反滲透技術應用前景

武卓敏　王昕宇

摘 要：水是人類賴以生存的重要自然資源。全球水環境質量的嚴重惡化和經濟的高速發展，使得水資源的短缺已成為制約社會發展的瓶頸，迫切要求適合時代發展的各類水資源化技術。反滲透技術技術擁有許多不可替代的優勢，有很大的開發利用空間。

關鍵詞：水危機；膜技術；現狀；前景

城市污水具有量大、集中、較為穩定的特點，是一種潛在資源。工業廢水大多含有不同濃度的化學物質，其中有些具有較高的經濟價值，膜技術不僅能對工業廢水進行有效的凈化，又能回用其中的有用物質。我國是水資源大國同時也是水資源貧國，海水作為水資源的重要組成部分，有效利用是解決我國水資源危機的重要措施之一。我國西部嚴重缺水，苦咸水淡化是解決此問題的有效途徑，膜技術可以在這些方面發揮重要作用。

1.膜技術定義

所謂的膜，是指在一種流體相或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相互分隔為互不相同的兩部分，并能使這兩部分之間產生凝聚相。

膜技術，是利用一張特殊制造的，有選擇透過性的薄膜，在某種推動力的作用下，使溶質或溶劑分離的方法。分離溶質時一般叫滲析；分離溶劑時一般叫滲透。

2.膜技術的分類

根據推動力的不同，膜分離有下列幾種：

濃度差：擴散滲析（分離離子、小分子）

電位差：電滲析（分離離子）

壓力差：反滲透（RO， reverse osmosis）、納濾（NF， nanofiltration）、超濾（UF， ultrafiltration）、微濾（MF， microfiltration）

3.膜技術的發展歷史

上世紀六十年代，美國為解決宇航人員在太空以及月球的飲水問題，花費了約5億美元才研究出來膜技術。所以，純凈水在美國又稱為“太空水”。反滲透膜是一種高科技的產品。它是經由美國許多的科學家付出無數的心血、時間及金錢研究出來的，并不是一般的過濾器所能類比的。在21世紀以前，反滲透膜技術都是被國外所壟斷，而中國是直到90年代末期才開始掌握了反滲透膜的生產技術.這個歷史要追述到建國初期，當時我們國家的領導人已經意識到海水淡化的前景和將來在社會中的作用。

我國膜分離技術的開放是從1958年研究離子交換膜開始的，20世紀60年代中期開始研制膜分離技術設備，被列入“六五”到“十五”規劃中，當時我國的膜分離技術水平與世界水平差距不大，但由于原料及基礎工業水平的限制，生產出的膜元件性能偏低，生產成本高，沒有形成規模化生產。我國膜分離技術廣泛應用于工業始于20世紀70年代，最早多限于電子，半導體純水的制作，80年代以后逐漸擴大到其他工業，90年代起在飲用水、純水方面獲得廣泛使用。

早在1958年，石松研究員等首先在我國開展離子交換膜電滲析海水淡化研究。而在此前1953年美國C.E.Reid建議美國內務部將反滲透研究列入國家計劃。

1967年，國家科委組織全國海水淡化會戰，組織全國在水處理和分析化學、材料化學、流體力學等各個學科的精英會戰海水淡化。

1970年，組織了全國第一個海水淡化研究室。此期間，他們一直用電滲析技術進行海水淡化，研制成功海洋監測專用微孔濾膜，建成了世界最大的電滲析海水淡化站——西沙永興島海水淡化站。

1982年，中國海水淡化與水再利用學會經中國科協學會部批準在杭州成立。但是，因為經歷了十年浩劫，畢竟還是衰弱下去了，此時，遠在大洋彼岸的美國的全芳香族聚酰胺復合膜及其卷式元件已經赫然問世。

1984年，國家海洋局以海水淡化研究室為主體，組建國家海洋局杭州水處理技術研究開發中心，中國開始對膜技術重視了，但是，美國海水淡化用復合膜及其卷式元件已經大面積商業化了，投入到了國家和民用中去了。

