反滲透的應(yīng)用

水處理技術(shù)進(jìn)展的背景2025年將會有超過48個國家和地區(qū)面臨嚴(yán)峻水資源短缺的問題，涉及到的人口將到達(dá)142035年，估量會有30億人生活在嚴(yán)峻缺水的地區(qū)21世紀(jì)水資源正在變成一種貴重的稀缺資源，水資源問題純水和超純水的制備、飲用水凈化、工業(yè)用水處理、廢水處理，以及醫(yī)藥、化工和食品等工為全世界的必定趨勢。反滲透的原理2反滲透技術(shù)的根本原理反滲透技術(shù)的根本原理是在高于溶液滲透壓的作用下反滲透除鹽原理，就是在有鹽分的水中(如原水)，施以比自然滲透壓力更大的壓力，使?jié)B透離技術(shù)，同時也是目前最為先進(jìn)的膜分別技術(shù)之一。分別原理膜分別技術(shù)是近二十年來在分別領(lǐng)域快速崛起的化工高技術(shù),它具有能耗低,選擇性高及裝置敏捷等特點(diǎn),應(yīng)用前景格外寬廣。反滲透是以壓力差為推動力的膜分別技術(shù)。由索利拉金提出的“選擇吸附——毛細(xì)孔流機(jī)制”理論認(rèn)為:水溶液與具有微孔的薄膜相互接觸,由于膜的化學(xué)性質(zhì)使它對水溶液中的溶質(zhì)具有排斥作用,結(jié)果靠近膜外表的濃度梯度急劇下降,在溶液—膜的界面上形成一層被,溶質(zhì)則被膜截,正是這些實(shí)際存在的不同孔徑的孔眼像篩子一樣截留住分子直徑相應(yīng)大于它們的溶質(zhì)和顆粒,從而到達(dá)了分別的目的。反滲透(RO)一般反滲透法主要是截留無機(jī)鹽那樣的小分子,為了使溶劑通過必需施加高壓。反滲透膜材料目前常用的中空纖維膜的材料及爭論機(jī)構(gòu)反滲透的應(yīng)用水處理反滲透與超濾技術(shù)是目前處理方法中最先進(jìn)的方法之一,應(yīng)用范圍廣,包括從海水和苦咸水中制取飲用水,工藝用水;超純水的制備;鍋爐水預(yù)處理;工業(yè)污水處理等等方面。1.1.1 海水、苦咸水淡化反滲透已成功用于海水或苦咸水的淡化,1983年開頭運(yùn)轉(zhuǎn)的馬耳它島伽爾拉夫基海水淡化廠日產(chǎn)淡水203。世界上最大的咸水淡化廠在美國亞利桑那州的尤馬四周,原水中含3000ppm,生產(chǎn)力量為每日10對西北地區(qū)苦咸水淡化進(jìn)展?fàn)幷?并取得肯定的成果。2.1電廠中、高壓鍋爐補(bǔ)給水制備,其主要工藝由原水預(yù)處理、反滲透除鹽、離子交換深度除鹽或電去離子(EDI)3局部組成.依據(jù)原水水質(zhì)和產(chǎn)水水質(zhì)要求設(shè)計(jì)工程的工藝流程和設(shè)備配置.原水含鹽量小于500mg/L時,可選用一級反滲透和混床的組合工藝;原水含鹽量大于500mg/L,可選用二級反滲透和混床的組合工藝,到達(dá)產(chǎn)水電導(dǎo)率(25C)≤0.2μS/cm,SiO2?20≤g/L,硬度≈0mol/L,滿足電力行業(yè)《火力發(fā)電廠水汽化學(xué)監(jiān)視守則》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DL/T561?-95).如要求產(chǎn)水水質(zhì)電導(dǎo)率>1μS/cm時,可選用反滲透和復(fù)床的組合工藝.當(dāng)反滲透產(chǎn)水中重碳酸根離子(HCO3-)>50mg/L時,可在陽床后設(shè)置脫氣裝置由于反滲透膜元件具有大于97%除鹽率,而且還能去除水中大局部微粒、有機(jī)物、膠體等雜質(zhì),所以電廠中、高壓鍋爐補(bǔ)給水制備系統(tǒng)中,特別對高含鹽量的原水,應(yīng)用反滲透膜法除鹽工藝,能獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前在國內(nèi)電廠中運(yùn)行的產(chǎn)水量大于100t/h反滲透裝置已超過100套,最大規(guī)模的反滲透裝置產(chǎn)水量800t/h.1.1.2超純水的制備電子工業(yè)對超純水的要求越來越高,需求量也越來越大。