反滲透的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景檔

1、反滲透的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景賈兆霞(河北 唐山)摘要:反滲透技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的一類(lèi)水處理技術(shù)。本文介紹了反滲透水處理技術(shù)的原理、運(yùn)行系統(tǒng)及其應(yīng)用前景。反滲透技術(shù)能有效去除各種溶解的和懸浮的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物,已經(jīng)在海水淡化、鍋爐補(bǔ)給水脫鹽、印染廢水處理和垃圾滲濾液處理等方面得到了廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞:反滲透;反滲透膜;膜技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展The Application and developmenton the Reverse OsmosisJia Zhaoxia(Tang shan,Hebei)Abstract:The seperation mechanism,membrabne polluti

2、on of the reverse osmosis membrane are desscribed in this paper,and the application situation of the reverse osmosis is discussed in detail .Finally,the applicative prospect of the technology is presented in the field of separation.Keywords:reverse osmosis; reverse osmosis membrane;membrane technolo

3、gy; application; development引言隨著水資源危機(jī)的加劇和水環(huán)境質(zhì)量的不斷惡化,水資源已演變成備受全世界關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。對(duì)工業(yè)和生活廢水進(jìn)行處理從而轉(zhuǎn)化成可飲用水已經(jīng)成為解決水資源危機(jī)的一條重要途徑。目前世界上最先進(jìn)的水處理技術(shù)是薄膜反滲透(RO)過(guò)濾1。反滲透過(guò)濾工藝由于不發(fā)生相變化和不需要酸堿再生,在能源緊張的今天具有非常重要的意義;并且,反滲透工藝生產(chǎn)過(guò)程中不使用酸、堿等對(duì)環(huán)境有害物。因此,在環(huán)境污染日益嚴(yán)重和人們的環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)的今天,反滲透過(guò)濾工藝有著廣闊的應(yīng)用前景。1反滲透的發(fā)展簡(jiǎn)介我國(guó)的反滲透研究始于1965年,而1967年開(kāi)始的全國(guó)海水淡化會(huì)戰(zhàn)則為CA

4、不對(duì)稱(chēng)反滲透膜的開(kāi)發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)2。因此我國(guó)對(duì)反滲透的開(kāi)發(fā)與國(guó)外起步時(shí)間相差不大。但事實(shí)上由于原材料及基礎(chǔ)工業(yè)條件限制,生產(chǎn)的膜元件性能偏低,生產(chǎn)成本高,還沒(méi)有形成規(guī)?；a(chǎn)。而對(duì)超濾的研究探索則開(kāi)始于70年代初。近年來(lái)反滲透技術(shù)在我國(guó)已得到廣泛應(yīng)用。反滲透技術(shù)最初只用于海水淡化,后來(lái)逐步擴(kuò)大到苦咸水淡化、食品加工、醫(yī)藥衛(wèi)生、飲料凈化、超純水制備等方面,產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)效益。2反滲透原理3對(duì)透過(guò)的物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱(chēng)為半透膜,一般將只能透過(guò)溶劑而不能透過(guò)溶質(zhì)的薄膜稱(chēng)之為理想的半透膜,當(dāng)把相同體積的稀溶液(例如淡水)和濃溶液(例如鹽水)分別置于半透膜的兩側(cè)時(shí),稀溶液中的溶劑將自發(fā)地透過(guò)半透

