反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用進(jìn)展

孫明博 馬泉

摘 要：在各種膜分離技術(shù)中，反滲透技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)應(yīng)用最成功、發(fā)展最快、普及最廣的一種。本文就反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用進(jìn)行探討，具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：反滲透技術(shù)水處理應(yīng)用

前言

在各種膜分離技術(shù)中，反滲透技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)應(yīng)用最成功、發(fā)展最快、普及最廣的一種。估計(jì)自1995年以來(lái)，反滲透膜的使用量每年平均遞增20%；據(jù)保守的統(tǒng)計(jì)，1999年工業(yè)反滲透膜元件的市場(chǎng)供應(yīng)量為8英寸膜6000支，4英寸膜26000支。2000年和2001年的市場(chǎng)更為強(qiáng)勁，膜用量一年比一年有較大幅度的提高。據(jù)估算，反滲透技術(shù)的應(yīng)用已創(chuàng)造水處理行業(yè)全年10億人民幣以上的產(chǎn)值。國(guó)內(nèi)反滲透膜工業(yè)應(yīng)用的最大領(lǐng)域仍為大型鍋爐補(bǔ)給水、各種工業(yè)純水，飲用水的市場(chǎng)規(guī)模次之，電子、半導(dǎo)體、制藥、醫(yī)療、食品、飲料、酒類、化工、環(huán)保等行業(yè)的應(yīng)用也形成了一定規(guī)模。本文就反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

一、反滲透的原理

反滲透水處理原理如圖所示。用只能讓水分子透過(guò)，而不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜將純水與咸水分開(kāi)，則水分子將從純水一側(cè)通過(guò)膜向咸水一側(cè)透過(guò)，結(jié)果使咸水一側(cè)的液位上升，直到某一高度，此所謂滲透過(guò)程。當(dāng)滲透達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，半透膜兩側(cè)存在一定的水位差或壓力差，此為在指定溫度下的溶液滲透壓Π。當(dāng)咸水一側(cè)施加的壓力P大于該溶液的滲透壓Π，可迫使?jié)B透反向，使咸水中的水分子進(jìn)入純水中，實(shí)現(xiàn)反滲透過(guò)程。

二、反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

2.1原水預(yù)處理使用反滲透系統(tǒng)時(shí)，尤其應(yīng)注意原水預(yù)處理。為了避免堵塞反滲透系統(tǒng)，原水應(yīng)經(jīng)預(yù)處理以消除水中的懸浮物，降低水的濁度；此外，還應(yīng)進(jìn)行殺菌以防微生物的孽生長(zhǎng)大。由于反滲透對(duì)原水中的懸浮物的要求很高，所以常用一種水質(zhì)對(duì)受懸浮物污染情況的污染指數(shù)來(lái)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。此法實(shí)質(zhì)上是測(cè)定反滲透系統(tǒng)受水中懸浮物的污堵的情況。進(jìn)入反滲透系統(tǒng)水的污染指數(shù)以不大于5為宜，建議值一般小于3。預(yù)處理時(shí)還應(yīng)該考慮到進(jìn)水的pH值。各種半透膜都有其最適宜的運(yùn)行pH值，故需按反滲透膜的要求，調(diào)節(jié)進(jìn)水的pH值。預(yù)處理時(shí)還應(yīng)該考慮到進(jìn)水的溫度。膜的透水量是隨水溫的增高而增大的，但溫度過(guò)高會(huì)加快醋酸纖維素膜的水解速度，且使有機(jī)膜變軟，易于壓實(shí)。所以，對(duì)于有機(jī)膜來(lái)說(shuō)，通常將溫度控制在約20-40℃范圍內(nèi)為宜，復(fù)合膜溫度控制在約5-45℃范圍內(nèi)為宜。

2.2滅菌在水處理工藝中，活性碳過(guò)濾器用于對(duì)有機(jī)物的吸附和對(duì)過(guò)量氯（余氯）的吸附去除，對(duì)前者去除能力較差，通常為50%，對(duì)后者則很強(qiáng)，可以完全脫余氯，這是由于在對(duì)余氯吸附的同時(shí)，還有自身被氯化的作用。

活性碳吸附水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以成為細(xì)菌微生物的溫床，微生物對(duì)水的阻力影響較大，因此，應(yīng)定期進(jìn)行反洗處理。如果反洗不能奏效時(shí)，應(yīng)進(jìn)行滅菌處理。實(shí)際上，按照進(jìn)水濁度安排合理的反沖洗制度更具有實(shí)際意義，由于微生物膜與微生物黏泥難于清凈，采取空氣擦洗是必要的。

水的常規(guī)滅菌處理為投藥與紫外線滅活。例如目前廣泛作為飲料水的純凈水就是經(jīng)反滲透脫鹽后，再經(jīng)紫外線殺菌處理的。小容量用水（小于10t/h），可以使用二氧化氯或臭氧殺菌。工業(yè)上生產(chǎn)中則以氯氣或次氯酸鈉為多見(jiàn)，也可使用二氧化氯或臭氧。外購(gòu)的氯氣用鋼瓶貯存，用加氯機(jī)投加，電解食鹽（或海水）得到的是次氯酸鈉，無(wú)需專用投加設(shè)備，即可送入被處理水中。

