反滲透與超濾在水處理中的應(yīng)用

摘要：反滲透技術(shù)和超濾技術(shù)可以有效凈化廢水，減少對自然水資源的開采，保護水生態(tài)環(huán)境。污水處理企業(yè)、自來水廠需對兩種水處理技術(shù)進行深入研究，合理開展水資源預(yù)處理工作，充分發(fā)揮反滲透膜與超濾膜的過濾效果，提升企業(yè)的水凈化能力?；诖耍治龇礉B透技術(shù)與超濾技術(shù)的原理，并針對這兩種技術(shù)在水處理中的應(yīng)用難題提出相應(yīng)的策略，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究與實踐提供借鑒。

關(guān)鍵詞：反滲透技術(shù)；超濾技術(shù)；水處理

中圖分類號：TU991.2 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0274-03

Application of Reverse Osmosis and Ultrafiltration in

Water Treatment

KANG Wenchao， WU Huan

（Beijing Jingqiao Thermal Power Co.， Ltd.， Beijing 100067， China）

Abstract： Reverse osmosis technology and ultrafiltration technology can effectively purify wastewater， reduce the exploitation of natural water resources， and protect the aquatic ecological environment. Wastewater treatment enterprises and water treatment plants need to conduct in-depth research on two water treatment technologies， carry out water resource pretreatment work reasonably， fully utilize the filtration effects of reverse osmosis membranes and ultrafiltration membranes， and enhance the water purification capacity of enterprises. Based on this， this paper analyze the principles of reverse osmosis technology and ultrafiltration technology， and propose corresponding strategies for the application difficulties of these two technologies in water treatment， in order to provide reference for research and practice in related fields.

Keywords： reverse osmosis technology; ultrafiltration technology; water treatment

水資源是地球上非常寶貴的自然資源，水資源的利用直接關(guān)系到人類的生存與發(fā)展，一旦出現(xiàn)清潔飲水不足的問題，人類的生存將受到極大威脅。近年來，研究人員對凈水技術(shù)進行了深入研究，提出采用反滲透技術(shù)與超濾技術(shù)凈化水資源。在我國城市化進程不斷加快的背景下，水資源污染問題日益嚴重，對水處理與凈化的要求也越來越高。超濾技術(shù)、反滲透技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，為資源的可持續(xù)利用提供了重要支撐。污水處理企業(yè)需要積極引入超濾技術(shù)與反滲透技術(shù)，并將其應(yīng)用于水處理。

1 反滲透技術(shù)與超濾技術(shù)概述

1.1 反滲透技術(shù)

反滲透技術(shù)?是一種基于半透膜選擇性透過原理的水資源凈化技術(shù)。其基本原理是利用半透膜的選擇性透過性，將水中的溶質(zhì)從高濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移到低濃度區(qū)域，從而實現(xiàn)對水質(zhì)的凈化。反滲透膜的孔徑較小，一般為0.000 1～0.001 0 μm，絕大部分的溶質(zhì)分子難以透過反滲透膜，只有水分子可在壓力作用下透過反滲透膜，有效凈化水資源。反滲透技術(shù)能夠有效去除水中的雜質(zhì)，普遍應(yīng)用于海水淡化、工業(yè)用水處理及飲用水處理。經(jīng)過反滲透技術(shù)凈化的水資源具有較高的純度，不僅能夠滿足電子產(chǎn)業(yè)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，還能夠滿足日常用水、醫(yī)藥等領(lǐng)域的用水需求[1]。

1.2 超濾技術(shù)

超濾技術(shù)是一種利用微孔膜物理隔離的水資源凈化技術(shù)，超濾膜的孔徑一般為0.001～0.100 μm，可將水中的大分子有機物與膠體顆粒同水分子隔離開，實現(xiàn)水資源的凈化。相較于反滲透技術(shù)，超濾技術(shù)去除的物質(zhì)具有更大粒徑，一般為有機物、蛋白質(zhì)、膠體顆粒，水中小于0.001 μm的小分子雜質(zhì)難以通過該技術(shù)去除。超濾技術(shù)可以保留水資源中的微量元素與礦物質(zhì)。其中，微量元素是人類日常生活中必須補充的元素。超濾技術(shù)通常應(yīng)用于飲用水凈化、污水處理及工業(yè)廢水處理。當部分特殊行業(yè)對水的凈度要求較高時，應(yīng)用反滲透技術(shù)進一步處理水資源，而常規(guī)用水只需通過超濾技術(shù)即可達到水的使用標準。