1992年，國家為了追趕膜方面技術與世界的差距，國家科委、軍委，以“中心”為依托，組建國家液體分離膜工程技術研究中心，并開始悄悄研制國產反滲透膜。

2001年，“中心”實行集團化分體管理，所轄三個控股的中外合資公司，兩個中資公司和一個研發中心。 反滲透膜當年正式公開問世，從此，中國有了自己的反滲透膜產品，享有完全自主知識產權、由中國制造、具有民族品牌的高性能復合膜元件開始投放市場，中國成為世界上第四個掌握自主反滲透膜技術的國家。

但是，作為反滲透膜的最高點，中空纖維反滲透膜一直是空白。

4.膜技術特點

（1）可在一般溫度下操作，沒有相變；

（2）濃縮分離同時進行；

（3）不需投加其他物質，不改變分離物質的性質；

（4）適應性強，運行穩定；

5.工程應用特點

膜分離技術的工程應用是從20世紀60年代海水淡化開始的。1960年洛布（Loeb）和索里拉金（Sourirajan）教授制成了一張高通量和高脫鹽率的醋酸纖紙素膜，這種膜具有非對稱結構，從此使反滲透從實驗室走向工業應用。

（1）離子選擇透過性高：具有選擇性透過特定離子的優點。

（2）電阻小：電阻極小。通過電滲析設備控制電力成本。

（3）機械強度高：通過加固材料，增強機械強度，有韌性，方便操作。

（4）耐化學性：化學性穩定，能長期使用

（5）尺寸穩定性：溫度、構成、濃度變化時，尺寸變化小。

（6）溶質、溶劑的擴散小：能夠最小化溶質、溶劑的擴散移動。

（7）能夠分離單離子和多離子：通過選擇膜的種類，能夠分離溶液中的單離子和多離子。

6.膜污染

自然界中的水含有各類雜質，按其在水中的存在狀態可分為三類：懸浮物質、溶解物質和膠體物質。當用反滲透膜對和溶質進行分離時，盡管對原水進行了適當的預處理，但水中的雜質仍會聚集在膜的表面使膜污染，結果使膜的分離率或透水速度下降，或兼而有之。膜的污染類型通常有：水中難溶鹽在膜表面結垢，金屬氧化物及膠體、微生物形成污垢。膜污染是膜使用中必然產生的現象。

7.應用

（1）海水或苦咸水（小于10g/L）淡化；

（2）自來水脫鹽制取初級純水；

（3）電滲析與離子交換組合制取高純水；

（4）廢液的處理回收（可以與電極反應聯合進行）

（5）如酸洗廢水回收硫酸和鐵，

（6）芒硝（Na2SO4）回收硫酸和堿

8.膜技術未來的研究重點

（1）膜污染的機理及污染防治；

（2）膜技術工藝流程形式及運行條件的優化；

（3）膜技術污泥產率與運行條件的關系，以合理減少污泥產量，降低污泥處理費用；

（4）膜技術生物反應器內微生物的代謝特性及其對出水水質、污泥活性等的影響從而確定適宜的微生物生長及代謝條件；

（5）膜技術工藝經濟性研究。在目前國內經濟發展水平、膜產品供應狀況和規范設計要求的條件下，膜技術用于污水處理的最大經濟流量的確定；

（6）以節能、處理特殊水質對象、兼具脫氮除磷、操作維護簡便、可以長期穩定運行等為目標，開發新型的膜生物反應器。

8.結語

經過不懈的努力，我國的膜技術已經有了長足的發展，但在深度處理領域的應用與世界先進水平尚有差距。今后的重點是開發、制造高強度、長壽命、抗污染、抗通量的膜材料，著重解決膜污染、濃差極化及清洗等關鍵問題。

可以預料，在不久的將來我國膜技術將會出現突飛猛進的發展，憑借其自身獨特的優勢，它也必將為人類做出巨大貢獻。

參考文獻

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