廢棄膜元件的再應用研究進展

羅美蓮+李剛+李文

【摘 要】介紹了目前國內外關于反滲透膜的再生方法，重點概述了各類再生膜元件再應用時的基本性能、優缺點以及與新膜元件在性能、能耗、價格等方面的比較，最后對未來廢棄反滲透膜元件的再生與再應用做了總結和展望。

【關鍵詞】廢棄反滲透膜；再生；再應用

中圖分類號： TQ051.893 文獻標識碼： A 文章編號： 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

隨著淡水資源的日益短缺，水資源正在變成一種寶貴的稀缺資源，成為關系到全球社會、經濟可持續發展的重大戰略問題。在這種背景下，反滲透膜技術應運而生。目前反滲透技術在純水和超純水的制備、污廢水處理、醫藥、化工和食品等行業均得以日益廣泛的應用，創造了巨大的經濟效益和社會效益。

然而，膜技術迅速發展的瓶頸在于：反滲透膜元件價格昂貴，水處理運行中不可避免的膜污染會導致膜元件性能的下降，一般反滲透系統運行兩至三年就須更換一次膜元件，使得反滲透膜在工程應用上缺乏經濟性。據統計，每年廢棄的4英寸和8英寸的大型反滲透膜元件約四十多萬支，廢棄的反滲透膜不僅造成資源的浪費，對自然環境也形成一個巨大的壓力。

1 廢棄反滲透膜元件的再生技術

目前，大部分學者主要采用NaClO溶液對廢棄反滲透膜元件進行氧化再生。江海[1]等則對廢棄膜元件經過拆解、刷洗、重卷、組裝等過程得到了再生膜元件。靖大為[2]提出了用NaClO溶液氧化廢棄反滲透膜的表面，發現經氧化改性處理后的廢棄反滲透膜，在脫鹽率、產水通量、不同相對分子質量有機物與不同電價離子的截留方面，具有與納濾膜相似的特征。李寶光等將廢棄聚酰胺反滲透膜元件進行化學清洗后，再用NaClO溶液對反滲透膜元件的表面進行氧化的方法進行再生[3]。連冠楠采用NaClO溶液對廢棄的聚酰胺卷式反滲透膜元件進行氯化降解[4]，對比分析了NaClO溶液不同濃度對芳香族聚酰胺反滲透膜性能的影響。結果表明，當NaClO溶液的處理強度為36000ppm/h～48000ppm/h時，氯化降解后的廢棄反滲透膜元件具有納濾性能。覃浩律通過比較KMnO4溶液、H2O2溶液、NaClO溶液對反滲透膜的氧化效果，發現NaClO溶液氧化后的膜元件不僅氧化時間短，而且再生膜具有更好的透水性能和脫鹽率，因此三者相比，NaClO溶液是最佳氧化藥劑[5]。有學者采用正向滲透技術對膜元件清洗再生，其原理主要是利用滲透壓的作用使滲透液回流以去除膜表面的污染物質[6～7]。

2 廢棄膜的再利用現狀

江海[1]等得到的再生膜能將懸浮顆粒和膠體物質完全截留，且產水SDI值穩定于1.0以下，比一般超濾膜出水水質要好。而將拆卸清洗后的反滲透膜再經NaClO溶液以及十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）對膜的表面進行處理后，脫鹽率一般大于60%，甚至有一部分高于85%，其中對二價離子脫除率大于80%；基本能夠完全截留分子量大于500的有機物。而產水量可接近甚至超過初始水平。將反滲透膜元件按照典型排列結構（2：1）運行，當單支再生膜元件測試的脫鹽率大于80%時，再生膜系統的脫鹽率則約為50%，而當單支再生膜元件測試的脫鹽率小于50%時，按照典型排列結構組成的膜系統的脫鹽率則低于20%，其性能雖只能截留懸浮顆粒和膠體等物質，但出水水質仍遠遠優于超濾膜產水水質。再生膜元件在除鹽方面再應用的經濟可行性與進水含鹽量、再生膜元件脫鹽率、能源價格及其成本等因素有關。當再生膜元件脫鹽率大于75%并應用在除鹽場合時，再生膜系統可節約近20%的成本。在膜元件清洗成本低于200元/支、進水含鹽量小于2500mg/L、電價低于0.8元/（kw·h-1）、再生膜元件脫鹽率高于75%的前提下，運行15年的再生膜系統能節約超過10%的成本。在反滲透系統的預處理中，將價格較低的再生反滲透膜元件替代成本較高的新的超濾膜元件，一方面，再生反滲透膜的出水水質較超濾出水水質更好，另一方面，運行15年，可節約成本高達50%。