承受反滲透能制得高純度的水,且流程簡化,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。目前,美國電子工業(yè)已有90%以上是承受反滲透和離子交換相結(jié)合的裝置來制取超純水。我國電子工業(yè)用水也開頭承受電滲析——反滲透——離子交換工1.3廢水的處理在廢水處理方面,反滲透和超濾技術(shù)在各個行業(yè)普遍使用,電泳涂漆廢水、電鍍廢水、食品工業(yè)廢水、造紙工業(yè)廢水、紡織工業(yè)廢水、放射性廢水、城市下水等的處理收到很好的效果,不僅能削減污染,而且回收了有用的物質(zhì)?，F(xiàn)以紡織工業(yè)為例簡要介紹。紡織工業(yè)廢水量大,有機(jī)物及染料試劑含量高,生物化學(xué)方法難以處理,反滲透和超濾得到廣泛的使用。洗毛廢水處理:洗毛廢水為高濃度有機(jī)廢水,含有大量羊毛脂,洗滌劑及泥沙等雜質(zhì)。凈化污水,削減環(huán)境污染并進(jìn)而有效回收羊毛脂,是毛紡織工業(yè)一個重要的課題。七十年月以來開頭承受超濾膜分別技術(shù)處理洗毛廢水水進(jìn)展超濾分別,透過液仍能循環(huán)用于洗毛,脂的截留率達(dá)90%以上。Tounsend等承受水合氧化鋯動態(tài)膜處理洗毛廢水,結(jié)果在回水率為85%時,總有機(jī)碳截留率達(dá)92——96%,總固體分率為85——90%,100%截留。纖維油劑的回收:岳陽石油化工總廠承受外壓管式醋酸纖維素超濾膜用膜分別出錦綸紡絲油劑后,67000的聚砜中空纖,分別效果可與國外同類產(chǎn)品相比。樊淑承受超濾—生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)對滌綸短纖維油劑污水處理,不僅使排放到達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn),而且回收的濃縮油可連續(xù)回用。印染廢水的治理:早在70年月初美國的J.JPorter、C.A.Brandon即開頭將反滲透技術(shù)用于印染廢水處理,上海第一印染廠用超濾技術(shù)處理該廠廢水也取得肯定的效果。進(jìn)入80年月,膜材料的開發(fā),膜構(gòu)造與性能的改善,膜工程問題的逐步解決,開拓了膜分別技術(shù)在印染工業(yè)中的應(yīng)用前景,計(jì)算機(jī)分析及配色等技術(shù)的應(yīng)用使得最大限度利用回收染料助劑和水,一,PH使用范圍1-13,最高允許使用溫度120℃,Majesuska等在這方面作了大量工作,爭論說明該膜對分子量大于800的染料截留率可達(dá)100%,水通量為0.20m3/m2天,而且蒸發(fā)時間越短,鑄膜溫度越高,明遠(yuǎn)用聚砜超濾膜分別分散深藍(lán)染料,裴振琦將三臺管式超濾器并聯(lián)從軋染機(jī)復(fù)原蒸箱溢流液中回收復(fù)原染料,運(yùn)行2023多小時,超濾染料廢液617噸,回收復(fù)原染料1036斤,脫色率保持在95-98%;將回收染料在機(jī)臺染色時兌入5-7%,對于布的色澤及牢度均無明顯影響,經(jīng)濟(jì)效益顯著。在諸多的膜材料和構(gòu)造中,開發(fā)的荷電超濾膜(或疏松反滲透膜)在處理印染廢水中表現(xiàn)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),將是將來處理印染廢水中最具有競爭力的膜材料,該膜對各種活性染料的分別性能較好,截留率在99%以上,同時具有高流量低壓操作、耐酸堿、耐污染等特點(diǎn)。2電子工業(yè)用純水、超純水制備,電子級超純水是目前世界上純潔品質(zhì)要求最高的水.