反渗透技术应用前景

武卓敏　王昕宇

摘 要：水是人类赖以生存的重要自然资源。全球水环境质量的严重恶化和经济的高速发展，使得水资源的短缺已成为制约社会发展的瓶颈，迫切要求适合时代发展的各类水资源化技术。反渗透技术技术拥有许多不可替代的优势，有很大的开发利用空间。

关键词：水危机；膜技术；现状；前景

城市污水具有量大、集中、较为稳定的特点，是一种潜在资源。工业废水大多含有不同浓度的化学物质，其中有些具有较高的经济价值，膜技术不仅能对工业废水进行有效的净化，又能回用其中的有用物质。我国是水资源大国同时也是水资源贫国，海水作为水资源的重要组成部分，有效利用是解决我国水资源危机的重要措施之一。我国西部严重缺水，苦咸水淡化是解决此问题的有效途径，膜技术可以在这些方面发挥重要作用。

1.膜技术定义

所谓的膜，是指在一种流体相或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相互分隔为互不相同的两部分，并能使这两部分之间产生凝聚相。

膜技术，是利用一张特殊制造的，有选择透过性的薄膜，在某种推动力的作用下，使溶质或溶剂分离的方法。分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。

2.膜技术的分类

根据推动力的不同，膜分离有下列几种：

浓度差：扩散渗析（分离离子、小分子）

电位差：电渗析（分离离子）

压力差：反渗透（RO， reverse osmosis）、纳滤（NF， nanofiltration）、超滤（UF， ultrafiltration）、微滤（MF， microfiltration）

3.膜技术的发展历史

上世纪六十年代，美国为解决宇航人员在太空以及月球的饮水问题，花费了约5亿美元才研究出来膜技术。所以，纯净水在美国又称为“太空水”。反渗透膜是一种高科技的产品。它是经由美国许多的科学家付出无数的心血、时间及金钱研究出来的，并不是一般的过滤器所能类比的。在21世纪以前，反渗透膜技术都是被国外所垄断，而中国是直到90年代末期才开始掌握了反渗透膜的生产技术.这个历史要追述到建国初期，当时我们国家的领导人已经意识到海水淡化的前景和将来在社会中的作用。

我国膜分离技术的开放是从1958年研究离子交换膜开始的，20世纪60年代中期开始研制膜分离技术设备，被列入“六五”到“十五”规划中，当时我国的膜分离技术水平与世界水平差距不大，但由于原料及基础工业水平的限制，生产出的膜元件性能偏低，生产成本高，没有形成规模化生产。我国膜分离技术广泛应用于工业始于20世纪70年代，最早多限于电子，半导体纯水的制作，80年代以后逐渐扩大到其他工业，90年代起在饮用水、纯水方面获得广泛使用。

早在1958年，石松研究员等首先在我国开展离子交换膜电渗析海水淡化研究。而在此前1953年美国C.E.Reid建议美国内务部将反渗透研究列入国家计划。

1967年，国家科委组织全国海水淡化会战，组织全国在水处理和分析化学、材料化学、流体力学等各个学科的精英会战海水淡化。

1970年，组织了全国第一个海水淡化研究室。此期间，他们一直用电渗析技术进行海水淡化，研制成功海洋监测专用微孔滤膜，建成了世界最大的电渗析海水淡化站——西沙永兴岛海水淡化站。

1982年，中国海水淡化与水再利用学会经中国科协学会部批准在杭州成立。但是，因为经历了十年浩劫，毕竟还是衰弱下去了，此时，远在大洋彼岸的美国的全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件已经赫然问世。

1984年，国家海洋局以海水淡化研究室为主体，组建国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心，中国开始对膜技术重视了，但是，美国海水淡化用复合膜及其卷式元件已经大面积商业化了，投入到了国家和民用中去了。