5、膜向濃溶液一側(cè)流動(dòng),這一現(xiàn)象稱(chēng)為滲透。圖1是滲透膜的選擇性示意圖。當(dāng)滲透過(guò)程達(dá)到平衡時(shí),濃溶液側(cè)的液面會(huì)比稀溶液的液面高出一定高度,即形成一個(gè)壓差,稱(chēng)為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質(zhì),即與溶液的種類(lèi)、濃度和溫度有關(guān)而與半透膜的性質(zhì)無(wú)關(guān)。若在濃溶液一側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的壓力,溶劑的流動(dòng)方向?qū)⑴c原來(lái)的滲透方向相反,開(kāi)始從濃溶液向稀溶液一側(cè)流動(dòng),這一現(xiàn)象稱(chēng)為反滲透(見(jiàn)圖2)。圖1滲透示意圖反滲透裝置就是利上述這一原理。圖1 滲透膜的選擇性示意圖圖2反滲透示意利用高壓泵將待處理水增壓后,借助半透膜的選擇截留作用來(lái)除去水中的無(wú)機(jī)離子,由于反滲透膜在高壓情況下,只允許水分子通過(guò),而不允許鉀、鈉

6、、鈣、鋅、病毒、細(xì)菌通過(guò),所以它能獲得高質(zhì)量的純水。為了避免膜的淤塞,必須經(jīng)常沖洗鹽水側(cè)。當(dāng)水滲透通過(guò)膜后,大部分的鹽被留在鹽水側(cè),因此鹽水側(cè)的溶液濃度變得越來(lái)越高。如果不把廢棄溶液排掉,鹽水側(cè)的礦物質(zhì)濃度最終會(huì)超出溶質(zhì)的溶解度范圍,會(huì)析出而在膜上形成水垢。為了避免鹽水側(cè)的濃度過(guò)高,在低壓系統(tǒng)中,回收的滲透物的體積一般保持在給水體積的1%30%。比如說(shuō),每輸入5 L的水可回收1 L的滲透物,這時(shí)的膜就是以20%的回收率運(yùn)行。反滲透系統(tǒng)中的半透膜4:RO系統(tǒng)中所用的半透膜是由密度不均勻的薄層澆鑄而成的聚合體。也就是說(shuō),它們有一層極薄的(大約是1英寸的百萬(wàn)分之幾)、高密度的阻礙層,底下為多孔性的大

7、約有千分之幾英寸厚的支撐層。圖3表示了膜的橫截面的密度差異。圖3半透膜的橫截面現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)出了各具優(yōu)點(diǎn)的不同結(jié)構(gòu)的膜,最普遍的膜結(jié)構(gòu)是螺旋形繞制的5。這種膜結(jié)構(gòu)是將膜沿管繞制而成,在膜的兩半部分之間還安置了篩網(wǎng)。膜被黏貼在管上,膜間還放置了一個(gè)間隔篩網(wǎng),并在三個(gè)開(kāi)口邊予以黏合,最后整張膜被緊緊地纏繞在產(chǎn)品管上。模塊的這種結(jié)構(gòu)比管狀結(jié)構(gòu)能夠提供更多的接觸面積。然而,由于給水必須沿間隔篩網(wǎng)所形成的渠道流動(dòng),塵粒很容易被俘獲,因此,一般推薦使用5m的預(yù)過(guò)濾器。與傳統(tǒng)的水處理方法相比,反滲透技術(shù)有以下特點(diǎn): 在常溫條件下,采用無(wú)相變的物理變化對(duì)溶質(zhì)和水進(jìn)行分離; 雜質(zhì)去除范圍廣,不僅可以去除溶解的無(wú)機(jī)

8、鹽類(lèi),而且還可以去除各類(lèi)雜質(zhì); 較高的除鹽率和水的回用率,可截留粒徑幾個(gè)納米以上的溶質(zhì); 設(shè)備緊湊,占地面積少,自動(dòng)化程度高,操作簡(jiǎn)單,運(yùn)行費(fèi)用也低; 不用大量的化學(xué)藥劑和酸、堿再生處理,化學(xué)廢液及廢酸、堿的排放量大大減少,環(huán)境效益及社會(huì)效益好6,7,8。3 RO/LX除鹽系統(tǒng)介紹9反滲透技術(shù)的特點(diǎn):在外加壓力的作用下,使水溶液中的某些成分選擇性地通過(guò),從而達(dá)到淡化、凈化或濃縮分離的目的。生水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足原有的二級(jí)離子除鹽工藝的進(jìn)水要求。離子交換樹(shù)脂發(fā)生污染和降解,多次出現(xiàn)再生不合格的現(xiàn)象,除鹽設(shè)備出力大大降低,周期制水量明顯減少,酸堿耗量急劇增加,環(huán)境污染加重,并且不能保證供給足夠合格的

