废弃膜元件的再应用研究进展

罗美莲+李刚+李文

【摘 要】介绍了目前国内外关于反渗透膜的再生方法，重点概述了各类再生膜元件再应用时的基本性能、优缺点以及与新膜元件在性能、能耗、价格等方面的比较，最后对未来废弃反渗透膜元件的再生与再应用做了总结和展望。

【关键词】废弃反渗透膜；再生；再应用

中图分类号： TQ051.893 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）35-0058-002

Reapplication of waste membrane components

LUO Mei-lian LI Gang LI Wen

（Hunan High-speed Railway Vocational and Technical College，Hengyang Hunan 421002，China）

【Abstract】The regeneration methods of reverse osmosis membranes at home and abroad are introduced.The basic performance，advantages and disadvantages as well as the comparison with performance，energy consumption and price of regenerated membrane elements are summarized.Finally，the paper summarizes and prospects the future regeneration and reuse of waste reverse osmosis membranes.

【Key words】Abandoned reverse osmosis membrane；Regeneration；Reapplication

随着淡水资源的日益短缺，水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，成为关系到全球社会、经济可持续发展的重大战略问题。在这种背景下，反渗透膜技术应运而生。目前反渗透技术在纯水和超纯水的制备、污废水处理、医药、化工和食品等行业均得以日益广泛的应用，创造了巨大的经济效益和社会效益。

然而，膜技术迅速发展的瓶颈在于：反渗透膜元件价格昂贵，水处理运行中不可避免的膜污染会导致膜元件性能的下降，一般反渗透系统运行两至三年就须更换一次膜元件，使得反渗透膜在工程应用上缺乏经济性。据统计，每年废弃的4英寸和8英寸的大型反渗透膜元件约四十多万支，废弃的反渗透膜不仅造成资源的浪费，对自然环境也形成一个巨大的压力。

1 废弃反渗透膜元件的再生技术

目前，大部分学者主要采用NaClO溶液对废弃反渗透膜元件进行氧化再生。江海[1]等则对废弃膜元件经过拆解、刷洗、重卷、组装等过程得到了再生膜元件。靖大为[2]提出了用NaClO溶液氧化废弃反渗透膜的表面，发现经氧化改性处理后的废弃反渗透膜，在脱盐率、产水通量、不同相对分子质量有机物与不同电价离子的截留方面，具有与纳滤膜相似的特征。李宝光等将废弃聚酰胺反渗透膜元件进行化学清洗后，再用NaClO溶液对反渗透膜元件的表面进行氧化的方法進行再生[3]。连冠楠采用NaClO溶液对废弃的聚酰胺卷式反渗透膜元件进行氯化降解[4]，对比分析了NaClO溶液不同浓度对芳香族聚酰胺反渗透膜性能的影响。结果表明，当NaClO溶液的处理强度为36000ppm/h～48000ppm/h时，氯化降解后的废弃反渗透膜元件具有纳滤性能。覃浩律通过比较KMnO4溶液、H2O2溶液、NaClO溶液对反渗透膜的氧化效果，发现NaClO溶液氧化后的膜元件不仅氧化时间短，而且再生膜具有更好的透水性能和脱盐率，因此三者相比，NaClO溶液是最佳氧化药剂[5]。有学者采用正向渗透技术对膜元件清洗再生，其原理主要是利用渗透压的作用使渗透液回流以去除膜表面的污染物质[6～7]。

2 废弃膜的再利用现状

江海[1]等得到的再生膜能将悬浮颗粒和胶体物质完全截留，且产水SDI值稳定于1.0以下，比一般超滤膜出水水质要好。而将拆卸清洗后的反渗透膜再经NaClO溶液以及十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对膜的表面进行处理后，脱盐率一般大于60%，甚至有一部分高于85%，其中对二价离子脱除率大于80%；基本能够完全截留分子量大于500的有机物。而产水量可接近甚至超过初始水平。将反渗透膜元件按照典型排列结构（2：1）运行，当单支再生膜元件测试的脱盐率大于80%时，再生膜系统的脱盐率则约为50%，而当单支再生膜元件测试的脱盐率小于50%时，按照典型排列结构组成的膜系统的脱盐率则低于20%，其性能虽只能截留悬浮颗粒和胶体等物质，但出水水质仍远远优于超滤膜产水水质。再生膜元件在除盐方面再应用的经济可行性与进水含盐量、再生膜元件脱盐率、能源价格及其成本等因素有关。当再生膜元件脱盐率大于75%并应用在除盐场合时，再生膜系统可节约近20%的成本。在膜元件清洗成本低于200元/支、进水含盐量小于2500mg/L、电价低于0.8元/（kw·h-1）、再生膜元件脱盐率高于75%的前提下，运行15年的再生膜系统能节约超过10%的成本。在反渗透系统的预处理中，将价格较低的再生反渗透膜元件替代成本较高的新的超滤膜元件，一方面，再生反渗透膜的出水水质较超滤出水水质更好，另一方面，运行15年，可节约成本高达50%。

