中的應(yīng)用

（1）在奶制品加工中的應(yīng)用。采用反滲透膜技術(shù)處理分出奶酪后的乳漿，可將乳漿中的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離，得到含有蛋白質(zhì)、乳糖和乳酸等成份的濃縮組分，同時(shí)也對(duì)乳清進(jìn)行脫鹽處理，減少了環(huán)境污染。

（2）在果汁和蔬菜汁加工中的應(yīng)用。采用反滲透膜技術(shù)可對(duì)果汁和蔬菜汁在常溫下加工濃縮，濃縮后的果汁和蔬菜汁仍具有原有的營(yíng)養(yǎng)成分和口感特征，而采用其它處理方法，如蒸發(fā)法濃縮果汁和蔬菜汁會(huì)造成各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失，使得濃縮汁質(zhì)量降低。

3.5 反滲透膜技術(shù)在油水分離中的應(yīng)用

在加工金屬的過(guò)程中，需采用油水乳液潤(rùn)滑和冷卻加工工具及工作臺(tái)面。采用反滲透膜技術(shù)處理油水乳液時(shí)，不僅可使排放水達(dá)標(biāo)，還可得到濃縮的油相[4]。濃縮的油相可焚燒處理也可經(jīng)精練制得能回用的油，這樣既降低了環(huán)境污染，又提高了乳液中油的利用率。

4 結(jié)語(yǔ)

反滲透膜技術(shù)在制備高純水、工業(yè)污水處理、海水脫鹽和苦咸水淡化、食品工業(yè)用水、油水乳液分離等領(lǐng)域中均得到了廣泛的應(yīng)用，由此可見(jiàn)反滲透膜技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：丁姍姍（1986-），女，湖北荊州人，碩士，工程師。