反渗透膜在水处理方面的应用进展

王旭　张本善

【摘 要】目前，反渗透膜技术已在海水淡化、城市污水处理、工业废水处理等各种水处理方面得到普及，并且该技术还具有高效、清洁、绿色、无污染、适用范围广等优点，是当今世界水处理的先进技术之一。

【关键词】反渗透膜 水处理 应用

把相同体积的稀溶液和浓溶液分别置于一容器两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，稀溶液侧液面会比浓溶液的液面低，两侧形成压力差，最后达到渗透平衡，此种压力差即为渗透压。渗透压大小取决于浓溶液的种类、浓度和温度，与半透膜性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力，浓溶液中的溶劑会向稀溶液侧流动，此时溶剂流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。

反渗透去污是在利用反渗透原理的基础上选择合适的反渗透膜孔尺寸进行去污。反渗透膜上的众多孔与水分子尺寸相当，大部分有机污染物、胶体等物质比水分子尺寸大，在向浓溶液侧施加大于半透膜渗透压的压力时，大部分有机污染物、胶体、盐类不能通过反渗透半透膜使得浓溶液中的溶剂与溶质分离。

一、反渗透膜技术就有以下几个方面的特点。

1、分离过程中无相变发生，非常适用于热敏物质的分离；

2、应用范围广，可除去绝大部分杂质；

3、效率较高，压力足够大的情况下，可以截留纳米级粒径的溶质；

4、分离过程中不需要另外加入其它物质，对环境不会造成污染；

5、分离的推动力为膜两侧的压力差，因此分离过程中所需要的装置设备简单，可操作性强，便于日常维护等。

二、反渗透水处理运行中注意事项

1、防止微生物对反渗透膜的污染

在运行过程中，需严格控制进入反渗透的进水水质，控制进水的微生物量，定期分析反渗透给水、浓水及反渗透产水的细菌总数，计算细菌变化数值。当发现浓水中的细菌总数明显增加，则反渗透膜上可能发生粘泥污染。在夏季可每周对其进行细菌分析对比，冬季频度可减缓。在实际运行过程中，应严格控制加药量，防止药剂尤其是还原剂超标。因为当进水中存在硫还原菌（SBR），亚硫酸会成为细菌营养，为细菌的繁殖提供温床。

2、防止膜的降解和破坏

芳香聚酰胺膜材质脱盐率高、通量大、操作压力要求低，并有很好的机械稳定性、热稳定性、化学稳定性及水解稳定性，但不耐游离氯，抗结垢和污染能力差。运行中需严格控制进水余氯。一般情况下可通过游离氯监测仪或ORP监测仪。监测仪对进水余氯进行监测，仪表需进行定期校验。当余氯含量超过限值时，水不能进入反渗透装置。当余氯不慎进入反渗透装置后，需用过量亚硫酸氢钠（还原剂）去除余氯。

3、反渗透膜进行定期清洗

反渗透装置每次停运前，对其进行去离子水对其进行大流量低压冲洗，可降低膜污堵速度，也可延长反渗透膜的化学清洗周期。反渗透膜达到化学清洗要求或一段时间后，根据不同，使用不同药剂对反渗透膜进行化学清洗，可使装置运行性能较为提高。

三、反渗透膜在水处理方面的应用

随着地球可利用水资源越来越少，我国相关部门对水资源的控制比起以前也有了更为严格的控制制度，尤其是用水量较多的地区，需要的水资源多，排出的废水污水也就相对较多，但随着我国环境部门对环保的要求越来越高，对废水污水排放量指标的控制也越来越严格，这就导致了一些因为处理废水的费用太高，而对排出的废水不经处理就直接流放到河流或空地，对环境造成了极大地污染，还会对人们的正常用水带来污染。反渗透技术的应用从根本上改变着这种情况，利用反渗透设备在水处理中的应用不仅可以实现淡水满足循环冷却系统补充水的水质要求，而且还更为安全可靠。利用反渗透技术处理废水的费用就目前来说费用还相对较高，但对于处理过的水可以经过循环利用来说，还是比较合适的，因为这样不仅可以减少对环境的污染，还能提供可重复利用的水资源，总的来说还是较为合理的处理方法之一。

