環(huán)境工程中反滲透技術(shù)的應(yīng)用

胡興億

【摘 要】反滲透技術(shù)又稱為膜分離技術(shù)，是一種通過壓差進(jìn)行溶液分離的技術(shù)。由于其原理簡(jiǎn)單、能耗低、分離徹底，在環(huán)境工程中得到了一定的應(yīng)用。在純水的制備工作中，其可以將水中的鹽分雜質(zhì)有效分離，是目前最具優(yōu)勢(shì)的海水集苦咸水淡化技術(shù)；也可以用來高效處理工業(yè)與生活廢水。另外，針對(duì)特殊需求的低壓高溫及高污染等極端環(huán)境下的反滲透技術(shù)也在不斷地研發(fā)與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境工程；反滲透技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)： X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）16-0026-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.011

【Abstract】reverse osmosis technology， also known as membrane separation technology， is a technology for separating solution by pressure difference. Because of its simple principle， low energy consumption and complete separation， it has been applied in environmental engineering. In the preparation of pure water， it can effectively separate the salt impurities in water. It is the most advantageous seawater desalination technology， and it can also be used to efficiently treat industrial and domestic wastewater. In addition， reverse osmosis technology， especially for low pressure， high temperature and high pollution environments with special needs， is also being developed and applied.

【Key words】Environmental Engineering； Reverse osmosis technology； Application

0 前言

環(huán)境工程中，對(duì)水質(zhì)的處理是一項(xiàng)重要的研究領(lǐng)域。對(duì)水中的膠體和懸濁物采用過濾的手段除去，但水中還含有大量的高溶解度無(wú)機(jī)鹽離子和有機(jī)物，無(wú)論是采用化學(xué)試劑處理還是高溫蒸餾技術(shù)都具有很高的成本與能耗。利用溶液在壓差和反滲透膜下的反向擴(kuò)散特性，可以研制出更加清潔、高效、低能耗的反滲透技術(shù)，對(duì)環(huán)境工程中的咸水淡化和污水處理工作都具有十分重要的意義。

1 反滲透技術(shù)的基本概念

1.1 反滲透技術(shù)的基本原理

在從溶液中分離溶劑的過程中，根據(jù)不同溶劑滲透壓不同的原理，利用壓力使溶質(zhì)從溶液中分離的技術(shù)稱為反滲透技術(shù)。由于這種滲透過程是與自然滲透方向相反的，需要借助反滲透膜來進(jìn)行，因此該技術(shù)又被稱為膜分離技術(shù)。能夠通過反滲透技術(shù)進(jìn)行分離和過濾的物質(zhì)很多，例如水溶液中的膠體大分子溶質(zhì)以及各類無(wú)機(jī)離等，也可將有機(jī)溶液中的水分離，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行濃縮。關(guān)于滲透技術(shù)的基本機(jī)理，學(xué)術(shù)界提出了幾種不同的模型。毛細(xì)孔流優(yōu)先吸附理論認(rèn)為，高分子多孔膜物質(zhì)的吸附作用是有選擇性的，優(yōu)先吸附的物質(zhì)會(huì)外壓的作用下通過反滲透膜，而負(fù)吸附的物質(zhì)就會(huì)被隔離開；而溶解擴(kuò)散理論將反滲透模視為致密無(wú)孔的，物質(zhì)能否透過反滲透膜，取決于在膜的表面活性皮層內(nèi)的溶解性。

1.2 反滲透技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

反滲透技術(shù)在環(huán)境工程中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)的分離工程大多具有較高的能耗，需要經(jīng)過密集的能量交換。而反滲透技術(shù)只需要在溶液兩側(cè)形成壓力差即可，這一過程只需要通過高壓泵為水體提供一定的壓力即可，消耗的能源極低；傳統(tǒng)的分離技術(shù)在分離物質(zhì)以后通常還需要大量的沉淀劑或吸附劑用于物質(zhì)的收集，而反滲透技術(shù)可以直接得到純度極高的溶液，流程設(shè)計(jì)和操作方法都更為簡(jiǎn)單，對(duì)于物理性質(zhì)相似的物質(zhì)，其通用性更好。另外，反滲透技術(shù)污染低、效率高，是一項(xiàng)環(huán)境友好型的化工生產(chǎn)技術(shù)。

2 環(huán)境工程中反滲透技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 在海水與苦咸水的淡化中的應(yīng)用

海水是一種組成十分復(fù)雜的物質(zhì)，其中含有的80多種化學(xué)元素大都以易溶的離子形式存在，而其中的主要成分如鈉離子、氯離子、鎂離子等，更是極為易溶且難以分離的物質(zhì)。而隨著淡水資源的不斷緊張，海水淡化技術(shù)作為解決全球水資源危機(jī)的重要途徑，越來越得到科研領(lǐng)域的重視。反滲透技術(shù)用于海水淡化領(lǐng)域已經(jīng)數(shù)十年，是目前回收率最高、成本最低、最為清潔的海水淡化技術(shù)，其憑借高達(dá)99.5%的海水脫鹽率以及90%以上的能量回收效率成為了目前市面上最具競(jìng)爭(zhēng)力的海水淡化技術(shù)。首先利用海水供水泵將海水輸入系統(tǒng)，并進(jìn)行預(yù)處理去除海水中的生物以及固體懸浮物，以滿足反滲透膜組的處理要求；接下來使用海水高壓泵使海水壓力至5-6MPa進(jìn)行脫鹽；完成后還需要對(duì)獲得的淡水進(jìn)行礦化、防腐蝕與消毒處理，滿足要求后再接入市政管網(wǎng)。在海水以及苦咸水的分離過程中采用反滲透技術(shù)，可以在不發(fā)生相變的情況下對(duì)溶質(zhì)與淡水進(jìn)行分離，避免由于加熱對(duì)反應(yīng)容器以及溶質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)造成損害。

2.2 在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

處理工業(yè)廢水，是反滲透技術(shù)在環(huán)境工程中最有應(yīng)用前景的一項(xiàng)工作。在印染行業(yè)的生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，這類工業(yè)廢水具有很高的堿性，含有大量有機(jī)鹽以及無(wú)機(jī)物類污染物，傳統(tǒng)的廢水處理方法難以承受如此高的成本，而利用反滲透技術(shù)可以較好的對(duì)印染廢水中的有機(jī)物以及無(wú)機(jī)鹽離子進(jìn)行過濾。另外，我國(guó)作為鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)，對(duì)煉鋼過程中產(chǎn)生的廢水也有很高的處理需求。鋼鐵廢水中含有氮磷等有機(jī)污染物以及鐵離子、鎂離子以及大量的固體懸浮物，適合用反滲透技術(shù)進(jìn)行處理。需要注意的是，反滲透膜對(duì)廢水中的固體懸浮物較敏感，無(wú)論是在印染廢水還是煉鋼廢水的處理之前，都需要通過絮凝、超濾等方法對(duì)廢水進(jìn)行處理，保證反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水符合要求。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證，反滲透技術(shù)能夠較好的處理工業(yè)廢水中的有機(jī)物以及無(wú)機(jī)鹽離子污染物，能夠?qū)⒚擕}率控制在90%以上，降低廢水的電導(dǎo)率，減少其排放過程中對(duì)環(huán)境的污染。