9、除鹽水。因此增加了反預(yù)滲透預(yù)除鹽,采用RO/LX除鹽方式。RO/LX除鹽系統(tǒng)介紹水處理除鹽系統(tǒng)改造為:在原有的生水加熱器和二級(jí)離子除鹽系統(tǒng)增加反滲透系統(tǒng)。生水加熱器反滲透處理技術(shù)的核心是膜質(zhì)量和預(yù)處理水平。與傳統(tǒng)的離子除鹽的水處理技術(shù)相比,具有如下的特點(diǎn):分離過(guò)程中不用加熱,無(wú)相變化,能耗少;設(shè)備緊湊,占地少;操作簡(jiǎn)單,適用性強(qiáng),易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率;出水水質(zhì)穩(wěn)定合格;耗酸堿量降低,廢水排放量少,大大減少了環(huán)境污染;RO/LX系統(tǒng)與LX系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益比較10而言,增理不但使水質(zhì)大大改善,而且經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。4 反滲透膜的應(yīng)用11(1)用于海水、苦堿水淡化12反滲透膜分離技術(shù)已被廣泛

10、應(yīng)用于海水淡化。在全世界海水淡化裝置中約有30%用反滲透方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，用反滲透膜可脫去海水中99%以上的鹽離子。我國(guó)早在1968年起就在山東潮連島試用反滲透膜分離技術(shù)從海水制取飲用水。在示范工程的引導(dǎo)下，我國(guó)已建成百?lài)嵓?jí)以上反滲透海水淡化工程十余個(gè)，合計(jì)日產(chǎn)水為近30kt。(2)用于處理重金屬?gòu)U水對(duì)于處理重金屬?gòu)U水，國(guó)內(nèi)外均進(jìn)行了廣泛的研究。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，反滲透已用于處理電鍍廢水，在具體工程中，反滲透法已大規(guī)模用于鍍鋅、鎳、鉻漂洗水和混合重金屬?gòu)U水的處理。目前，我國(guó)約有100套反滲透裝置應(yīng)于電鍍廢水的治理，組件多采用內(nèi)壓管式或卷式。據(jù)報(bào)道，用反滲透處理銅氰電鍍漂洗水已獲成功，截留率在9

11、9%以上。工業(yè)規(guī)模的反滲透系統(tǒng)被某廠用來(lái)處理磷酸鋅電鍍廢水，可使90%的廢水得到回用。研究表明，反滲透法還可用于處理鍍銀漂洗水。(3)用于純水、超純水制備13 大慶宏偉熱電廠化學(xué)二分廠在鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的離子交換前，增加反滲透除鹽裝置，出水水質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行費(fèi)用每年節(jié)省1135.47萬(wàn)元。包鋼薄板廠新水處理站采用反滲透技術(shù)處理黃河原水，經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行證明，工藝可行，效果理想，經(jīng)過(guò)反滲透處理后的出水水質(zhì)可達(dá)到脫鹽水的水質(zhì)要求。(4)用于食品、飲料制造14一般反滲透膜耐熱性為40°左右，不適宜用NTR-759 729HG于熱水殺菌等工藝用途 。NTR-759、729HG

