反滲透技術在水處理中的應用探討

王道明

摘 要：如今國內在反滲透技術中已取得了更多的技術成就。長期以來，以反滲透技術為主的各種膜分離技術所產生的市值巨大，并在水處理行業中已經得到大量的運用，值得人們深入研究實踐，不斷強化探索。該文將首先介紹反滲透技術的概念原理，并就反滲透技術在水處理中出現的各種主流應用列舉分析。

關鍵詞：反滲透技術 水處理 科學應用

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0121-02

現階段，國內的反滲透技術發展正向世界先進水平不斷邁進，并于國內應用中體現出范圍不斷拓展、技術不斷增強的特點。反滲透技術作為膜分離技術中的一種，從20世紀90年代后期開始，就創造了不斷翻升的年使用量。國內工業反滲透膜元件市場中，每一年銷量以及使用量都有更大幅度的提升，為全行業創造了可觀的經濟產值。人們樂觀地指出，水處理行業必然能夠在未來得到更深入、系統的反滲透技術應用，對于反滲透技術在水處理中的應用研究顯得意義重大。

1 反滲透技術的概念原理

反滲透技術，業界稱為RO（Reverse Osmosis），主要是利用存在于膜兩側的壓力差為動力從而實現膜的分離過濾。這項技術源自美國，是出自20世紀60年代的航天技術的延伸與轉化，在軍用領域實現民用技術推廣后，目前已經成功進入到更多科研領域。反滲透膜的孔徑極限可至10-9m，實現納米級。在特定壓力影響中，水分子將穿透反滲透膜，而其他液體中不同物質將成為被反滲透膜阻隔過濾的雜質，這些雜質可能是某些金屬離子、無機鹽類、膠體、細菌、微生物等，如此就能夠對水體進行凈化，并對可濾純凈水與不可濾濃縮水進行合理區分。

反滲透技術的基本原理是：若存在理想狀態的半透膜體，可將純水與鹽水相離隔開，此模體將僅完成水分子的穿透過濾，并阻止所有鹽分的過濾。對于隔在半透膜兩側的液體而言，一側的純水將自發穿過半透膜滲透到另一側，若在另一側鹽水側施加壓力，則可能影響水的自發流動，從而使得滲透作用減緩。若這樣的壓力達到某一程度后，自發滲透的水將不再產生凈流量，這時的壓力就稱之為滲透壓力。若鹽水側的壓力繼續增大，將導致水出現逆向滲透，即鹽水側的水直接回流到純水流，產生了具體的反滲透現象。

2 反滲透技術在水處理中的具體應用

2.1 原水體系的預處理

隨著反滲透技術的不斷研究，更多的反滲透系統正在被開發研究過程中，需要十分重視對原水體系的預處理。對于傳統的網格反應斜管沉淀池加石英砂過濾工藝，若還不能穩定滿足反滲透進水要求的，則需要增加超濾設備以保證預處理水質，當然如果原水水質相當穩定，也可以直接采用雙膜法制水，方便今后的運行管理。但是無論使用哪種工藝，消毒工段都是必須設置的。原水中通常含有大量的懸浮物或其他鹽類，因而顯得較為渾濁，這樣也增加了對整個反滲透系統的阻塞效果，應盡快消除異物還水體以清澈，還要不斷增加滅菌殺毒消除微生物的工作。反滲透技術的運用，往往嚴格要求原水中的懸浮物指標，因此需要通過制定水質對懸浮物污染指數進行檢測。檢測手段的本質就是檢測整個反滲透系統中不同懸浮物的出現比例和對膜體的阻塞情況。一般情況下，反滲透技術在水處理中要求污染指數要低于5，甚至要低于3。原水的預處理過程，還應該將進水酸堿度進行控制，選定最為適宜的運行酸堿度。所以，操作者應該結合具體的反滲透膜要求，對進水的酸堿值進行調節。原水的預處理過程，還應該考慮進水溫度，使得水溫可以影響到反滲透膜的透水性能，前者升高后透水量將增大。但是，過高的溫度也會加強對醋酸纖維素膜體的水解，導致膜體變軟。所以有機膜體的適宜溫度應在20℃～40℃范圍內，而復合膜體的適宜溫度范圍將進一步擴大，約5℃～45℃。