1992年，国家为了追赶膜方面技术与世界的差距，国家科委、军委，以“中心”为依托，组建国家液体分离膜工程技术研究中心，并开始悄悄研制国产反渗透膜。

2001年，“中心”实行集团化分体管理，所辖三个控股的中外合资公司，两个中资公司和一个研发中心。 反渗透膜当年正式公开问世，从此，中国有了自己的反渗透膜产品，享有完全自主知识产权、由中国制造、具有民族品牌的高性能复合膜元件开始投放市场，中国成为世界上第四个掌握自主反渗透膜技术的国家。

但是，作为反渗透膜的最高点，中空纤维反渗透膜一直是空白。

4.膜技术特点

（1）可在一般温度下操作，没有相变；

（2）浓缩分离同时进行；

（3）不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；

（4）适应性强，运行稳定；

5.工程应用特点

膜分离技术的工程应用是从20世纪60年代海水淡化开始的。1960年洛布（Loeb）和索里拉金（Sourirajan）教授制成了一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸素膜，这种膜具有非对称结构，从此使反渗透从实验室走向工业应用。

（1）离子选择透过性高：具有选择性透过特定离子的优点。

（2）电阻小：电阻极小。通过电渗析设备控制电力成本。

（3）机械强度高：通过加固材料，增强机械强度，有韧性，方便操作。

（4）耐化学性：化学性稳定，能长期使用

（5）尺寸稳定性：温度、构成、浓度变化时，尺寸变化小。

（6）溶质、溶剂的扩散小：能够最小化溶质、溶剂的扩散移动。

（7）能够分离单离子和多离子：通过选择膜的种类，能够分离溶液中的单离子和多离子。

6.膜污染

自然界中的水含有各类杂质，按其在水中的存在状态可分为三类：悬浮物质、溶解物质和胶体物质。当用反渗透膜对和溶质进行分离时，尽管对原水进行了适当的预处理，但水中的杂质仍会聚集在膜的表面使膜污染，结果使膜的分离率或透水速度下降，或兼而有之。膜的污染类型通常有：水中难溶盐在膜表面结垢，金属氧化物及胶体、微生物形成污垢。膜污染是膜使用中必然产生的现象。

7.应用

（1）海水或苦咸水（小于10g/L）淡化；

（2）自来水脱盐制取初级纯水；

（3）电渗析与离子交换组合制取高纯水；

（4）废液的处理回收（可以与电极反应联合进行）

（5）如酸洗废水回收硫酸和铁，

（6）芒硝（Na2SO4）回收硫酸和碱

8.膜技术未来的研究重点

（1）膜污染的机理及污染防治；

（2）膜技术工艺流程形式及运行条件的优化；

（3）膜技术污泥产率与运行条件的关系，以合理减少污泥产量，降低污泥处理费用；

（4）膜技术生物反应器内微生物的代谢特性及其对出水水质、污泥活性等的影响从而确定适宜的微生物生长及代谢条件；

（5）膜技术工艺经济性研究。在目前国内经济发展水平、膜产品供应状况和规范设计要求的条件下，膜技术用于污水处理的最大经济流量的确定；

（6）以节能、处理特殊水质对象、兼具脱氮除磷、操作维护简便、可以长期稳定运行等为目标，开发新型的膜生物反应器。

8.结语

经过不懈的努力，我国的膜技术已经有了长足的发展，但在深度处理领域的应用与世界先进水平尚有差距。今后的重点是开发、制造高强度、长寿命、抗污染、抗通量的膜材料，着重解决膜污染、浓差极化及清洗等关键问题。

可以预料，在不久的将来我国膜技术将会出现突飞猛进的发展，凭借其自身独特的优势，它也必将为人类做出巨大贡献。

参考文献

[1] 周正立. 反渗透水处理应用技术及膜水处理剂[M]. 北京：化学工业出版社，2005，3

[2] 张萱，韩异祥.现代膜技术与水处理工艺[M].北京：化学工业出版社，2013，25

[3] 邵刚. 膜法水处理技术及工程实例[M]. 北京：化学工业出版社，2002，1