反渗透技术在环境工程当中的应用

李建华

摘要：

随着经济的迅速发展，城市化进程的加快，我国环境污染尤其是水资源污染情况加剧，而反渗透作为一种先进的污水处理技术，是一项当前较为先进液体分离技术，目前已广泛应用于众多领域，具有操作简便，能耗低，无二次污染等优点。在环境工程方面发挥了重要的作用。

关键字：反渗透技术；环境工程；应用；

中图分类号：B819文献标识码： A

反渗透的分离技术是当今世界上水处理中比较先进的技术，目前这种技术已经在我国城市给水的处理、工业废水的处理以及城市污水的处理等方面得到广泛的运用。

一、反渗透原理

反渗透技术是一种逆向分离过程，完成反渗透分离过程需满足两个条件：1.操作压力必须大于溶液的渗透压；2.反渗透膜需要有较良好的选择性及脱水性。反渗透膜表面具有直径小于1nm 的微孔，故可对无机盐、溶解性有机物、溶解性固体以及胶体保持极高的去除率。但反渗透膜对原水pH、以及温度较为敏感，故进水pH 应控制在4~10 之间，水温小于40℃。原水进入反渗透系统前需进行预处理，待原水水质条件满足反渗透膜处理要求之后，利用加压泵将原水送入膜组件，使原水经过反渗透膜成为产水，原水中的无机盐、有机物等被截留在进水一侧而形成浓液。浓液可被回收或进行再处理。

二、反渗透特点

反渗透技术在处理手段上属于物理法，具有很多优点：（1）反渗透操作仅依靠压力作为推动力，相对于其它传统物理处理手段具有最低的能耗；（2）反渗透在室温环境下即可进行，无需发生相变；（3）无需使用化学处理试剂，无化学废液的排放，几乎没有环境污染；（4）操作设备所需空间较小，设备占地面积小，操作简单，无需频繁维护。

三、反渗透常用的工艺技术流程

1、 一级一段的方法

一级一段就是在料液进到膜组件以后，浓缩液（浓水）与产水被连续不断地引出，这种方式对水的回收率不够高，因此在工业中的应用也就比较少。还有一种形式就是一级一段的循环型的工艺技术，主要就是其浓水中的一部分又回到了料液的槽内，这样就会不断地提升其浓缩液的浓度，所以产水量就会很大，可是水质会在一定程度上有所降低。

2、 一级多段的方法

应用反渗透的技术于浓缩过程时，如果一次的浓缩无法达到要求，还可以使用多步的浓缩方式。这样的方式会在一定程度上减小浓缩液的体积， 但是又会在一定程度上使浓缩液的浓度有所提升，从而使产水量增加。

3、两级一段的方法

在一级的方法无法达到水质要求的时候，我们就可以分成两步来进行。如果膜除盐的效率较低，而这时候水的渗透性升高时，就可以使用两步的方法。这在一定程度上节约成本，同时其也能够在很低的压力与浓度之下运行，提升其膜的寿命。

四、反渗透在环境工程中的应用

1、 海水淡化

反渗透技术于20 世纪60 年代应用到海水脱盐，是目前海水淡化的一项主流技术，近十年来发展极为迅速。目前全球海水淡化装置中有30%采用反渗透技术，利用反渗透技术去除海水中99%以上的盐离子以获得饮用水。进入21 世纪后，能量回收技术迅猛发展，这使得反渗透技术的生产成本急剧降低，并且提高了反渗透系统的能源使用效率。另外，高通量反渗透膜以及大直径卷式膜组件等新型反渗透膜组件的出现也使系统的运行成本得到降低。全球最大的反渗透海水净化厂位于以色列阿什克伦市，日产量达到3.3×105m³ ，占以色列全部需水量的15%，成本为每立方米0.53 美元。我国于1997 年在浙江省嵊泗县建成国内首个反渗透海水淡化工程，工程采用透平式能量回收装置，将生产能耗控制在5.5 kWh/t，使我国在反渗透海水淡化领域的空白得以填补。目前我国最大的反渗透海水净化厂位于大连市长海县，生产规模为1000m3/d，淡水成本6 元/m3 。随着反渗透系统的各个阶段的不断优化，反渗透在海水淡化方面的生产成本以及能量利用效率的优势将会更加明显。

