廢棄膜元件的再應(yīng)用研究進(jìn)展

羅美蓮+李剛+李文

【摘 要】介紹了目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于反滲透膜的再生方法，重點(diǎn)概述了各類(lèi)再生膜元件再應(yīng)用時(shí)的基本性能、優(yōu)缺點(diǎn)以及與新膜元件在性能、能耗、價(jià)格等方面的比較，最后對(duì)未來(lái)廢棄反滲透膜元件的再生與再應(yīng)用做了總結(jié)和展望。

【關(guān)鍵詞】廢棄反滲透膜；再生；再應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)： TQ051.893 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）35-0058-002

Reapplication of waste membrane components

LUO Mei-lian LI Gang LI Wen

（Hunan High-speed Railway Vocational and Technical College，Hengyang Hunan 421002，China）

【Abstract】The regeneration methods of reverse osmosis membranes at home and abroad are introduced.The basic performance，advantages and disadvantages as well as the comparison with performance，energy consumption and price of regenerated membrane elements are summarized.Finally，the paper summarizes and prospects the future regeneration and reuse of waste reverse osmosis membranes.

【Key words】Abandoned reverse osmosis membrane；Regeneration；Reapplication

隨著淡水資源的日益短缺，水資源正在變成一種寶貴的稀缺資源，成為關(guān)系到全球社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。在這種背景下，反滲透膜技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前反滲透技術(shù)在純水和超純水的制備、污廢水處理、醫(yī)藥、化工和食品等行業(yè)均得以日益廣泛的應(yīng)用，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

然而，膜技術(shù)迅速發(fā)展的瓶頸在于：反滲透膜元件價(jià)格昂貴，水處理運(yùn)行中不可避免的膜污染會(huì)導(dǎo)致膜元件性能的下降，一般反滲透系統(tǒng)運(yùn)行兩至三年就須更換一次膜元件，使得反滲透膜在工程應(yīng)用上缺乏經(jīng)濟(jì)性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年廢棄的4英寸和8英寸的大型反滲透膜元件約四十多萬(wàn)支，廢棄的反滲透膜不僅造成資源的浪費(fèi)，對(duì)自然環(huán)境也形成一個(gè)巨大的壓力。

1 廢棄反滲透膜元件的再生技術(shù)

目前，大部分學(xué)者主要采用NaClO溶液對(duì)廢棄反滲透膜元件進(jìn)行氧化再生。江海[1]等則對(duì)廢棄膜元件經(jīng)過(guò)拆解、刷洗、重卷、組裝等過(guò)程得到了再生膜元件。靖大為[2]提出了用NaClO溶液氧化廢棄反滲透膜的表面，發(fā)現(xiàn)經(jīng)氧化改性處理后的廢棄反滲透膜，在脫鹽率、產(chǎn)水通量、不同相對(duì)分子質(zhì)量有機(jī)物與不同電價(jià)離子的截留方面，具有與納濾膜相似的特征。李寶光等將廢棄聚酰胺反滲透膜元件進(jìn)行化學(xué)清洗后，再用NaClO溶液對(duì)反滲透膜元件的表面進(jìn)行氧化的方法進(jìn)行再生[3]。連冠楠采用NaClO溶液對(duì)廢棄的聚酰胺卷式反滲透膜元件進(jìn)行氯化降解[4]，對(duì)比分析了NaClO溶液不同濃度對(duì)芳香族聚酰胺反滲透膜性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)NaClO溶液的處理強(qiáng)度為36000ppm/h～48000ppm/h時(shí)，氯化降解后的廢棄反滲透膜元件具有納濾性能。覃浩律通過(guò)比較KMnO4溶液、H2O2溶液、NaClO溶液對(duì)反滲透膜的氧化效果，發(fā)現(xiàn)NaClO溶液氧化后的膜元件不僅氧化時(shí)間短，而且再生膜具有更好的透水性能和脫鹽率，因此三者相比，NaClO溶液是最佳氧化藥劑[5]。有學(xué)者采用正向滲透技術(shù)對(duì)膜元件清洗再生，其原理主要是利用滲透壓的作用使?jié)B透液回流以去除膜表面的污染物質(zhì)[6～7]。

2 廢棄膜的再利用現(xiàn)狀

江海[1]等得到的再生膜能將懸浮顆粒和膠體物質(zhì)完全截留，且產(chǎn)水SDI值穩(wěn)定于1.0以下，比一般超濾膜出水水質(zhì)要好。而將拆卸清洗后的反滲透膜再經(jīng)NaClO溶液以及十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）對(duì)膜的表面進(jìn)行處理后，脫鹽率一般大于60%，甚至有一部分高于85%，其中對(duì)二價(jià)離子脫除率大于80%；基本能夠完全截留分子量大于500的有機(jī)物。而產(chǎn)水量可接近甚至超過(guò)初始水平。將反滲透膜元件按照典型排列結(jié)構(gòu)（2：1）運(yùn)行，當(dāng)單支再生膜元件測(cè)試的脫鹽率大于80%時(shí)，再生膜系統(tǒng)的脫鹽率則約為50%，而當(dāng)單支再生膜元件測(cè)試的脫鹽率小于50%時(shí)，按照典型排列結(jié)構(gòu)組成的膜系統(tǒng)的脫鹽率則低于20%，其性能雖只能截留懸浮顆粒和膠體等物質(zhì)，但出水水質(zhì)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于超濾膜產(chǎn)水水質(zhì)。再生膜元件在除鹽方面再應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)可行性與進(jìn)水含鹽量、再生膜元件脫鹽率、能源價(jià)格及其成本等因素有關(guān)。當(dāng)再生膜元件脫鹽率大于75%并應(yīng)用在除鹽場(chǎng)合時(shí)，再生膜系統(tǒng)可節(jié)約近20%的成本。在膜元件清洗成本低于200元/支、進(jìn)水含鹽量小于2500mg/L、電價(jià)低于0.8元/（kw·h-1）、再生膜元件脫鹽率高于75%的前提下，運(yùn)行15年的再生膜系統(tǒng)能節(jié)約超過(guò)10%的成本。在反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理中，將價(jià)格較低的再生反滲透膜元件替代成本較高的新的超濾膜元件，一方面，再生反滲透膜的出水水質(zhì)較超濾出水水質(zhì)更好，另一方面，運(yùn)行15年，可節(jié)約成本高達(dá)50%。