2 反滲透與超濾技術(shù)在水處理中的應(yīng)用難題

2.1 膜污染與堵塞問題

反滲透膜和超濾膜的孔徑較小，在過濾原水和污水的過程中，其中含有的有機物、膠體、懸浮物、微生物等雜質(zhì)可能會附著在膜的表面或膜孔中，影響膜的通量。當反滲透膜與超濾膜長期沒有清理時，可能會出現(xiàn)物理性損壞，這不僅影響膜的過濾能力，還影響處理技術(shù)的正常應(yīng)用。部分污水處理企業(yè)在應(yīng)用反滲透技術(shù)與超濾技術(shù)時，未對原水進行初步處理，直接過濾原水，會造成原水中的雜質(zhì)過多、超濾膜負荷較大等問題，加快了超濾膜的損壞速度，增加了技術(shù)的應(yīng)用成本。

在超濾膜、反滲透膜出現(xiàn)堵塞、表面附著雜質(zhì)過多的狀況時，操作人員需要對膜進行維護、清洗、處理。處理的頻率越高，后期維護的成本越高[2]。

2.2 能耗與運行成本問題

反滲透技術(shù)的應(yīng)用存在能耗偏高的問題。污水處理企業(yè)在應(yīng)用反滲透技術(shù)時，需要對水施加較高的壓力，以克服水與反滲透膜之間的滲透壓，實現(xiàn)對水資源的凈化，這意味反滲透技術(shù)的應(yīng)用具有較高的能耗。雖然超濾技術(shù)具有能耗低的優(yōu)勢，但是在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)用成本會受到其他因素的影響，污水處理廠同樣會出現(xiàn)成本虛高的情況。

2.3 水質(zhì)適應(yīng)性問題

雖然反滲透技術(shù)與超濾技術(shù)均能夠凈化水資源，且都應(yīng)用了膜過濾原理，但是二者對水的適應(yīng)性存在較大差異。反滲透技術(shù)能夠更好地過濾水資源中的雜質(zhì)，將鹽分、溶解性固體等小分子雜質(zhì)隔離在反滲透膜之外，凈化后的水純度與凈度更高。但反滲透技術(shù)對水質(zhì)的要求較高，對于某些極端水質(zhì)條件，如高硬度、高pH值、低pH值等，反滲透膜的性能可能會受到影響。超濾技術(shù)對水的適應(yīng)性更強，但過濾能力不及反滲透技術(shù)。超濾膜的孔徑較大，能夠處理膠體、高濃度有機物等大分子雜質(zhì)。在面對小分子雜質(zhì)時，超濾膜將其與水分子隔離在同一側(cè)，無法實現(xiàn)水分子與小分子雜質(zhì)之間的分離[3-5]。

3 反滲透與超濾在水處理中的應(yīng)用策略

本研究從3個方面分析反滲透與超濾在水處理中的應(yīng)用策略。

3.1 優(yōu)化技術(shù)的運行管理與維護

3.1.1 優(yōu)化技術(shù)的運行管理

反滲透技術(shù)與超濾技術(shù)的應(yīng)用都需要建設(shè)完善的系統(tǒng)，除了膜組件，還需要應(yīng)用濁度計、壓力傳感器、電導率儀，全面收集系統(tǒng)運行的參數(shù)。在系統(tǒng)運行的過程中，技術(shù)操作人員需要通過計算機實時觀測運行狀況，全方位監(jiān)測運行過程。在運行參數(shù)變動幅度不大的狀況下，系統(tǒng)可以做到智能化運營；而在出現(xiàn)異常參數(shù)時，操作人員需要及時介入，維護系統(tǒng)，避免故障運行給反滲透技術(shù)設(shè)備或超濾設(shè)備帶來更大的運行壓力。此外，維護人員需要定期檢測、評估膜組件的性能，記錄膜組件的壓差、膜通量、留截率等指標，以此來判定膜組件是否需要進行更換或清洗，使反滲透膜與超濾膜都得到更好的保護。

