探析超濾與反滲透制備純水工藝設(shè)計(jì)分析

李洪偉

摘要：從當(dāng)前的情況看，我國的水資源受到嚴(yán)重污染，從多方面治理已成為國家解決水資源匱乏問題的首要方法，其中引進(jìn)超濾和反滲透就是當(dāng)前水處理工藝中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。該方式也稱為膜分離技術(shù)，在使用上其雜質(zhì)去除率更高，水質(zhì)量更高，更加符合人們對(duì)純水的需求，因此在純水制備中得到了廣泛的應(yīng)用。本文中，筆者就該項(xiàng)技術(shù)在純水制備中的基本原理進(jìn)行具體分析，并簡單說明其在飲用水處理方面的應(yīng)用，最后從該項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題談?wù)劸唧w的應(yīng)對(duì)方式。

關(guān)鍵詞：純水制備工藝；超濾；反滲透；設(shè)計(jì)分析

【分類號(hào)】：TU991.2

1.前言

對(duì)原水進(jìn)行處理和加工后使之符合純水的指標(biāo)是當(dāng)前人們對(duì)水資源需求的基本要求。隨著技術(shù)的不斷提升，水處理行業(yè)中先后引入了大批的成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，促進(jìn)了水處理行業(yè)的良性及穩(wěn)定發(fā)展。超濾與反滲透技術(shù)是一項(xiàng)在純水制備過程中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，該項(xiàng)工藝技術(shù)同時(shí)也在污水處理、海水淡化及工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域受到業(yè)界的廣泛使用。對(duì)此，我們針對(duì)超濾與反滲透工藝在純水制備工藝中的應(yīng)用就機(jī)理、簡單應(yīng)用及常見問題開展探究，希望國內(nèi)眾多水處理公司能更好的運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，促進(jìn)業(yè)內(nèi)更好的發(fā)展。

2.超濾與反滲透工藝的機(jī)理

2.1超濾工藝的機(jī)理

傳統(tǒng)的水處理工藝相對(duì)簡單，首先是對(duì)原水進(jìn)行簡單預(yù)處理，其次在水中加入一定的凈化及消毒劑去除異味，再次放入沉淀池中將懸浮在水表面的顆粒去除，最后再做過濾雜質(zhì)、沙粒等處理，這樣的水處理工藝無法將水中殘存的有害物質(zhì)進(jìn)行有效清除，如果人們長期飲用此類水質(zhì)一定會(huì)改變身體素質(zhì)，為了提升水質(zhì)量，超濾技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。超濾的基本原理就是利用流體的自身壓力驅(qū)動(dòng)和切向流動(dòng)而發(fā)揮出的過濾功能，其可以按照分子量顆粒的實(shí)際大小來分離。在這一過濾過程中當(dāng)然會(huì)使用到超濾膜。超濾膜就是利用壓力活性膜，其在壓力的推動(dòng)下可截留一些分子量較高的物質(zhì)。當(dāng)原水受外界壓力影響下按照一定的流速經(jīng)過超濾膜時(shí)，分子量在300—500以下的溶質(zhì)會(huì)直接通過該超濾膜，而大于該指標(biāo)的分子量則被截留，這就是水凈化的基本原理。一般情況下超濾膜的孔徑大小大約是在（0.002-0.1）μm，因此水中含有的小分子量溶質(zhì)、懸浮顆粒、細(xì)菌、膠體、病毒等物質(zhì)均可以有效去除。水處理工藝不會(huì)單單只是超濾，還需進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)，而進(jìn)入該系統(tǒng)之前必須先做好預(yù)處理，使水質(zhì)達(dá)到反滲透的進(jìn)水指標(biāo)要求后經(jīng)對(duì)應(yīng)加壓泵后進(jìn)入膜組件。而反滲透的預(yù)處理通常是選擇超濾，主要是因超濾膜說可以全部清除超過0.1μm的溶質(zhì)，有機(jī)物的清除率也達(dá)到10%-30%，懸浮顆粒、病菌、微生物等清除率為100%，最值得一提的是其處理過程中所使用到的化學(xué)制劑用量最小，可有效降低污染排放量，是當(dāng)前預(yù)處理設(shè)計(jì)的首選。

2.2反滲透（RO）工藝的機(jī)理

RO技術(shù)在未來環(huán)境工程中有很大的發(fā)展空間，其可促進(jìn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的增加。RO技術(shù)也稱為逆滲透技術(shù)，其基本機(jī)理就是利用外界的壓力將水溶液中的所有溶劑通過反滲透膜后將溶劑成功分離，其與自然滲透的機(jī)理相反，因此稱為反滲透。反滲透膜的孔徑大小大約為（0.1-1）nm，是由高矩陣的聚合纖維素構(gòu)成，可截留鹽分。RO技術(shù)是當(dāng)前效率最高、最節(jié)能環(huán)保的一種分離技術(shù)，在大于滲透壓的外界壓力下，利用只允許水分子通過的反滲透膜而將溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離，達(dá)到凈水的目標(biāo)。根據(jù)不同的滲透壓，將大于滲透壓的溶液進(jìn)行分離、純化和濃縮。關(guān)于反滲透膜的脫鹽原理當(dāng)前有不同的說法，如氫鍵理論、優(yōu)先吸附-毛細(xì)管流動(dòng)理論和溶解-擴(kuò)散理論等。RO技術(shù)在應(yīng)用過程中有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一個(gè)是有反滲透膜，一個(gè)是有外界壓力。在水溶液中最難清除的雜質(zhì)當(dāng)屬溶解性鹽類物質(zhì)。人們通常將反滲透的除鹽率效果來判斷該技術(shù)的凈水效果。而RO技術(shù)的除鹽率主要由反滲透膜的選擇性來決定。高選擇性的反滲透膜其除鹽效果可達(dá)到99%?，F(xiàn)有的反滲透系統(tǒng)中，期除鹽率通常是設(shè)置在95%-99%之間，而SiO2的清除率是99%以上。同時(shí)也有專家指出，針對(duì)反滲透膜的研制工作，應(yīng)制作出具有更高抗壓、抗酸、抗氧化及耐酸性等效果，同時(shí)也要容易清洗，加強(qiáng)反滲透膜的分離效果和其他膜之間的結(jié)合方式，改善各種膜組件，使反滲透膜在使用過程中得到更好的保護(hù)，延長壽命。