12、等新開(kāi)發(fā)的膜可用于90°下加熱殺菌， 可在下60°下連續(xù)使用，因而可用于食品制造中的濃縮、分離等。用管式反滲透法濃縮脫脂奶，可將固形物含量從原來(lái)8.5提高到27%，固形物透過(guò)率只有0.15%-0.2%，該技術(shù)在國(guó)外已得到成功應(yīng)用。5 環(huán)境等其他效益15,16增加反滲透裝置每年可少耗大量的酸和堿,大大減少了酸堿對(duì)環(huán)境的污染,能取得很明顯的環(huán)境效益。環(huán)保要求中和池的廢水必須中和合格后排放。設(shè)計(jì)上采用加酸和加減中和及壓縮空氣攪拌的工藝,調(diào)整pH的工作量大。增加反滲透后再生的次數(shù)大大減少,酸堿排放量也大大減少,中和池的中和和排放次數(shù)相應(yīng)減少,因此大大減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高勞動(dòng)

13、效率。反滲透膜技術(shù)在制藥行業(yè)的應(yīng)用:為了適應(yīng)制藥用水越來(lái)越高的要求而被廣泛應(yīng)用,它與傳統(tǒng)的制水工藝相比具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展,制藥用水的水質(zhì)要求也在逐步提高,傳統(tǒng)的制水工藝如離子交換法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足其要求,為了適應(yīng)這一發(fā)展的需要,先進(jìn)、有效的水質(zhì)凈化技術(shù)反滲透膜技術(shù)廣泛應(yīng)用在制藥行業(yè)水處理系統(tǒng)中。6 應(yīng)用研究前景及結(jié)語(yǔ)17反滲透膜分離技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新的膜分離技術(shù),作為分離領(lǐng)域的一個(gè)分支,具有廣闊的發(fā)展前景。由于其優(yōu)良的分離性能,它的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣泛。今后反滲透的主要發(fā)展方向:開(kāi)發(fā)抗氧化性、抗酸堿性以及高透水性的新型膜材料。開(kāi)發(fā)具有低能耗、抗污

14、染、耐高溫、高壓和特種分離等性能的反滲透膜組件。反滲透膜組件與超濾、微濾、納濾、EDI等膜組件的組合應(yīng)用。新型氣體膜分離材料的研制11。另外,率先應(yīng)用于航天工業(yè)的高技術(shù)RO系統(tǒng)已經(jīng)顯示出其強(qiáng)大的商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)前景。由于反滲透工藝對(duì)水中的無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)鹽、微生物、熱源、膠體等具有良好的去除效果,因此發(fā)展與推廣很快,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于飲料、食品、醫(yī)藥、化工、電子等領(lǐng)域18。有資料預(yù)測(cè)反滲透工藝將取代其它工藝成為適用于任何水源的首選水處理方案。在水資源普遍匱乏的今天,對(duì)工業(yè)企業(yè)而言,如何提高水利用率以及降低水處理成本將是關(guān)系到企業(yè)以及社會(huì)利益的大問(wèn)題,而新的水處理方法也在不斷地發(fā)展和成熟。膜分離技術(shù)作

15、為一種新興的單元工藝,在水處理中所起的作用將會(huì)越來(lái)越重要。在水處理中運(yùn)用膜分離技術(shù),可以避免離子交換法經(jīng)常出現(xiàn)的諸如:由水質(zhì)惡化引起的離子交換樹(shù)脂污染、穿透、再生周期縮短,出水水質(zhì)惡化、用藥量增多等問(wèn)題,同時(shí)降低了運(yùn)行成本以及水處理成本,切實(shí)解決了目前所面臨的很多問(wèn)題19。參考文獻(xiàn):1 王樹(shù)勛,王立蓉.反滲透技術(shù)研究現(xiàn)狀.甘肅科技,2005,21(12):187188.2 魏揚(yáng)程,周志宏.反滲透水處理設(shè)備在水處理中的應(yīng)用.中國(guó)衛(wèi)生工程學(xué),2005,4(4):246248.3趙文華.反滲透技術(shù)在制藥行業(yè)中的應(yīng)用.醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)雜志,2001,22(1):2124.4 李芳蘭.工業(yè)用水處理新技術(shù).凈

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