反渗透技术在水处理中的应用进展

孙明博 马泉

摘 要：在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。本文就反渗透技术在水处理中的应用进行探讨，具有一定的参考价值。

关键词：反渗透技术水处理应用

前言

在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。估计自1995年以来，反渗透膜的使用量每年平均递增20%；据保守的统计，1999年工业反渗透膜元件的市场供应量为8英寸膜6000支，4英寸膜26000支。2000年和2001年的市场更为强劲，膜用量一年比一年有较大幅度的提高。据估算，反渗透技术的应用已创造水处理行业全年10亿人民币以上的产值。国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水、各种工业纯水，饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保等行业的应用也形成了一定规模。本文就反渗透技术在水处理中的应用进行探讨。

一、反渗透的原理

反渗透水处理原理如图所示。用只能让水分子透过，而不允许溶质透过的半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的液位上升，直到某一高度，此所谓渗透过程。当渗透达到动态平衡状态时，半透膜两侧存在一定的水位差或压力差，此为在指定温度下的溶液渗透压Π。当咸水一侧施加的压力P大于该溶液的渗透压Π，可迫使渗透反向，使咸水中的水分子进入纯水中，实现反渗透过程。

二、反渗透技术在水处理中的应用

2.1原水预处理使用反渗透系统时，尤其应注意原水预处理。为了避免堵塞反渗透系统，原水应经预处理以消除水中的悬浮物，降低水的浊度；此外，还应进行杀菌以防微生物的孽生长大。由于反渗透对原水中的悬浮物的要求很高，所以常用一种水质对受悬浮物污染情况的污染指数来对水质进行检测。此法实质上是测定反渗透系统受水中悬浮物的污堵的情况。进入反渗透系统水的污染指数以不大于5为宜，建议值一般小于3。预处理时还应该考虑到进水的pH值。各种半透膜都有其最适宜的运行pH值，故需按反渗透膜的要求，调节进水的pH值。预处理时还应该考虑到进水的温度。膜的透水量是随水温的增高而增大的，但温度过高会加快醋酸纤维素膜的水解速度，且使有机膜变软，易于压实。所以，对于有机膜来说，通常将温度控制在约20-40℃范围内为宜，复合膜温度控制在约5-45℃范围内为宜。

2.2灭菌在水处理工艺中，活性碳过滤器用于对有机物的吸附和对过量氯（余氯）的吸附去除，对前者去除能力较差，通常为50%，对后者则很强，可以完全脱余氯，这是由于在对余氯吸附的同时，还有自身被氯化的作用。

活性碳吸附水中营养物质，可以成为细菌微生物的温床，微生物对水的阻力影响较大，因此，应定期进行反洗处理。如果反洗不能奏效时，应进行灭菌处理。实际上，按照进水浊度安排合理的反冲洗制度更具有实际意义，由于微生物膜与微生物黏泥难于清净，采取空气擦洗是必要的。

水的常规灭菌处理为投药与紫外线灭活。例如目前广泛作为饮料水的纯净水就是经反渗透脱盐后，再经紫外线杀菌处理的。小容量用水（小于10t/h），可以使用二氧化氯或臭氧杀菌。工业上生产中则以氯气或次氯酸钠为多见，也可使用二氧化氯或臭氧。外购的氯气用钢瓶贮存，用加氯机投加，电解食盐（或海水）得到的是次氯酸钠，无需专用投加设备，即可送入被处理水中。

臭氧用净化过的空气经高压放电装置制取，目前有中小型臭氧发生器用于小区供水或中央空调冷却水系统的灭菌，同样适用于反渗透装置的灭活处理，多余的臭氧同样可以用活性碳吸收处理。二氧化氯可由氯酸钠制取，在饮用水处理和工业冷却水处理中使用的也很多。氯酸钠有爆炸危险，应谨慎使用。在反渗透水处理工艺中，除了运转中的杀菌之外，还有设备停用中的杀菌问题。通常在停机48h以内可用原水冲洗，超过48h可用1.5%亚硫酸氢钠液保存，达到2周应使用甲醛消毒液杀菌或厂家提供的消毒液灭菌。万万不可用市售的84消毒液对膜元件杀菌！

2.3多介质过滤器的滤料选择多介质过滤器（含双滤料过滤器）的过滤材料应有足够的化学稳定性，各介质的相对密度和粒径应有一定差别，由无烟煤与石英砂组成的双层滤料过滤器所用的无烟煤相对密度为1.4-1.6，粒径为0.8-1.8mm，石英砂相对密度为2.6-2.65，粒径为0.5-1.2mm；3层滤料过滤器除了以上两种滤料外还可以用锰砂、磁铁矿之类的重质矿石，其相对密度为4.7-5.0，粒径为0.5-4mm。应该注意的是，多介质过滤器虽然有一定的简化预处理系统作用，但是不能以一种过滤器代替必须设置的其他滤器，这主要取决于原水情况。如果使用自来水作原水，通常可以免除过滤器，直接配置活性炭过滤器即可；如果使用深井水作原水，深井水的铁、锰等变价离子含量很低，使用多介质过滤器即可；如果使用河床浅井水则还应布置细纱过滤器作前置过滤；如果使用地表水做原水，则混凝和多级过滤都是必要的。

2.4反渗透-海水淡化膜应用现状国外已有日产水量10万吨级的反渗透海水淡化装置，目前正在运行的大型卷式膜海水淡化装置的单机能力为日产水量6000吨。国内目前已建和在建的反渗透海水淡化装置日产水量350-1000吨，国外单段反渗透海水淡化的水利用率最高达45%，国内目前多为35%，另外国内渔船上装载的反渗透海水淡化膜多用直径为2.5英寸的小型膜元件。目前国内批量生产海水淡化装置的公司不超过10家，在河北建设的日产水量18000吨的“亚海水”脱盐装置是国内最大的使用海水淡化膜的反渗透装置。今后国内海水淡化膜的应用将进入一个新时期，不久的将来，我国也会建设日产水万吨级的海水淡化装置。此外国内已开始商业生产海水淡化反渗透膜元件。

2.5纯水、超纯水的制备，纯水、超纯水是现代工业中一种十分重要的原材料，已被广泛应用于半导体、微电子、电力、化工、医药等领域。我国从20世纪80年代起在纯水、超纯水制备系统中。采用以反渗透-離子交换为主导工艺，比单一离子交换工艺，其造水成本约下降30%，节省酸、碱耗量约90%，提高树脂再生周期造水量约20倍。反渗透膜法分离技术的先进性，经济效益和环保社会效益已被大量反渗透工程实际运行结果所证实。

结束语

反渗透技术在水处理中的应用具有极为重要的作用，值得大力研究，而目前反渗透膜市场95%为进口膜，国产膜只占据了5%左右的市场，中国的反渗透技术还有很长的路要走。

参考文献

[1]薛寒冰.彭城电厂反渗透的运行与维护.工业水处理，2007，（09）：114-118.

[2]杜启云，周伟生.反渗透膜用阻垢剂的研制与应用研究.膜科学与技术，2008，（06）：106-109.