3.超濾-反滲透工藝在飲用水處理中的應(yīng)用

當(dāng)前水資源受到嚴(yán)重污染，居民飲用水的安全也受到影響。對(duì)水進(jìn)行處理和凈化是當(dāng)前應(yīng)用水工程工作的重心。實(shí)現(xiàn)飲用水的凈化需要有效去除水溶液中的病菌、懸浮物及各種微生物等，使水質(zhì)達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)。而在這一凈化和處理過程中，超濾-反滲透技術(shù)發(fā)揮著其巨大的作用。傳統(tǒng)的飲用水處理及凈化步驟多是先混凝，再沉淀、過濾，最后是氯消毒。其凈化處理過程中需要用到的混凝劑、化學(xué)制劑等量特別大，若是稍有使用不當(dāng)不僅無法控制，而且還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染問題。特別是使用氯氣進(jìn)行消毒不僅會(huì)引發(fā)畸形和致癌，還會(huì)導(dǎo)致突變的CHCl3，因此傳統(tǒng)工藝不宜再使用。與傳統(tǒng)的工藝不同，超濾-反滲透技術(shù)可以有效去除水溶液中的米級(jí)顆粒和細(xì)菌懸浮物，并能大量去除各類有害物質(zhì)，在提升飲用水的質(zhì)量上比傳統(tǒng)工藝有著更明顯的效果。超濾-反滲透技術(shù)在飲用水中的應(yīng)用主要是對(duì)原水做脫鹽處理，使水達(dá)到純水相關(guān)指標(biāo)。為了提高除鹽率，應(yīng)對(duì)水溶液做深度處理，現(xiàn)采用兩級(jí)兩段反滲透，具體處理流程。需要注意的是在原水進(jìn)入水箱之前應(yīng)使用殺菌劑做殺菌處理，超濾出水進(jìn)入反滲透之前應(yīng)加入阻垢劑，這樣可提高水質(zhì)的PH值。

4.應(yīng)用過程中常見問題的具體分析

超濾-反滲透系統(tǒng)在應(yīng)用過程中有可能出現(xiàn)下述幾個(gè)問題：一個(gè)是關(guān)于超濾運(yùn)行方式的選擇問題。超濾運(yùn)行方式有錯(cuò)流和全流過濾兩種。前者指的是水進(jìn)入超濾膜之后，該膜會(huì)部分成為產(chǎn)水，而另一部分會(huì)夾帶其他雜質(zhì)排除成為濃水，后者是指水進(jìn)入超濾膜之后，該膜會(huì)全部成為產(chǎn)水而經(jīng)過濾液流出。兩者各有優(yōu)勢(shì)，前者可處理懸浮物更高的進(jìn)水，后者運(yùn)行成本低。筆者認(rèn)為當(dāng)超濾進(jìn)水的懸浮物和渾濁度較高時(shí)可選擇錯(cuò)流過濾方式，可用于污水處理工藝中；當(dāng)超濾進(jìn)水的懸浮物和渾濁度較低時(shí)，可選擇全流過濾方式，可用于凈化自來水、井水工藝中。二個(gè)是反滲透膜型號(hào)、數(shù)量及排布方面的問題。型號(hào)上應(yīng)結(jié)合原水水質(zhì)情況適宜選擇，而后兩者可結(jié)合系統(tǒng)的水通量及回收率對(duì)膜件數(shù)量進(jìn)行確定和排布。

5.結(jié)束語

我國的水處理工藝相對(duì)簡單，而超濾與反滲透技術(shù)以其特有的高效異味清除率和過濾有害物質(zhì)等優(yōu)勢(shì)而在純水和超純水制備中不斷被廣泛應(yīng)用。超濾膜技術(shù)具有強(qiáng)大的物化和分離效果，同時(shí)利用反滲透的分離與濃縮效果使水環(huán)境得到進(jìn)化、污染控制及水再生等，因而該項(xiàng)技術(shù)能否在純水制備工藝中發(fā)揮更大的效用是業(yè)界重點(diǎn)研究的問題。上文針對(duì)超濾與反滲透技術(shù)的應(yīng)用機(jī)理、簡單應(yīng)用及應(yīng)用存在的問題等進(jìn)行了詳細(xì)的闡述與解析，這說明了該項(xiàng)技術(shù)在水處理過程中有著舉足輕重的效果，應(yīng)加大該項(xiàng)技術(shù)的推廣和研究，更好的解決水資源短缺問題。

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