在電子級超純水制備系統(tǒng)中集合了當(dāng)前水處理技術(shù)最先進(jìn)的工藝和設(shè)備,如超(EDI)等,其中反滲透裝置是整個純水、超純水制備系統(tǒng)工程中一關(guān)鍵的設(shè)備.它能有效地去除原水中97%99%以上的相對分子質(zhì)量大于300的有機(jī)物、99%以上的包括細(xì)菌在內(nèi)的各種微粒和95%以上的二氯化硅.反滲透工藝在純水、超純水制備系統(tǒng)工程中的應(yīng)用,不但能提高了產(chǎn)水品質(zhì),降低生產(chǎn)本錢,而且防止環(huán)境污染,有力地推動了電子工業(yè)的進(jìn)步,同時也促進(jìn)了純水、超純水制造技術(shù)的進(jìn)展.1.2食品工業(yè)反滲透和超濾除了用于食品工業(yè)廢水處理外,另外還可以用于食品的精制、提純與濃縮。牛奶、乳清蛋白質(zhì)、茶葉的濃縮:反滲透技術(shù)能代替蒸發(fā)方法除去水分而濃縮牛奶,與蒸發(fā)操作相比優(yōu)點(diǎn)顯著,一是它在低溫下(10——50℃)操作,養(yǎng)分成分不被破壞;二是能耗低。乳清蛋白質(zhì)濃縮能將牛奶中低分子量組分如乳糖和鹽分去除獲得高蛋白質(zhì)奶品,1985年開工的美國加利福尼亞洲科羅那奶酪裝置利用超濾裝置生產(chǎn)含50-70%蛋白質(zhì)乳清蛋白(2300噸/年),濾過液再經(jīng)反滲透裝置脫水,經(jīng)濃縮的乳糖送入發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,獲利很大。中國農(nóng)科院茶葉爭論所將反滲透技術(shù)用于濃縮茶葉,與蒸餾濃縮法相比,茶葉有效成分保存得更好。飲料的精制和除菌:超濾可用于飲料中懸浮固體、殘留酵母菌、雜菌微生物、膠體物質(zhì),色素的去除,而保存飲料的養(yǎng)分成分和特有的芳香成分。膜分別技術(shù)的除菌作用,使飲料中不需要添加防腐劑等化學(xué)藥物而延長貯存期砜平板超濾膜分別設(shè)備對荔枝康力型自然飲料進(jìn)展精制和除菌,取得很好效果。3染料工業(yè)超濾在染料及其助劑工業(yè)中也發(fā)揮了越來越大的作用。國外在八十年月初就已利用超濾技術(shù)精制染料及助劑以提高產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用性能。1982年德國拜耳公司制造了一種制備穩(wěn)定的液態(tài)染料的專利,它是在集中劑存在的狀況下先將濾餅濕法研磨,然后利用超濾將其濃縮或高濃度貯存穩(wěn)定的液態(tài)產(chǎn)品。與傳統(tǒng)方法相比,此法所制備的產(chǎn)品不僅質(zhì)量符合要求,而且大大簡化了工藝流程。1986年,該公司又發(fā)表了超濾法精制染料用以制備噴射印刷油:還制造了應(yīng)用1985年從丹麥引進(jìn)了國內(nèi)最大的超濾裝置,總膜面積近800m2,,生產(chǎn)染料用的高純度集中劑。從超濾裝置出來的透過液經(jīng)反滲透設(shè)備濃縮處理后,即可得到食品用添加劑,,人工血液的制造,人參蜂王漿處理,中草藥制劑的精制,病菌、酶素、病毒、核酸、蛋白質(zhì)等生理活性物質(zhì)的濃縮、分別、精制、激素的精制。在國外,反滲透和超濾技術(shù)還應(yīng)用于空間技術(shù),如美國NASA(國家航空和航天治理局)研制的小型航天水處理裝置,能將人體排出液經(jīng)超,國外已普遍,反滲透和超濾技術(shù)的應(yīng)用取得較大進(jìn)展,作為一種的和正在進(jìn)展的通用分別技術(shù),在工業(yè)上應(yīng)用的潛力是無限的。進(jìn)展方向進(jìn)展趨勢1 高性能膜不斷消滅膜是反滲透和超濾的心臟,膜的材料是整個反滲透和超濾技術(shù)的中心,反滲透和超濾技術(shù)的進(jìn)一步提高,關(guān)鍵取決于膜性能的改進(jìn)。