靖大為[2]發現經氧化改性處理后的廢棄反滲透膜，在脫鹽率、產水通量、不同相對分子質量有機物與不同電價離子的截留方面，具有與納濾膜相似的特征。改性再生膜元件的脫鹽率可以控制在0～80%，遠低于反滲透膜；其產水通量可以控制在45～65L/（m2.h），遠高于一般反滲透膜，與超低壓反滲透膜相差無幾。由于改性膜元件的價格遠遠低于新反滲透膜元件，僅有正常反滲透膜元件價格的一半，因此在一些對出水水質要求相對較低的水處理環境中具有很高的使用價值。李寶光等[3]得到的再生膜在0.3～0.7MPa的低操作壓力下，膜元件產水通量較高，根據氧化時間不同，脫鹽率在0～90%之間。但是經NaClO溶液作用后的反滲透膜表面不僅表面光滑度降低，比較粗糙，而且膜表面有大小不一的孔洞，污染物質很容易吸附在上面，且使得清洗更加困難，也就是說，膜一旦受到污染，則再生膜的初始性能就很難恢復。同時，考察了各運行因素對再生反滲透膜元件性能的影響，明確了溫度的變化對膜通量影響較大，操作壓力的變化對再生膜的脫鹽率影響較小；再生膜對有機物和無機鹽的截留能力具有與納濾膜相似的特點。連冠楠[4]發現氯化降解后的廢棄反滲透膜元件具有納濾性能。而在溫度為25.0℃、壓力差為1.0MPa、NaClO溶液的處理強度為48000ppm/h時，膜對NaCl、Na2SO4 溶液的脫除率分別為57.4%和13.8%。覃浩律[5]考察了運行參數對再生膜性能的影響，較再生處理之前的廢棄反滲透膜：當進水中鹽濃度為200～2000mg/L時，進水壓力增加了0.02MPa，脫鹽率降低了11.22%；回收率在 8～35%的范圍之內，進水壓力增加了0.15MPa，脫鹽率降低了7.54%；膜通量在5～35 L/（m2·h）時，進水壓力增加了0.16MPa，脫鹽率升高了10.79%；溫度在15～35℃時，進水壓力下降了0.02MPa，脫鹽率僅降低了3.95%。對再生膜脫鹽率影響程度為：鹽濃度膜通量>回收率>溫度；對再生膜進水壓力影響程度為：膜通量>回收率>鹽濃度>溫度。

3 結語

通過對廢棄反滲透膜元件的再生處理，得到的再生反滲透膜元件基本能夠脫出水體中的懸浮物、膠體及小比例脫鹽，基本具有超濾或者納濾的性能，能應用在反滲透膜系統的預處理以及物料分離或濃縮等出水水質相對較低的工程環境，并使得整個工程成本有所降低。雖然目前有個別實用案例，然而絕大部分的研究基本處于實驗室階段，無論是再生反滲透膜系統的規模還是進水水質，均相對簡單。而對于如何實現廢棄反滲透膜元件的批量、規范、有效的再生處理、進水為實際污廢水以及多支膜組裝的系統、再生膜元件的運行性能以及各進水參數對膜性能的影響、再生膜實際應用的經濟性能評價等內容則有待進一步深入研究。

【參考文獻】

[1]江海.反滲透膜元件的清洗與再應用[J].天津城市建設學院，2008.

[2]靖大為，朱建平，李寶光，等.氧化改性反滲透膜元件的性能及應用[J].工業水處理，2011，31（2）：82-84.

[3]李保光，靖大為.廢棄反滲透膜元件納濾化的初步分析[J].天津城市建設學院學報，2008，14（4）：271-274.

[4]連冠楠.廢棄聚酰胺反滲透膜納濾功能化及其脫鹽濃縮過程研究[D].浙江工業大學，2016.

[5]覃浩律.廢棄卷式聚酰胺反滲透膜元件的再生及運行性能研究[D].長沙理工大學，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