反滲透技術(shù)應(yīng)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(huán)境質(zhì)量的嚴(yán)重惡化和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使得水資源的短缺已成為制約社會發(fā)展的瓶頸，迫切要求適合時代發(fā)展的各類水資源化技術(shù)。反滲透技術(shù)技術(shù)擁有許多不可替代的優(yōu)勢，有很大的開發(fā)利用空間。

關(guān)鍵詞：水危機(jī)；膜技術(shù)；現(xiàn)狀；前景

城市污水具有量大、集中、較為穩(wěn)定的特點，是一種潛在資源。工業(yè)廢水大多含有不同濃度的化學(xué)物質(zhì)，其中有些具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，膜技術(shù)不僅能對工業(yè)廢水進(jìn)行有效的凈化，又能回用其中的有用物質(zhì)。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(jī)的重要措施之一。我國西部嚴(yán)重缺水，苦咸水淡化是解決此問題的有效途徑，膜技術(shù)可以在這些方面發(fā)揮重要作用。

1.膜技術(shù)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(chǎn)生凝聚相。

膜技術(shù)，是利用一張?zhí)厥庵圃斓模羞x擇透過性的薄膜，在某種推動力的作用下，使溶質(zhì)或溶劑分離的方法。分離溶質(zhì)時一般叫滲析；分離溶劑時一般叫滲透。

2.膜技術(shù)的分類

根據(jù)推動力的不同，膜分離有下列幾種：

濃度差：擴(kuò)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(shù)的發(fā)展歷史

上世紀(jì)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(shù)。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(chǎn)品。它是經(jīng)由美國許多的科學(xué)家付出無數(shù)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(jì)以前，反滲透膜技術(shù)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(chǎn)技術(shù).這個歷史要追述到建國初期，當(dāng)時我們國家的領(lǐng)導(dǎo)人已經(jīng)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(shù)的開放是從1958年研究離子交換膜開始的，20世紀(jì)60年代中期開始研制膜分離技術(shù)設(shè)備，被列入“六五”到“十五”規(guī)劃中，當(dāng)時我國的膜分離技術(shù)水平與世界水平差距不大，但由于原料及基礎(chǔ)工業(yè)水平的限制，生產(chǎn)出的膜元件性能偏低，生產(chǎn)成本高，沒有形成規(guī)模化生產(chǎn)。我國膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)始于20世紀(jì)70年代，最早多限于電子，半導(dǎo)體純水的制作，80年代以后逐漸擴(kuò)大到其他工業(yè)，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(nèi)務(wù)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(zhàn)，組織全國在水處理和分析化學(xué)、材料化學(xué)、流體力學(xué)等各個學(xué)科的精英會戰(zhàn)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(shù)進(jìn)行海水淡化，研制成功海洋監(jiān)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(xué)會經(jīng)中國科協(xié)學(xué)會部批準(zhǔn)在杭州成立。但是，因為經(jīng)歷了十年浩劫，畢竟還是衰弱下去了，此時，遠(yuǎn)在大洋彼岸的美國的全芳香族聚酰胺復(fù)合膜及其卷式元件已經(jīng)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(shù)研究開發(fā)中心，中國開始對膜技術(shù)重視了，但是，美國海水淡化用復(fù)合膜及其卷式元件已經(jīng)大面積商業(yè)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(shù)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(shù)研究中心，并開始悄悄研制國產(chǎn)反滲透膜。

2001年，“中心”實行集團(tuán)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(fā)中心。 反滲透膜當(dāng)年正式公開問世，從此，中國有了自己的反滲透膜產(chǎn)品，享有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、由中國制造、具有民族品牌的高性能復(fù)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(shù)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(shù)特點

（1）可在一般溫度下操作，沒有相變；

（2）濃縮分離同時進(jìn)行；

（3）不需投加其他物質(zhì)，不改變分離物質(zhì)的性質(zhì)；

（4）適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定；

5.工程應(yīng)用特點

膜分離技術(shù)的工程應(yīng)用是從20世紀(jì)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(jié)構(gòu)，從此使反滲透從實驗室走向工業(yè)應(yīng)用。

（1）離子選擇透過性高：具有選擇性透過特定離子的優(yōu)點。

（2）電阻小：電阻極小。通過電滲析設(shè)備控制電力成本。

（3）機(jī)械強(qiáng)度高：通過加固材料，增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，有韌性，方便操作。

（4）耐化學(xué)性：化學(xué)性穩(wěn)定，能長期使用

（5）尺寸穩(wěn)定性：溫度、構(gòu)成、濃度變化時，尺寸變化小。

（6）溶質(zhì)、溶劑的擴(kuò)散小：能夠最小化溶質(zhì)、溶劑的擴(kuò)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(zhì)，按其在水中的存在狀態(tài)可分為三類：懸浮物質(zhì)、溶解物質(zhì)和膠體物質(zhì)。當(dāng)用反滲透膜對和溶質(zhì)進(jìn)行分離時，盡管對原水進(jìn)行了適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，但水中的雜質(zhì)仍會聚集在膜的表面使膜污染，結(jié)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(jié)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(chǎn)生的現(xiàn)象。

7.應(yīng)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(yīng)聯(lián)合進(jìn)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(shù)未來的研究重點

（1）膜污染的機(jī)理及污染防治；

（2）膜技術(shù)工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化；

（3）膜技術(shù)污泥產(chǎn)率與運(yùn)行條件的關(guān)系，以合理減少污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費用；

（4）膜技術(shù)生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的代謝特性及其對出水水質(zhì)、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(shù)工藝經(jīng)濟(jì)性研究。在目前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應(yīng)狀況和規(guī)范設(shè)計要求的條件下，膜技術(shù)用于污水處理的最大經(jīng)濟(jì)流量的確定；

（6）以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對象、兼具脫氮除磷、操作維護(hù)簡便、可以長期穩(wěn)定運(yùn)行等為目標(biāo)，開發(fā)新型的膜生物反應(yīng)器。

8.結(jié)語

經(jīng)過不懈的努力，我國的膜技術(shù)已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但在深度處理領(lǐng)域的應(yīng)用與世界先進(jìn)水平尚有差距。今后的重點是開發(fā)、制造高強(qiáng)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(guān)鍵問題。

可以預(yù)料，在不久的將來我國膜技術(shù)將會出現(xiàn)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，憑借其自身獨特的優(yōu)勢，它也必將為人類做出巨大貢獻(xiàn)。

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