2.1.1膜的品種增加,膜的性能提高隨著膜分別技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,對膜性能的要求越來越高,不但要有良好的分別性能,而且要有良好的耐溫、耐壓、耐酸堿腐蝕,抗污染等等性能,很多型的分別膜得到開發(fā),如抗污染膜、等孔型超濾膜,能在高腐蝕性環(huán)境中使用的超濾膜和反滲透膜,耐氧化、耐游離氯的復(fù)合膜,具有催化功能的分別膜等等。2.1.2膜材料的進(jìn)展膜構(gòu)造及其材質(zhì)極大程度打算了膜的功能。最初工業(yè)化的膜是醋酸纖維素,它的價格廉價,成膜性能好,但適用范圍很窄,PH值限于3.5——9.5,使用溫度低于40℃,如今膜材料大都承受高性能的合成材料,如聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酯以及改性纖維等,可經(jīng)受強(qiáng)酸強(qiáng)堿,在各種溶劑及較高溫度下能正常操作。近年來隨著高分子膜的飛速進(jìn)展,無機(jī)膜的開發(fā)與應(yīng)用亦日益受到關(guān)注,多孔性陶瓷、多孔性玻璃以及多孔性金屬等無機(jī)材料制成的膜已經(jīng)問世,這可提高膜的耐熱性和抗化學(xué)腐蝕性。日本努力開發(fā)具有超濾性能的多孔陶瓷膜,腐蝕、耐高溫、不粘結(jié)等優(yōu)點(diǎn),往往是其它材料膜難以代替的。2.1.3膜的制備與改性高分子膜的構(gòu)造不僅與材質(zhì)有關(guān),而且與其加工過程關(guān)系親熱,因要提高膜性能也應(yīng)從膜的合和就地聚合等技術(shù)著手,開發(fā)等離子聚合、光化聚合、輻照聚合、電化聚合等的復(fù)合聚合過程。另外還可以對膜外表進(jìn)展改性,國外用低溫等離子體對超濾膜進(jìn)展物理改性,轉(zhuǎn)變了超濾膜外表0.1-0.2um厚度的活性外表分子構(gòu)造和分子間的作用,從而增加了膜的強(qiáng)度,,,為使膜分別設(shè)備具有良好性能,除了應(yīng)有高性能外,還必需使分別設(shè)備在最正確條件(過濾速率、截留速率和能耗等)下操作。2.2 應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大膜分別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大,生物技術(shù)方面的膜分別是一種巨大潛力的工業(yè);膜分離在反響工程中的應(yīng)用尚處于爭論階段,但前景格外迷人;型化學(xué)薄膜發(fā)電屬清潔,無污染的電力高科技,寬。隨著膜分別工藝應(yīng)用的拓寬,其固有的一些局限性也暴露出來。改進(jìn)膜的構(gòu)造,提高膜的性能,只能解決一局部難題,而假設(shè)將幾種不同的分別工藝結(jié)合起來形成一種的分別工藝系統(tǒng),則可以揚(yáng)各種分別工藝之長,避其所短。如在生物化學(xué)反響中,將活細(xì)胞培育基生物轉(zhuǎn)變工藝同膜分別工藝很好地結(jié)合起來,可以持續(xù)地生產(chǎn)生化制品。例如,在糖持續(xù)性地發(fā)酵成為乙醇的過程中,可承受一種能選擇滲透醇的膜進(jìn)展全蒸發(fā)處理,從流體培育基中去除醇,,用膜可以進(jìn)展持續(xù)性活性污泥水處理,從活性污泥接觸裝置出來的污水連續(xù)不斷地供給超濾裝置,污泥濃縮物被循環(huán),而干凈的濾液則排出去作工藝用水。5進(jìn)展趨勢反滲透膜技術(shù)及其工程應(yīng)用的進(jìn)展方向主要集中于爭論開發(fā)具有低能耗、抗污染、耐高溫、高壓和特種分別等性能的反滲透膜組器.超低壓反滲透膜能在保持原脫鹽率的狀況下,操作壓力下降25%~40%,從而降低了系統(tǒng)的能耗和設(shè)備材料的要求.抗污染反滲透膜的開發(fā),削減了膜清洗的藥耗,延長了膜的使用壽命,廣泛地應(yīng)用于污水回用和化工