反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用探討

王道明

摘 要：如今國(guó)內(nèi)在反滲透技術(shù)中已取得了更多的技術(shù)成就。長(zhǎng)期以來(lái)，以反滲透技術(shù)為主的各種膜分離技術(shù)所產(chǎn)生的市值巨大，并在水處理行業(yè)中已經(jīng)得到大量的運(yùn)用，值得人們深入研究實(shí)踐，不斷強(qiáng)化探索。該文將首先介紹反滲透技術(shù)的概念原理，并就反滲透技術(shù)在水處理中出現(xiàn)的各種主流應(yīng)用列舉分析。

關(guān)鍵詞：反滲透技術(shù) 水處理 科學(xué)應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（a）-0121-02

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)的反滲透技術(shù)發(fā)展正向世界先進(jìn)水平不斷邁進(jìn)，并于國(guó)內(nèi)應(yīng)用中體現(xiàn)出范圍不斷拓展、技術(shù)不斷增強(qiáng)的特點(diǎn)。反滲透技術(shù)作為膜分離技術(shù)中的一種，從20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始，就創(chuàng)造了不斷翻升的年使用量。國(guó)內(nèi)工業(yè)反滲透膜元件市場(chǎng)中，每一年銷(xiāo)量以及使用量都有更大幅度的提升，為全行業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值。人們樂(lè)觀地指出，水處理行業(yè)必然能夠在未來(lái)得到更深入、系統(tǒng)的反滲透技術(shù)應(yīng)用，對(duì)于反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究顯得意義重大。

1 反滲透技術(shù)的概念原理

反滲透技術(shù)，業(yè)界稱(chēng)為RO（Reverse Osmosis），主要是利用存在于膜兩側(cè)的壓力差為動(dòng)力從而實(shí)現(xiàn)膜的分離過(guò)濾。這項(xiàng)技術(shù)源自美國(guó)，是出自20世紀(jì)60年代的航天技術(shù)的延伸與轉(zhuǎn)化，在軍用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)民用技術(shù)推廣后，目前已經(jīng)成功進(jìn)入到更多科研領(lǐng)域。反滲透膜的孔徑極限可至10-9m，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)。在特定壓力影響中，水分子將穿透反滲透膜，而其他液體中不同物質(zhì)將成為被反滲透膜阻隔過(guò)濾的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能是某些金屬離子、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)、膠體、細(xì)菌、微生物等，如此就能夠?qū)λw進(jìn)行凈化，并對(duì)可濾純凈水與不可濾濃縮水進(jìn)行合理區(qū)分。

反滲透技術(shù)的基本原理是：若存在理想狀態(tài)的半透膜體，可將純水與鹽水相離隔開(kāi)，此模體將僅完成水分子的穿透過(guò)濾，并阻止所有鹽分的過(guò)濾。對(duì)于隔在半透膜兩側(cè)的液體而言，一側(cè)的純水將自發(fā)穿過(guò)半透膜滲透到另一側(cè)，若在另一側(cè)鹽水側(cè)施加壓力，則可能影響水的自發(fā)流動(dòng)，從而使得滲透作用減緩。若這樣的壓力達(dá)到某一程度后，自發(fā)滲透的水將不再產(chǎn)生凈流量，這時(shí)的壓力就稱(chēng)之為滲透壓力。若鹽水側(cè)的壓力繼續(xù)增大，將導(dǎo)致水出現(xiàn)逆向滲透，即鹽水側(cè)的水直接回流到純水流，產(chǎn)生了具體的反滲透現(xiàn)象。