3.1.2 完善膜組件的維護機制

污水處理廠需要建設(shè)單獨的維護隊伍，由維護人員定期清洗膜組件，采用氣水混合沖洗、反沖水的物理清洗手段與氧化劑清洗、酸堿清洗的化學清洗手段，去除膜表面附著的雜質(zhì)，避免出現(xiàn)毛孔堵塞的狀況，保障膜在應(yīng)用過程中有較高的截留性能。膜組件的維護人員還需要通過記錄的數(shù)據(jù)了解膜組件的變化狀況，在膜組件性能無法達到過濾要求時需要及時按照規(guī)范、標準更換膜組件。

3.2 加強水資源的預(yù)處理

對水資源進行預(yù)處理能夠有效延長反滲透膜、超濾膜的使用壽命，減少磨損壞造成的損失，在控制污水處理廠運行成本的同時，更好地完成水處理作業(yè)。預(yù)處理環(huán)節(jié)需要清除原水、污水中的顆粒物、微生物、懸浮物、膠體以及其他易堵塞毛孔的雜質(zhì)。當pH值影響膜使用壽命時，還需要調(diào)節(jié)水質(zhì)參數(shù)，將水質(zhì)的pH值、濁度、溫度等基礎(chǔ)參數(shù)調(diào)節(jié)至適宜范圍之內(nèi)，再開展后續(xù)的反滲透技術(shù)處理或超濾技術(shù)處理。

在預(yù)處理環(huán)節(jié)，可采取以下措施。第一，通過混凝沉淀的方式，將水資源中的膠體顆粒、懸浮物凝聚成較大的顆粒。第二，根據(jù)水中懸浮物的特征，選擇混凝劑，在不影響水質(zhì)品質(zhì)的同時，去除更多的雜質(zhì)。第三，通過砂礫過濾或多介質(zhì)過濾的方式去除膠體、懸浮物。無煙煤、石英砂等材料在多介質(zhì)過濾中的應(yīng)用頻率較高，能夠有效降低原水或污水的濁度。

3.3 正確選擇與配置膜組件

3.3.1 膜組件選擇

由于反滲透膜與超濾膜的材質(zhì)、截留率、孔徑及使用成本存在差異，污水處理企業(yè)的工作人員需要根據(jù)水質(zhì)特征選擇合適的膜組件。雖然反滲透膜的過濾效果更強，但是應(yīng)用成本更高，對水質(zhì)的要求也更高，不能一味地選用反滲透膜，需要根據(jù)實際狀況做出合理決策。在控制污水處理企業(yè)經(jīng)營成本的同時，保障水的凈化效果。市面上常見的反滲透膜有聚酰胺復(fù)合膜、醋酸纖維膜等，不同的膜有著不同的使用壽命、抗污染性與化學特征，污水處理企業(yè)在選擇反滲透膜時，可以根據(jù)地區(qū)內(nèi)原水、污水的特征及水質(zhì)特點選擇合適的材質(zhì)。超濾膜包括聚砜膜、聚偏氟乙烯膜等，不同膜的抗污染性、抗溫性、抗壓性同樣存在差異，應(yīng)根據(jù)污水的特點進行選擇[6-9]。

3.3.2 膜組件配置

不同膜之間既可以進行串聯(lián)，又可以進行并聯(lián)，污水處理企業(yè)需要根據(jù)水質(zhì)要求、水量對膜組件進行合理配置[10-12]。當原水、污水處理量大時，可以應(yīng)用并聯(lián)配置，提高反滲透系統(tǒng)或超濾系統(tǒng)的過濾能力；當水質(zhì)要求高時，可以應(yīng)用串聯(lián)配置，提升原水、污水中的雜質(zhì)攔截率。不同膜之間可以采用模塊化設(shè)計的方式，降低膜與膜之間的連接性，在后續(xù)膜組件維護、更換的過程中，更換單個膜不會影響其他膜的應(yīng)用[13-15]。

4 結(jié)論

在水處理中應(yīng)用反滲透技術(shù)與超濾技術(shù)，不僅能夠提高水質(zhì)凈化效率，還能夠推動科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級。污水處理企業(yè)與自來水廠在日常經(jīng)營與規(guī)劃發(fā)展的過程中，需對反滲透技術(shù)與超濾技術(shù)展開深入研究，進行技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用。根據(jù)自身的進水需求選擇合適的膜組件，將反滲透膜與超濾膜高效應(yīng)用于水處理過程，提升原水、污水的處理效果，為安全用水提供保障，促進水處理產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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