臭氧用凈化過(guò)的空氣經(jīng)高壓放電裝置制取，目前有中小型臭氧發(fā)生器用于小區(qū)供水或中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的滅菌，同樣適用于反滲透裝置的滅活處理，多余的臭氧同樣可以用活性碳吸收處理。二氧化氯可由氯酸鈉制取，在飲用水處理和工業(yè)冷卻水處理中使用的也很多。氯酸鈉有爆炸危險(xiǎn)，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。在反滲透水處理工藝中，除了運(yùn)轉(zhuǎn)中的殺菌之外，還有設(shè)備停用中的殺菌問(wèn)題。通常在停機(jī)48h以內(nèi)可用原水沖洗，超過(guò)48h可用1.5%亞硫酸氫鈉液保存，達(dá)到2周應(yīng)使用甲醛消毒液殺菌或廠家提供的消毒液滅菌。萬(wàn)萬(wàn)不可用市售的84消毒液對(duì)膜元件殺菌！

2.3多介質(zhì)過(guò)濾器的濾料選擇多介質(zhì)過(guò)濾器（含雙濾料過(guò)濾器）的過(guò)濾材料應(yīng)有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，各介質(zhì)的相對(duì)密度和粒徑應(yīng)有一定差別，由無(wú)煙煤與石英砂組成的雙層濾料過(guò)濾器所用的無(wú)煙煤相對(duì)密度為1.4-1.6，粒徑為0.8-1.8mm，石英砂相對(duì)密度為2.6-2.65，粒徑為0.5-1.2mm；3層濾料過(guò)濾器除了以上兩種濾料外還可以用錳砂、磁鐵礦之類的重質(zhì)礦石，其相對(duì)密度為4.7-5.0，粒徑為0.5-4mm。應(yīng)該注意的是，多介質(zhì)過(guò)濾器雖然有一定的簡(jiǎn)化預(yù)處理系統(tǒng)作用，但是不能以一種過(guò)濾器代替必須設(shè)置的其他濾器，這主要取決于原水情況。如果使用自來(lái)水作原水，通常可以免除過(guò)濾器，直接配置活性炭過(guò)濾器即可；如果使用深井水作原水，深井水的鐵、錳等變價(jià)離子含量很低，使用多介質(zhì)過(guò)濾器即可；如果使用河床淺井水則還應(yīng)布置細(xì)紗過(guò)濾器作前置過(guò)濾；如果使用地表水做原水，則混凝和多級(jí)過(guò)濾都是必要的。

2.4反滲透-海水淡化膜應(yīng)用現(xiàn)狀國(guó)外已有日產(chǎn)水量10萬(wàn)噸級(jí)的反滲透海水淡化裝置，目前正在運(yùn)行的大型卷式膜海水淡化裝置的單機(jī)能力為日產(chǎn)水量6000噸。國(guó)內(nèi)目前已建和在建的反滲透海水淡化裝置日產(chǎn)水量350-1000噸，國(guó)外單段反滲透海水淡化的水利用率最高達(dá)45%，國(guó)內(nèi)目前多為35%，另外國(guó)內(nèi)漁船上裝載的反滲透海水淡化膜多用直徑為2.5英寸的小型膜元件。目前國(guó)內(nèi)批量生產(chǎn)海水淡化裝置的公司不超過(guò)10家，在河北建設(shè)的日產(chǎn)水量18000噸的“亞海水”脫鹽裝置是國(guó)內(nèi)最大的使用海水淡化膜的反滲透裝置。今后國(guó)內(nèi)海水淡化膜的應(yīng)用將進(jìn)入一個(gè)新時(shí)期，不久的將來(lái)，我國(guó)也會(huì)建設(shè)日產(chǎn)水萬(wàn)噸級(jí)的海水淡化裝置。此外國(guó)內(nèi)已開(kāi)始商業(yè)生產(chǎn)海水淡化反滲透膜元件。

2.5純水、超純水的制備，純水、超純水是現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的原材料，已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、微電子、電力、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。我國(guó)從20世紀(jì)80年代起在純水、超純水制備系統(tǒng)中。采用以反滲透-離子交換為主導(dǎo)工藝，比單一離子交換工藝，其造水成本約下降30%，節(jié)省酸、堿耗量約90%，提高樹(shù)脂再生周期造水量約20倍。反滲透膜法分離技術(shù)的先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保社會(huì)效益已被大量反滲透工程實(shí)際運(yùn)行結(jié)果所證實(shí)。

結(jié)束語(yǔ)

反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用具有極為重要的作用，值得大力研究，而目前反滲透膜市場(chǎng)95%為進(jìn)口膜，國(guó)產(chǎn)膜只占據(jù)了5%左右的市場(chǎng)，中國(guó)的反滲透技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。

參考文獻(xiàn)

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