李建華

摘要：

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)環(huán)境污染尤其是水資源污染情況加劇，而反滲透作為一種先進(jìn)的污水處理技術(shù)，是一項(xiàng)當(dāng)前較為先進(jìn)液體分離技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，具有操作簡(jiǎn)便，能耗低，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。在環(huán)境工程方面發(fā)揮了重要的作用。

關(guān)鍵字：反滲透技術(shù)；環(huán)境工程；應(yīng)用；

中圖分類號(hào)：B819文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

反滲透的分離技術(shù)是當(dāng)今世界上水處理中比較先進(jìn)的技術(shù)，目前這種技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)城市給水的處理、工業(yè)廢水的處理以及城市污水的處理等方面得到廣泛的運(yùn)用。

一、反滲透原理

反滲透技術(shù)是一種逆向分離過(guò)程，完成反滲透分離過(guò)程需滿足兩個(gè)條件：1.操作壓力必須大于溶液的滲透壓；2.反滲透膜需要有較良好的選擇性及脫水性。反滲透膜表面具有直徑小于1nm 的微孔，故可對(duì)無(wú)機(jī)鹽、溶解性有機(jī)物、溶解性固體以及膠體保持極高的去除率。但反滲透膜對(duì)原水pH、以及溫度較為敏感，故進(jìn)水pH 應(yīng)控制在4~10 之間，水溫小于40℃。原水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)前需進(jìn)行預(yù)處理，待原水水質(zhì)條件滿足反滲透膜處理要求之后，利用加壓泵將原水送入膜組件，使原水經(jīng)過(guò)反滲透膜成為產(chǎn)水，原水中的無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物等被截留在進(jìn)水一側(cè)而形成濃液。濃液可被回收或進(jìn)行再處理。

二、反滲透特點(diǎn)

反滲透技術(shù)在處理手段上屬于物理法，具有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）反滲透操作僅依靠壓力作為推動(dòng)力，相對(duì)于其它傳統(tǒng)物理處理手段具有最低的能耗；（2）反滲透在室溫環(huán)境下即可進(jìn)行，無(wú)需發(fā)生相變；（3）無(wú)需使用化學(xué)處理試劑，無(wú)化學(xué)廢液的排放，幾乎沒(méi)有環(huán)境污染；（4）操作設(shè)備所需空間較小，設(shè)備占地面積小，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需頻繁維護(hù)。

三、反滲透常用的工藝技術(shù)流程

1、 一級(jí)一段的方法

一級(jí)一段就是在料液進(jìn)到膜組件以后，濃縮液（濃水）與產(chǎn)水被連續(xù)不斷地引出，這種方式對(duì)水的回收率不夠高，因此在工業(yè)中的應(yīng)用也就比較少。還有一種形式就是一級(jí)一段的循環(huán)型的工藝技術(shù)，主要就是其濃水中的一部分又回到了料液的槽內(nèi)，這樣就會(huì)不斷地提升其濃縮液的濃度，所以產(chǎn)水量就會(huì)很大，可是水質(zhì)會(huì)在一定程度上有所降低。

2、 一級(jí)多段的方法

應(yīng)用反滲透的技術(shù)于濃縮過(guò)程時(shí)，如果一次的濃縮無(wú)法達(dá)到要求，還可以使用多步的濃縮方式。這樣的方式會(huì)在一定程度上減小濃縮液的體積， 但是又會(huì)在一定程度上使?jié)饪s液的濃度有所提升，從而使產(chǎn)水量增加。

3、兩級(jí)一段的方法

在一級(jí)的方法無(wú)法達(dá)到水質(zhì)要求的時(shí)候，我們就可以分成兩步來(lái)進(jìn)行。如果膜除鹽的效率較低，而這時(shí)候水的滲透性升高時(shí)，就可以使用兩步的方法。這在一定程度上節(jié)約成本，同時(shí)其也能夠在很低的壓力與濃度之下運(yùn)行，提升其膜的壽命。

四、反滲透在環(huán)境工程中的應(yīng)用

1、 海水淡化

反滲透技術(shù)于20 世紀(jì)60 年代應(yīng)用到海水脫鹽，是目前海水淡化的一項(xiàng)主流技術(shù)，近十年來(lái)發(fā)展極為迅速。目前全球海水淡化裝置中有30%采用反滲透技術(shù)，利用反滲透技術(shù)去除海水中99%以上的鹽離子以獲得飲用水。進(jìn)入21 世紀(jì)后，能量回收技術(shù)迅猛發(fā)展，這使得反滲透技術(shù)的生產(chǎn)成本急劇降低，并且提高了反滲透系統(tǒng)的能源使用效率。另外，高通量反滲透膜以及大直徑卷式膜組件等新型反滲透膜組件的出現(xiàn)也使系統(tǒng)的運(yùn)行成本得到降低。全球最大的反滲透海水凈化廠位于以色列阿什克倫市，日產(chǎn)量達(dá)到3.3×105m3 ，占以色列全部需水量的15%，成本為每立方米0.53 美元。我國(guó)于1997 年在浙江省嵊泗縣建成國(guó)內(nèi)首個(gè)反滲透海水淡化工程，工程采用透平式能量回收裝置，將生產(chǎn)能耗控制在5.5 kWh/t，使我國(guó)在反滲透海水淡化領(lǐng)域的空白得以填補(bǔ)。目前我國(guó)最大的反滲透海水凈化廠位于大連市長(zhǎng)海縣，生產(chǎn)規(guī)模為1000m3/d，淡水成本6 元/m3 。隨著反滲透系統(tǒng)的各個(gè)階段的不斷優(yōu)化，反滲透在海水淡化方面的生產(chǎn)成本以及能量利用效率的優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加明顯。

