環境工程中反滲透技術的應用

胡興億

【摘 要】反滲透技術又稱為膜分離技術，是一種通過壓差進行溶液分離的技術。由于其原理簡單、能耗低、分離徹底，在環境工程中得到了一定的應用。在純水的制備工作中，其可以將水中的鹽分雜質有效分離，是目前最具優勢的海水集苦咸水淡化技術；也可以用來高效處理工業與生活廢水。另外，針對特殊需求的低壓高溫及高污染等極端環境下的反滲透技術也在不斷地研發與應用。

【關鍵詞】環境工程；反滲透技術；應用

中圖分類號： X703 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）16-0026-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.011

【Abstract】reverse osmosis technology， also known as membrane separation technology， is a technology for separating solution by pressure difference. Because of its simple principle， low energy consumption and complete separation， it has been applied in environmental engineering. In the preparation of pure water， it can effectively separate the salt impurities in water. It is the most advantageous seawater desalination technology， and it can also be used to efficiently treat industrial and domestic wastewater. In addition， reverse osmosis technology， especially for low pressure， high temperature and high pollution environments with special needs， is also being developed and applied.

【Key words】Environmental Engineering； Reverse osmosis technology； Application

0 前言

環境工程中，對水質的處理是一項重要的研究領域。對水中的膠體和懸濁物采用過濾的手段除去，但水中還含有大量的高溶解度無機鹽離子和有機物，無論是采用化學試劑處理還是高溫蒸餾技術都具有很高的成本與能耗。利用溶液在壓差和反滲透膜下的反向擴散特性，可以研制出更加清潔、高效、低能耗的反滲透技術，對環境工程中的咸水淡化和污水處理工作都具有十分重要的意義。

1 反滲透技術的基本概念

1.1 反滲透技術的基本原理

在從溶液中分離溶劑的過程中，根據不同溶劑滲透壓不同的原理，利用壓力使溶質從溶液中分離的技術稱為反滲透技術。由于這種滲透過程是與自然滲透方向相反的，需要借助反滲透膜來進行，因此該技術又被稱為膜分離技術。能夠通過反滲透技術進行分離和過濾的物質很多，例如水溶液中的膠體大分子溶質以及各類無機離等，也可將有機溶液中的水分離，對有機物進行濃縮。關于滲透技術的基本機理，學術界提出了幾種不同的模型。毛細孔流優先吸附理論認為，高分子多孔膜物質的吸附作用是有選擇性的，優先吸附的物質會外壓的作用下通過反滲透膜，而負吸附的物質就會被隔離開；而溶解擴散理論將反滲透模視為致密無孔的，物質能否透過反滲透膜，取決于在膜的表面活性皮層內的溶解性。

1.2 反滲透技術在環境工程中的應用優勢

反滲透技術在環境工程中具有明顯的應用優勢，傳統的分離工程大多具有較高的能耗，需要經過密集的能量交換。而反滲透技術只需要在溶液兩側形成壓力差即可，這一過程只需要通過高壓泵為水體提供一定的壓力即可，消耗的能源極低；傳統的分離技術在分離物質以后通常還需要大量的沉淀劑或吸附劑用于物質的收集，而反滲透技術可以直接得到純度極高的溶液，流程設計和操作方法都更為簡單，對于物理性質相似的物質，其通用性更好。另外，反滲透技術污染低、效率高，是一項環境友好型的化工生產技術。

2 環境工程中反滲透技術的應用現狀

2.1 在海水與苦咸水的淡化中的應用

海水是一種組成十分復雜的物質，其中含有的80多種化學元素大都以易溶的離子形式存在，而其中的主要成分如鈉離子、氯離子、鎂離子等，更是極為易溶且難以分離的物質。而隨著淡水資源的不斷緊張，海水淡化技術作為解決全球水資源危機的重要途徑，越來越得到科研領域的重視。反滲透技術用于海水淡化領域已經數十年，是目前回收率最高、成本最低、最為清潔的海水淡化技術，其憑借高達99.5%的海水脫鹽率以及90%以上的能量回收效率成為了目前市面上最具競爭力的海水淡化技術。首先利用海水供水泵將海水輸入系統，并進行預處理去除海水中的生物以及固體懸浮物，以滿足反滲透膜組的處理要求；接下來使用海水高壓泵使海水壓力至5-6MPa進行脫鹽；完成后還需要對獲得的淡水進行礦化、防腐蝕與消毒處理，滿足要求后再接入市政管網。在海水以及苦咸水的分離過程中采用反滲透技術，可以在不發生相變的情況下對溶質與淡水進行分離，避免由于加熱對反應容器以及溶質本身的結構造成損害。

2.2 在工業廢水處理中的應用

處理工業廢水，是反滲透技術在環境工程中最有應用前景的一項工作。在印染行業的生產過程中會產生大量的工業廢水，這類工業廢水具有很高的堿性，含有大量有機鹽以及無機物類污染物，傳統的廢水處理方法難以承受如此高的成本，而利用反滲透技術可以較好的對印染廢水中的有機物以及無機鹽離子進行過濾。另外，我國作為鋼鐵生產大國，對煉鋼過程中產生的廢水也有很高的處理需求。鋼鐵廢水中含有氮磷等有機污染物以及鐵離子、鎂離子以及大量的固體懸浮物，適合用反滲透技術進行處理。需要注意的是，反滲透膜對廢水中的固體懸浮物較敏感，無論是在印染廢水還是煉鋼廢水的處理之前，都需要通過絮凝、超濾等方法對廢水進行處理，保證反滲透系統的進水符合要求。經過大量的實驗以及實際生產應用驗證，反滲透技術能夠較好的處理工業廢水中的有機物以及無機鹽離子污染物，能夠將脫鹽率控制在90%以上，降低廢水的電導率，減少其排放過程中對環境的污染。