反滲透技術在環境工程當中的應用

摘要：隨著經濟的迅速發展，城市化進程的加快，我國環境污染尤其是水資源的污染情況加劇，而反滲透作為一種先進的污水處理技術，是一項當前較為先進的液體分離技術，目前已經廣泛應用與眾多的領域，具有操作簡便，能耗低，無二次污染等優點。在環境工程方面發揮了重要的作用。

關鍵詞：反滲透技術；環境工程；應用

一、反滲透技術原理

它是一種逆向分離過程，完成反滲透分離過程需要滿足兩個條件：1、操作壓力必須大于溶液的滲透壓；2、反滲透膜需要有較為良好的選擇性及脫水性。反滲透膜表面具有直徑小于1mm的微孔，故可以對無機鹽、溶解性有機物、溶解性固體以及膠體保持極高的去除率。但反滲透膜對原水PH、以及溫度較為敏感，所以進水PH值應該控制在4～10之間，水溫小于40℃。原水進入反滲透系統前需要進行預處理，待原水水質條件滿足反滲透膜處理要求之后，利用加壓泵將原水送入膜組件，使原水經過反滲透么成為產水，原水中的無機鹽、有機物等被截留在進水一側而形成濃液。濃液可以被回收或者進行再處理。

二、反滲透技術的特點

優點：（1）反滲透操作僅依靠壓力作為推動力，相對于其他傳統物理處理手段具有最低的能耗；（2）反滲透在室溫環境下即可進行，無需發生相變；（3）無需使用化學處理試劑，無化學廢液的排放，幾乎沒有環境污染；（4）操作設備所需空間較小，設備占地面積小，操作簡單，無需頻繁維護。

三、反滲透技術常用的工藝技術流程

1、一級一段的方法

一級一段就是在料液進到膜組件以后，濃縮液（濃水）與產水被連續不斷地引出，這種方式對水的回收率不夠高，因此，在工業中的應用也就比較少。還有一種形式就是一級一段的循環型的工藝技術，主要就是其濃水中的一部分有回到了料液的槽內，這樣就會不斷地提升其濃縮液的濃度，所以產水量就會很大，可是水質會在一定程度上有所降低。

2、兩級一段的方法

在一級的方法無法達到水質要求的時候，我們就可以分成兩步來進行。如果膜除鹽的效率低，而這時候水的滲透性升高時，就可以使用兩步的方法。這在一定程度上節約了成本，同時其也能夠在很低的壓力與濃度之下運行，提升其膜的壽命。

3、一級多段的方法

應用反滲透技術在濃縮過程中時，如果一次的濃縮無法達到要求，還可以使用多步的濃縮方式。這樣的方式會在一定程度上減小濃縮液的體積，但是又會在一定程度上使濃縮液的濃度有所提升，從而使產水量增加。

四、反滲透技術在環境工程中的應用

1、海水淡化

反滲透技術于20世紀60年代應用到海水脫鹽，是目前海水淡化的一項主流技術，近十年來發展極為迅速。目前全球海水淡化裝置中有30%采用反滲透技術。利用反滲透技術去除海水中99%以上的鹽離子以獲得飲用水。進入21世紀后，能量回收技術迅猛發展，這使得反滲透技術的生產成本急劇降低，并且提高了反滲透系統的能源使用效率。另外，高通量反滲透膜以及大直徑卷式膜組件等新型反滲透膜組件的出現也使系統的運行成本得到降低。全球最大的反滲透海水凈化廠位于以色列阿什克倫市，日產量達到3.3×105msup3；占以色列全部需水量的15%，成本為每立方米0.53美元。我國于1997年在浙江省嵊泗縣建成國內首個反滲透海水淡化工程，工程采用透平式能力回收裝置，將生產能耗控制在5.5kWh/t，使我國在反滲透海水淡化領域的空白得以填補。目前我國最大的反滲透海水凈化廠位于大連市長海縣，生產規模為1000m3/d， 淡水成本6元/m3。隨著反滲透系統的各個階段的不斷優化，反滲透在海水淡化方面的生產成本以及能量利用效率的優勢將會更加明顯。

2、純水、超純水的制備

純水與超純水在現代工業中是一種極其重要的生產原料，在化工、電子、半導體、醫藥等領域有著廣泛的應用，我國在20世紀80年代開始將反滲透與離子交換相結合應用在純水與超純水的制備中，與單純的離子交換技術相比，其節約酸堿消耗量約為90%，樹脂再生產周期造水量提升近20倍，總體造水成本下降約30%。由于其具有客觀的經濟效益與環保效益，目前純水與超純水膜工藝純水與超純水制備系統的市場占有率已經在95%以上。清華紫光古漢集團衡陽制藥廠采用混床技術+反滲透處理技術對原來的全離子交換工藝進行改進，改進后產水增加，水質改善，制水成本得到降低。另外，出水純度會隨著反滲透級數的增加而提高，但會導致出水量減少，為此，反滲透裝置連用一般不多于二級。為了克服出水不能徹底除鹽的缺陷，常在反滲透的過程中加以電去離子技術，以提高整體凈水效果。

3、城市污水的深度處理

反滲透技術在城市污水的深度處理的應用在眾多國家受到高度重視。許多缺水國家在利用反滲透淡化海水的同時將該技術引入污水的二級處理以擴大淡水水源。悉尼在舉行奧運會期間，各體育場館日產廢水2200t，利用微濾系統對所產生的污水進行深度處理后得到沖廁用中水，部分中水再進行反滲透系統處理用于場地周邊綠化。此舉節約了大量自來水，并大大減少了市政污水處理負擔，充分展現了綠色奧運理念。

利用超濾+反滲透+連續電去離子模塊聯合工藝對城市污水處理廠二級出水進行深度處理，出水供給大連泰山熱電廠440t/h超高壓鍋爐。該系統采用陶氏化學公司的BW30-400FR復合反滲透膜以及BW30-365FR抗污染復合反滲透膜，單膜脫鹽率高達99.6%，出水水質充分滿足超高壓鍋爐的補給水水質要求，保證了其生產的可靠性及安全性。

五、反滲透技術研究重點及發展趨勢展望

1、操作壓力的降低

由于反滲透分離的主要動力為壓力，操作壓力的大小直接決定著生產能耗的大小。目前，在海水淡化生產中反滲透所需的壓力成本遠遠大于膜組件成本。因此，降低操作壓力，提高膜通量成為當前反滲透技術的一個研發熱點。目前降低操作壓力的一個較為實際可行的方法是對于出水要求不太嚴格的廢水處理，將反滲透膜置換為納濾膜，這樣可在保證出水水質的前提下降低能耗。

2、膜污染問題

反滲透技術應用于城市污水處理時，其作用原理是利用空間排阻作用及電荷斥力來移除水中的化合物。若使用時間較長或污水負荷過大，膜表面便易形成沉積層，降低膜性能。為此，膜污染的防治、膜清洗工藝與膜清洗劑的開發、預處理工藝的優化將會是反滲透系統應用于污水處理領域的關注重點。

3、設備防霉問題

反滲透技術應用與海水淡化與苦咸脫鹽時，由于兩者的原水都具有鹽離子濃度極高的特點，故設備難免被腐蝕。當下建成投產的反滲透海水淡化工程中，大部分的設備及管道都發生了明顯的銹蝕。這個問題一定要引起重視，否則會嚴重影響系統的使用壽命以及淡化效率。

參考文獻：

[1]王開亮. 反滲透技術在環境工程當中的應用[J]. 能源與節能，2013，05：75-76.

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