2、 纯水、超纯水的制备

纯水与超纯水在现代工业中是一种极其重要的生产原料，在化工、电子、半导体、医药等领域有着广泛的应用，我国在20 世纪80 年代开始将反渗透与离子交换相结合应用在纯水与超纯水的制备中，与单纯的离子交换技术相比，其节约酸碱消耗量约90%，树脂再生周期造水量提升近20 倍，总体造水成本下降约30%。由于其具有可观的经济效益与环保效益，目前反渗透膜工艺纯水、超纯水制备系统的市场占有率已在95%以上。清华紫光古汉集团衡阳制药厂采用混床技术+反渗透处理技术对原来的全离子交换工艺进行改进，改进后产水增加，水质改善，制水成本得到降低。另外，出水纯度会随着反渗透级数的增加而提高，但会导致出水量减少，为此反渗透装置连用一般不多于二级。为了克服出水不能彻底除盐的缺陷，常在反渗透的过程中加以电去离子技术，以提高整体净水效果。

3、 城市污水的深度处理

反渗透技术在城市污水的深度处理的应用在众多国家受到高度重视。许多缺水国家在利用反渗透淡化海水的同时将该技术引入污水的二级处理以扩大淡水水源。悉尼在举行奥运会期间，各体育场馆日产废水2200t，利用微滤系统对所产生污水进行深度处理后得到冲厕用中水，部分中水再经反渗透系统处理用于场地周边绿化。此举节约了大量自来水，并大大减少了市政污水处理负担，充分展现了绿色奥运理念。

利用超滤+反渗透+连续电去离子膜块联合工艺对城市污水处理厂二级出水进行深度处理，出水供给大连泰山热电厂440t/h 超高压锅炉。该系统采用陶氏化学公司的BW30-400FR复合反渗透膜以及BW30-365FR 抗污染复合反渗透膜，单膜脱盐率高达99.6%,出水水质充分满足超高压锅炉的补给水水质要求，保证了其生产的可靠性及安全性。

五、 反渗透技术研究重点及发展趋势展望

1、 操作压力的降低

由于反渗透分离的主要动力为压力，操作压力的大小直接决定着生产能耗的大小。目前，在海水淡化生产中反渗透所需的压力成本远大于膜组件成本。因此，降低操作压力，提高膜通量成为当前反渗透技术的一个研发热点。目前降低操作压力的一个较为实际可行的方法是对于出水要求不太严格的废水处理，将反渗透膜置换为纳滤膜，这样可在保证出水水质的前提下降低能耗。

2、膜污染问题

反渗透技术应用于城市污水处理时，其作用原理是利用空间排阻作用及电荷斥力来移除水中的化合物。若使用时间较长或污水负荷过大，膜表面便易形成沉积层，降低膜性能。为此膜污染的防治、膜清洗工艺与膜清洗剂的开发、预处理工艺的优化将会是反渗透系统应用于污水处理领域的关注重点。

3、设备防腐问题

反渗透技术应用于海水淡化与苦咸水脱盐时，由于两者的原水都具有盐离子浓度极高的特点，故设备难免被腐蚀。当下建成投产的反渗透海水淡化工程中，大部分的设备及管道都发生了明显的锈蚀。腐蚀问题若不能得到妥善的解决则会严重影响系统的使用寿命以及淡化效率。故在今后的研究过程中，系统防腐问题将会得到广泛重视。

4、处理工艺的改进

在纯水及高纯水制备领域，由于制备工艺的不断进步，在过去广泛使用的阴阳离子交换工艺已逐渐被反渗透技术取代，混合离子交换技术则被电去离子工艺取代，目前已形成反渗透+电去离子混合工艺。该混合工艺在实际生产运行中体现出使用方便、出水质量高、无酸碱废液排放等优点。反渗透技术在今后各领域中生产工艺的改进优化将势必成为未来反渗透技术的主流发展趋势。

结语：

总之，反渗透的技术在我国的水处理中得到了极其广泛的应用，其发展前景非常广阔。在很大成都上促进了环境工程的发展。

参考文献:

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