循环冷却水系统的补充水主要是依靠距离最近的地表水或地下水，由于人类以及工业用水的不断增多，对地下水的需求也在逐年增多，使用水量增多的同时排出的工业废水和生活污水也就较多，这就造成了地下水越来越浅，以及地下水受到的污染也越来越严重。一般情况下地下水水质硬度较大时胶体悬浮物含量较少，相反的，地下水硬度较小时胶体悬浮物含量较多，排污水经过反渗透技术的一级处理之后，水质硬度是远远小于地下水和地表水的，不但能够减少污水直接排放给大气和地下水造成的污染，还可以把经过处理之后的水作为循环补给水。

传统的饮用水处理大都采用混凝-沉淀-过滤-氯消毒工艺。在这一传统工艺中，混凝剂的用量大、最佳投量难以控制，并且氯消毒还会产生致癌、致畸、致突变的三氯甲烷产生。为了对饮用水进行深度处理，反渗透被大量采用。

以反渗透为主的医药用水处理工艺多为反渗透与活性炭吸附、离子交换、超滤或微滤相结合的综合处理方式，也有采用二级反渗透或反渗透与蒸馏的组合。美国药典规定：注射用水须用蒸馏法或反渗透法制取。英国及日本也将反渗透法制取医药用水录人药典。

纯水、超纯水是现代工业中一种十分重要的原材料，已被广泛应用于半导体、微电子、电力、化工、医药等领域。我国从20世纪80年代起在纯水、超纯水制备系统中。采用以反渗透-离子交换为主导工艺，比单一离子交换工艺，其造水成本约下降30%，节省酸、碱耗量约90%，提高树脂再生周期造水量约20倍。反渗透膜法分离技术的先进性，经济效益和环保社会效益已被大量反渗透工程实际运行结果所证实。

四、反渗透膜技术的发展趋势

反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备，主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水（见卤水）淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，其应用范围正在不断扩大。

反渗透膜分离技术是20世纪60年代发展起来的一门新的膜分离技术，由于其优良的分离性能，它的应用领域将越来越广泛。今后反渗透的主要发展方向：①开发抗氧化性、抗酸碱性以及高透水性的新型膜材料；②开发具有低能耗、抗污染、耐高温、高压和特种分离等性能的反渗透膜组件；③反渗透膜组件与超滤、微滤、纳滤、EDI等膜组件的组合应用；④新型气体膜分离材料的研制。

总结；反渗透技术是一种通过反渗透膜将污水中的有害盐分、有机物等从水中分离出来的新兴技术，其技术的关键是反渗透膜，反渗透膜是一种具有选择透过性的高分子膜材料，它对污水中的不同成分具有不同的渗透速率，其中水分子对膜的穿透速率较高，而可溶性盐和其他一些分子量较大的有机物对膜的渗透速率较低，从而实现了杂质与纯水的渗透分离。常规的水处理技术只能减少废水中的不容杂质以及部分重金属的含量，却不能满足更高的水质要求，而反渗透技术可以取得更好的净化效果，实现废水的零污染排放或循环再利用，这对于水资源紧缺的我国来说，具有重要的现实意义。

参考文献：

1.徐洪斌，张林生.反渗透与超滤及其在水处理中的应用.电力环境保护.2001.17（3）

2.谭永文张维润沈炎章.反渗透工程的应用及发展趋势.膜科学与技术.2003.23（4）

3.姜忠英夏明芳.反渗透在水污染控制中的应用.污染防治技术.2003.16（1）

4.靖犬为宋京.反渗透纯水技术的现状、发展与研究.工业水处理.2002.22（10）