2 反滲透技術(shù)在水處理中的具體應(yīng)用

2.1 原水體系的預(yù)處理

隨著反滲透技術(shù)的不斷研究，更多的反滲透系統(tǒng)正在被開(kāi)發(fā)研究過(guò)程中，需要十分重視對(duì)原水體系的預(yù)處理。對(duì)于傳統(tǒng)的網(wǎng)格反應(yīng)斜管沉淀池加石英砂過(guò)濾工藝，若還不能穩(wěn)定滿(mǎn)足反滲透進(jìn)水要求的，則需要增加超濾設(shè)備以保證預(yù)處理水質(zhì)，當(dāng)然如果原水水質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，也可以直接采用雙膜法制水，方便今后的運(yùn)行管理。但是無(wú)論使用哪種工藝，消毒工段都是必須設(shè)置的。原水中通常含有大量的懸浮物或其他鹽類(lèi)，因而顯得較為渾濁，這樣也增加了對(duì)整個(gè)反滲透系統(tǒng)的阻塞效果，應(yīng)盡快消除異物還水體以清澈，還要不斷增加滅菌殺毒消除微生物的工作。反滲透技術(shù)的運(yùn)用，往往嚴(yán)格要求原水中的懸浮物指標(biāo)，因此需要通過(guò)制定水質(zhì)對(duì)懸浮物污染指數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)手段的本質(zhì)就是檢測(cè)整個(gè)反滲透系統(tǒng)中不同懸浮物的出現(xiàn)比例和對(duì)膜體的阻塞情況。一般情況下，反滲透技術(shù)在水處理中要求污染指數(shù)要低于5，甚至要低于3。原水的預(yù)處理過(guò)程，還應(yīng)該將進(jìn)水酸堿度進(jìn)行控制，選定最為適宜的運(yùn)行酸堿度。所以，操作者應(yīng)該結(jié)合具體的反滲透膜要求，對(duì)進(jìn)水的酸堿值進(jìn)行調(diào)節(jié)。原水的預(yù)處理過(guò)程，還應(yīng)該考慮進(jìn)水溫度，使得水溫可以影響到反滲透膜的透水性能，前者升高后透水量將增大。但是，過(guò)高的溫度也會(huì)加強(qiáng)對(duì)醋酸纖維素膜體的水解，導(dǎo)致膜體變軟。所以有機(jī)膜體的適宜溫度應(yīng)在20℃～40℃范圍內(nèi)，而復(fù)合膜體的適宜溫度范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，約5℃～45℃。

2.2 反滲透滅菌

對(duì)水處理技術(shù)應(yīng)用而言，常會(huì)應(yīng)用活性碳作為主要的過(guò)濾物質(zhì)，加強(qiáng)對(duì)水體中的有機(jī)物吸附，同時(shí)也積極吸附過(guò)量的氯分子。前后兩種吸附作用相比，前者的吸附能力較弱，后者則可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的去氯效果。當(dāng)活性碳大量存在于待處理水體中后，整個(gè)水體的營(yíng)養(yǎng)將被聚集，從而促生各種微生物，影響水體的自然流動(dòng)作用。所以，水處理應(yīng)該進(jìn)行凈化處理，尤其是開(kāi)展反滲透處理，一旦反滲透發(fā)揮作用就能夠完成滅菌。對(duì)反滲透技術(shù)應(yīng)用而言，若充分考慮進(jìn)水的污濁度將更有針對(duì)性。通常，整個(gè)反洗過(guò)程中微生物膜體與相關(guān)黏泥組織不會(huì)得到有效的清理，所以需要采用其他手段。