2、 純水、超純水的制備

純水與超純水在現(xiàn)代工業(yè)中是一種極其重要的生產(chǎn)原料，在化工、電子、半導(dǎo)體、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，我國(guó)在20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始將反滲透與離子交換相結(jié)合應(yīng)用在純水與超純水的制備中，與單純的離子交換技術(shù)相比，其節(jié)約酸堿消耗量約90%，樹(shù)脂再生周期造水量提升近20 倍，總體造水成本下降約30%。由于其具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益，目前反滲透膜工藝純水、超純水制備系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率已在95%以上。清華紫光古漢集團(tuán)衡陽(yáng)制藥廠采用混床技術(shù)+反滲透處理技術(shù)對(duì)原來(lái)的全離子交換工藝進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后產(chǎn)水增加，水質(zhì)改善，制水成本得到降低。另外，出水純度會(huì)隨著反滲透級(jí)數(shù)的增加而提高，但會(huì)導(dǎo)致出水量減少，為此反滲透裝置連用一般不多于二級(jí)。為了克服出水不能徹底除鹽的缺陷，常在反滲透的過(guò)程中加以電去離子技術(shù)，以提高整體凈水效果。

3、 城市污水的深度處理

反滲透技術(shù)在城市污水的深度處理的應(yīng)用在眾多國(guó)家受到高度重視。許多缺水國(guó)家在利用反滲透淡化海水的同時(shí)將該技術(shù)引入污水的二級(jí)處理以擴(kuò)大淡水水源。悉尼在舉行奧運(yùn)會(huì)期間，各體育場(chǎng)館日產(chǎn)廢水2200t，利用微濾系統(tǒng)對(duì)所產(chǎn)生污水進(jìn)行深度處理后得到?jīng)_廁用中水，部分中水再經(jīng)反滲透系統(tǒng)處理用于場(chǎng)地周邊綠化。此舉節(jié)約了大量自來(lái)水，并大大減少了市政污水處理負(fù)擔(dān)，充分展現(xiàn)了綠色奧運(yùn)理念。

利用超濾+反滲透+連續(xù)電去離子膜塊聯(lián)合工藝對(duì)城市污水處理廠二級(jí)出水進(jìn)行深度處理，出水供給大連泰山熱電廠440t/h 超高壓鍋爐。該系統(tǒng)采用陶氏化學(xué)公司的BW30-400FR復(fù)合反滲透膜以及BW30-365FR 抗污染復(fù)合反滲透膜，單膜脫鹽率高達(dá)99.6%,出水水質(zhì)充分滿足超高壓鍋爐的補(bǔ)給水水質(zhì)要求，保證了其生產(chǎn)的可靠性及安全性。

五、 反滲透技術(shù)研究重點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)展望

1、 操作壓力的降低

由于反滲透分離的主要?jiǎng)恿閴毫Γ僮鲏毫Φ拇笮≈苯記Q定著生產(chǎn)能耗的大小。目前，在海水淡化生產(chǎn)中反滲透所需的壓力成本遠(yuǎn)大于膜組件成本。因此，降低操作壓力，提高膜通量成為當(dāng)前反滲透技術(shù)的一個(gè)研發(fā)熱點(diǎn)。目前降低操作壓力的一個(gè)較為實(shí)際可行的方法是對(duì)于出水要求不太嚴(yán)格的廢水處理，將反滲透膜置換為納濾膜，這樣可在保證出水水質(zhì)的前提下降低能耗。

2、膜污染問(wèn)題

反滲透技術(shù)應(yīng)用于城市污水處理時(shí)，其作用原理是利用空間排阻作用及電荷斥力來(lái)移除水中的化合物。若使用時(shí)間較長(zhǎng)或污水負(fù)荷過(guò)大，膜表面便易形成沉積層，降低膜性能。為此膜污染的防治、膜清洗工藝與膜清洗劑的開(kāi)發(fā)、預(yù)處理工藝的優(yōu)化將會(huì)是反滲透系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域的關(guān)注重點(diǎn)。

3、設(shè)備防腐問(wèn)題

反滲透技術(shù)應(yīng)用于海水淡化與苦咸水脫鹽時(shí)，由于兩者的原水都具有鹽離子濃度極高的特點(diǎn)，故設(shè)備難免被腐蝕。當(dāng)下建成投產(chǎn)的反滲透海水淡化工程中，大部分的設(shè)備及管道都發(fā)生了明顯的銹蝕。腐蝕問(wèn)題若不能得到妥善的解決則會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的使用壽命以及淡化效率。故在今后的研究過(guò)程中，系統(tǒng)防腐問(wèn)題將會(huì)得到廣泛重視。

4、處理工藝的改進(jìn)

在純水及高純水制備領(lǐng)域，由于制備工藝的不斷進(jìn)步，在過(guò)去廣泛使用的陰陽(yáng)離子交換工藝已逐漸被反滲透技術(shù)取代，混合離子交換技術(shù)則被電去離子工藝取代，目前已形成反滲透+電去離子混合工藝。該混合工藝在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中體現(xiàn)出使用方便、出水質(zhì)量高、無(wú)酸堿廢液排放等優(yōu)點(diǎn)。反滲透技術(shù)在今后各領(lǐng)域中生產(chǎn)工藝的改進(jìn)優(yōu)化將勢(shì)必成為未來(lái)反滲透技術(shù)的主流發(fā)展趨勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)：

總之，反滲透的技術(shù)在我國(guó)的水處理中得到了極其廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展前景非常廣闊。在很大成都上促進(jìn)了環(huán)境工程的發(fā)展。

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