靖大為[2]發(fā)現(xiàn)經(jīng)氧化改性處理后的廢棄反滲透膜，在脫鹽率、產(chǎn)水通量、不同相對(duì)分子質(zhì)量有機(jī)物與不同電價(jià)離子的截留方面，具有與納濾膜相似的特征。改性再生膜元件的脫鹽率可以控制在0～80%，遠(yuǎn)低于反滲透膜；其產(chǎn)水通量可以控制在45～65L/（m2.h），遠(yuǎn)高于一般反滲透膜，與超低壓反滲透膜相差無(wú)幾。由于改性膜元件的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新反滲透膜元件，僅有正常反滲透膜元件價(jià)格的一半，因此在一些對(duì)出水水質(zhì)要求相對(duì)較低的水處理環(huán)境中具有很高的使用價(jià)值。李寶光等[3]得到的再生膜在0.3～0.7MPa的低操作壓力下，膜元件產(chǎn)水通量較高，根據(jù)氧化時(shí)間不同，脫鹽率在0～90%之間。但是經(jīng)NaClO溶液作用后的反滲透膜表面不僅表面光滑度降低，比較粗糙，而且膜表面有大小不一的孔洞，污染物質(zhì)很容易吸附在上面，且使得清洗更加困難，也就是說(shuō)，膜一旦受到污染，則再生膜的初始性能就很難恢復(fù)。同時(shí)，考察了各運(yùn)行因素對(duì)再生反滲透膜元件性能的影響，明確了溫度的變化對(duì)膜通量影響較大，操作壓力的變化對(duì)再生膜的脫鹽率影響較?。辉偕?duì)有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽的截留能力具有與納濾膜相似的特點(diǎn)。連冠楠[4]發(fā)現(xiàn)氯化降解后的廢棄反滲透膜元件具有納濾性能。而在溫度為25.0℃、壓力差為1.0MPa、NaClO溶液的處理強(qiáng)度為48000ppm/h時(shí)，膜對(duì)NaCl、Na2SO4 溶液的脫除率分別為57.4%和13.8%。覃浩律[5]考察了運(yùn)行參數(shù)對(duì)再生膜性能的影響，較再生處理之前的廢棄反滲透膜：當(dāng)進(jìn)水中鹽濃度為200～2000mg/L時(shí)，進(jìn)水壓力增加了0.02MPa，脫鹽率降低了11.22%；回收率在 8～35%的范圍之內(nèi)，進(jìn)水壓力增加了0.15MPa，脫鹽率降低了7.54%；膜通量在5～35 L/（m2·h）時(shí)，進(jìn)水壓力增加了0.16MPa，脫鹽率升高了10.79%；溫度在15～35℃時(shí)，進(jìn)水壓力下降了0.02MPa，脫鹽率僅降低了3.95%。對(duì)再生膜脫鹽率影響程度為：鹽濃度膜通量>回收率>溫度；對(duì)再生膜進(jìn)水壓力影響程度為：膜通量>回收率>鹽濃度>溫度。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)廢棄反滲透膜元件的再生處理，得到的再生反滲透膜元件基本能夠脫出水體中的懸浮物、膠體及小比例脫鹽，基本具有超濾或者納濾的性能，能應(yīng)用在反滲透膜系統(tǒng)的預(yù)處理以及物料分離或濃縮等出水水質(zhì)相對(duì)較低的工程環(huán)境，并使得整個(gè)工程成本有所降低。雖然目前有個(gè)別實(shí)用案例，然而絕大部分的研究基本處于實(shí)驗(yàn)室階段，無(wú)論是再生反滲透膜系統(tǒng)的規(guī)模還是進(jìn)水水質(zhì)，均相對(duì)簡(jiǎn)單。而對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)廢棄反滲透膜元件的批量、規(guī)范、有效的再生處理、進(jìn)水為實(shí)際污廢水以及多支膜組裝的系統(tǒng)、再生膜元件的運(yùn)行性能以及各進(jìn)水參數(shù)對(duì)膜性能的影響、再生膜實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)等內(nèi)容則有待進(jìn)一步深入研究。

【參考文獻(xiàn)】

[1]江海.反滲透膜元件的清洗與再應(yīng)用[J].天津城市建設(shè)學(xué)院，2008.

[2]靖大為，朱建平，李寶光，等.氧化改性反滲透膜元件的性能及應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2011，31（2）：82-84.

[3]李保光，靖大為.廢棄反滲透膜元件納濾化的初步分析[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，14（4）：271-274.

[4]連冠楠.廢棄聚酰胺反滲透膜納濾功能化及其脫鹽濃縮過(guò)程研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2016.

[5]覃浩律.廢棄卷式聚酰胺反滲透膜元件的再生及運(yùn)行性能研究[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2015.

[6]E.Ould Mohamedou，D.B.Penate Suarez，F(xiàn).Vince et al.New lives for old reverse osmosis （RO） membranes[J].Desalination，2010，253（2）：62-70.

[7]Jose M.Veza，Juan J.Rodriguez-Gonzalez.Second use for old reverse osmosis membranes：wastewater treatment[J].Desalination， 2003，157（1）：65-72.endprint