通常，水體的傳統(tǒng)滅菌手段以放藥或紫外線(xiàn)光照滅活為主。對(duì)于現(xiàn)階段在市面上廣為流傳的飲用純凈水而言，正是多次經(jīng)過(guò)反滲透技術(shù)后實(shí)現(xiàn)脫鹽，再采用紫外線(xiàn)滅活殺菌完成凈化滅菌的。民用上對(duì)于容量不大的用水可以直接采用ClO2或O3來(lái)殺菌；工業(yè)上生產(chǎn)用水多以Cl2、NaClO、ClO2或O3來(lái)殺菌。其中Cl2為氯氣，可用鋼瓶在適當(dāng)溫度環(huán)境中貯存；而NaClO的制備則需要通過(guò)對(duì)海水等含鹽過(guò)高的水體進(jìn)行電解得到。O3的制作，一般會(huì)采用專(zhuān)用的高壓放電設(shè)備組對(duì)凈化狀態(tài)下的空氣進(jìn)行操作獲得，在民用領(lǐng)域中，常?？梢?jiàn)各種中小型的臭氧發(fā)生器，可以對(duì)居民住宅小區(qū)中的供水或樓宇內(nèi)的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行有效滅菌，還能夠提升反滲透裝置的滅活作業(yè)效果，對(duì)于水處理中未反應(yīng)消耗的臭氧還能夠直接用活性碳吸附。ClO2的制作通過(guò)NaClO3來(lái)反應(yīng)獲取，多應(yīng)用于飲用水或工業(yè)冷卻水的處理中。需要注意的是：NaClO3具有易爆性，危險(xiǎn)隱患較高。反滲透水處理還要控制設(shè)備停轉(zhuǎn)后的殺菌問(wèn)題。原則上，停機(jī)兩個(gè)周天內(nèi)應(yīng)用原水沖洗，大于兩個(gè)周天的應(yīng)用1.5%濃度的NaHSO3液處理，若停機(jī)時(shí)間超過(guò)2周的可用保存，達(dá)到2周應(yīng)使用CH2O等專(zhuān)用消毒液殺菌。

2.3 多介質(zhì)過(guò)濾器的功用

多介質(zhì)過(guò)濾器就是含有多種或多層過(guò)濾材料介質(zhì)的過(guò)濾系統(tǒng)，往往具有強(qiáng)大的化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能穩(wěn)定性。對(duì)于過(guò)濾器的不同材料介質(zhì)，其相對(duì)密度與顆粒粒徑都具有差異性。如典型的無(wú)煙煤、石英砂合成的雙層濾料過(guò)濾器中，前者的相對(duì)密度為1.6，后者則為2.6；前者粒徑達(dá)到1.8 mm，后者僅到1.2 mm；而對(duì)于三層綠料過(guò)濾器而言，往往在無(wú)煙煤、石英砂中還添加類(lèi)似錳砂、磁鐵礦等重質(zhì)礦石，這些物質(zhì)的相對(duì)密度可到5.0，粒徑也直接達(dá)到4 mm。當(dāng)然，多介質(zhì)過(guò)濾器雖具備特定簡(jiǎn)化預(yù)處理的作用，但不能替代其他過(guò)濾器，這些考慮因素受原水影響。若以自來(lái)水作原水，就能不加濾器直接加入活性炭加強(qiáng)過(guò)濾；若以深井水作原水，則因各金屬變價(jià)離子量低則可用多介質(zhì)過(guò)濾器過(guò)濾；若以河床水作原水，則必須前置細(xì)紗過(guò)濾；若以地表水作原水，則應(yīng)該開(kāi)展更多層次的多級(jí)過(guò)濾。

2.4 海水淡化膜中的反滲透應(yīng)用

當(dāng)前，世界各國(guó)注重解決淡水危機(jī)，加強(qiáng)通過(guò)海水反滲透淡化裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模淡化海水。國(guó)外在這方面走在前列，已經(jīng)擁有日產(chǎn)數(shù)十萬(wàn)噸級(jí)水量的大型海水淡化裝置，國(guó)內(nèi)在這方面相對(duì)起步較晚，海水淡化工程發(fā)展?jié)摿薮?，相信未?lái)國(guó)內(nèi)將建成越來(lái)越多海水淡化裝置，實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用，解決日益緊張的淡水資源不足問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用，是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是行業(yè)技術(shù)變革的最優(yōu)途徑。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比在相關(guān)技術(shù)應(yīng)用上還有不小的差距，國(guó)內(nèi)行業(yè)應(yīng)積極研究探索反滲透技術(shù)，為更好的水體凈化處理發(fā)展提供助力。

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