靖大为[2]发现经氧化改性处理后的废弃反渗透膜，在脱盐率、产水通量、不同相对分子质量有机物与不同电价离子的截留方面，具有与纳滤膜相似的特征。改性再生膜元件的脱盐率可以控制在0～80%，远低于反渗透膜；其产水通量可以控制在45～65L/（m2.h），远高于一般反渗透膜，与超低压反渗透膜相差无几。由于改性膜元件的价格远远低于新反渗透膜元件，仅有正常反渗透膜元件价格的一半，因此在一些对出水水质要求相对较低的水处理环境中具有很高的使用价值。李宝光等[3]得到的再生膜在0.3～0.7MPa的低操作压力下，膜元件产水通量较高，根据氧化时间不同，脱盐率在0～90%之间。但是经NaClO溶液作用后的反渗透膜表面不仅表面光滑度降低，比较粗糙，而且膜表面有大小不一的孔洞，污染物质很容易吸附在上面，且使得清洗更加困难，也就是说，膜一旦受到污染，则再生膜的初始性能就很难恢复。同时，考察了各运行因素对再生反渗透膜元件性能的影响，明确了温度的变化对膜通量影响较大，操作压力的变化对再生膜的脱盐率影响较小；再生膜对有机物和无机盐的截留能力具有与纳滤膜相似的特点。连冠楠[4]发现氯化降解后的废弃反渗透膜元件具有纳滤性能。而在温度为25.0℃、压力差为1.0MPa、NaClO溶液的处理强度为48000ppm/h时，膜对NaCl、Na2SO4 溶液的脱除率分别为57.4%和13.8%。覃浩律[5]考察了运行参数对再生膜性能的影响，较再生处理之前的废弃反渗透膜：当进水中盐浓度为200～2000mg/L时，进水压力增加了0.02MPa，脱盐率降低了11.22%；回收率在 8～35%的范围之内，进水压力增加了0.15MPa，脱盐率降低了7.54%；膜通量在5～35 L/（m2·h）时，进水压力增加了0.16MPa，脱盐率升高了10.79%；温度在15～35℃时，进水压力下降了0.02MPa，脱盐率仅降低了3.95%。对再生膜脱盐率影响程度为：盐浓度膜通量>回收率>温度；对再生膜进水压力影响程度为：膜通量>回收率>盐浓度>温度。

3 结语

通过对废弃反渗透膜元件的再生处理，得到的再生反渗透膜元件基本能够脱出水体中的悬浮物、胶体及小比例脱盐，基本具有超滤或者纳滤的性能，能应用在反渗透膜系统的预处理以及物料分离或浓缩等出水水质相对较低的工程环境，并使得整个工程成本有所降低。虽然目前有个别实用案例，然而绝大部分的研究基本处于实验室阶段，无论是再生反渗透膜系统的规模还是进水水质，均相对简单。而对于如何实现废弃反渗透膜元件的批量、规范、有效的再生处理、进水为实际污废水以及多支膜组装的系统、再生膜元件的运行性能以及各进水参数对膜性能的影响、再生膜实际应用的经济性能评价等内容则有待进一步深入研究。

【参考文献】

[1]江海.反渗透膜元件的清洗与再应用[J].天津城市建设学院，2008.

[2]靖大为，朱建平，李宝光，等.氧化改性反渗透膜元件的性能及应用[J].工业水处理，2011，31（2）：82-84.

[3]李保光，靖大为.废弃反渗透膜元件纳滤化的初步分析[J].天津城市建设学院学报，2008，14（4）：271-274.

[4]连冠楠.废弃聚酰胺反渗透膜纳滤功能化及其脱盐浓缩过程研究[D].浙江工业大学，2016.

[5]覃浩律.废弃卷式聚酰胺反渗透膜元件的再生及运行性能研究[D].长沙理工大学，2015.

[6]E.Ould Mohamedou，D.B.Penate Suarez，F.Vince et al.New lives for old reverse osmosis （RO） membranes[J].Desalination，2010，253（2）：62-70.

[7]Jose M.Veza，Juan J.Rodriguez-Gonzalez.Second use for old reverse osmosis membranes：wastewater treatment[J].Desalination， 2003，157（1）：65-72.endprint