2.2 反滲透滅菌

對水處理技術應用而言，常會應用活性碳作為主要的過濾物質，加強對水體中的有機物吸附，同時也積極吸附過量的氯分子。前后兩種吸附作用相比，前者的吸附能力較弱，后者則可以實現較強的去氯效果。當活性碳大量存在于待處理水體中后，整個水體的營養將被聚集，從而促生各種微生物，影響水體的自然流動作用。所以，水處理應該進行凈化處理，尤其是開展反滲透處理，一旦反滲透發揮作用就能夠完成滅菌。對反滲透技術應用而言，若充分考慮進水的污濁度將更有針對性。通常，整個反洗過程中微生物膜體與相關黏泥組織不會得到有效的清理，所以需要采用其他手段。

通常，水體的傳統滅菌手段以放藥或紫外線光照滅活為主。對于現階段在市面上廣為流傳的飲用純凈水而言，正是多次經過反滲透技術后實現脫鹽，再采用紫外線滅活殺菌完成凈化滅菌的。民用上對于容量不大的用水可以直接采用ClO2或O3來殺菌；工業上生產用水多以Cl2、NaClO、ClO2或O3來殺菌。其中Cl2為氯氣，可用鋼瓶在適當溫度環境中貯存；而NaClO的制備則需要通過對海水等含鹽過高的水體進行電解得到。O3的制作，一般會采用專用的高壓放電設備組對凈化狀態下的空氣進行操作獲得，在民用領域中，常常可見各種中小型的臭氧發生器，可以對居民住宅小區中的供水或樓宇內的中央空調制冷系統進行有效滅菌，還能夠提升反滲透裝置的滅活作業效果，對于水處理中未反應消耗的臭氧還能夠直接用活性碳吸附。ClO2的制作通過NaClO3來反應獲取，多應用于飲用水或工業冷卻水的處理中。需要注意的是：NaClO3具有易爆性，危險隱患較高。反滲透水處理還要控制設備停轉后的殺菌問題。原則上，停機兩個周天內應用原水沖洗，大于兩個周天的應用1.5%濃度的NaHSO3液處理，若停機時間超過2周的可用保存，達到2周應使用CH2O等專用消毒液殺菌。

2.3 多介質過濾器的功用

多介質過濾器就是含有多種或多層過濾材料介質的過濾系統，往往具有強大的化學結構與性能穩定性。對于過濾器的不同材料介質，其相對密度與顆粒粒徑都具有差異性。如典型的無煙煤、石英砂合成的雙層濾料過濾器中，前者的相對密度為1.6，后者則為2.6；前者粒徑達到1.8 mm，后者僅到1.2 mm；而對于三層綠料過濾器而言，往往在無煙煤、石英砂中還添加類似錳砂、磁鐵礦等重質礦石，這些物質的相對密度可到5.0，粒徑也直接達到4 mm。當然，多介質過濾器雖具備特定簡化預處理的作用，但不能替代其他過濾器，這些考慮因素受原水影響。若以自來水作原水，就能不加濾器直接加入活性炭加強過濾；若以深井水作原水，則因各金屬變價離子量低則可用多介質過濾器過濾；若以河床水作原水，則必須前置細紗過濾；若以地表水作原水，則應該開展更多層次的多級過濾。

2.4 海水淡化膜中的反滲透應用

當前，世界各國注重解決淡水危機，加強通過海水反滲透淡化裝置來實現大規模淡化海水。國外在這方面走在前列，已經擁有日產數十萬噸級水量的大型海水淡化裝置，國內在這方面相對起步較晚，海水淡化工程發展潛力巨大，相信未來國內將建成越來越多海水淡化裝置，實現水資源循環利用，解決日益緊張的淡水資源不足問題。

3 結語

反滲透技術在水處理中的應用，是時代發展的必然趨勢，也是行業技術變革的最優途徑。當然，國內與國外相比在相關技術應用上還有不小的差距，國內行業應積極研究探索反滲透技術，為更好的水體凈化處理發展提供助力。

參考文獻

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