反渗透水处理技术及其应用趋势研究

2023-02-18

水资源作为人类生产生活中必不可少的必备资源, 牵动着人们的基本生存问题。随着社会经济的发展和工业现代化进程加快, 水资源短缺问题以及水资源污染问题日益加剧, 已经严重影响到人们的生产和生活。因此提高水资源的利用率、减少水资源污染成为全世界普遍关注的问题。而反渗透水处理技术作为一项将工业、生活污水进行处理后转变为可利用的水是环节水资源短缺矛盾的一个主要途径, 在水资源日趋紧张的今天, 该项技术的发明具有非常关键的意义, 现已经在世界各地得到广泛的推广和应用。本文将阐述反渗透工作原理, 并详细介绍水处理过程中反渗透膜的实践应用以及该项技术的应用趋势。

一、反渗透工作原理

反渗透是一种利用先进精密的膜制液体对所实施的物体进行分离隔断的技术, 其主要的工作原理就是采用精密膜液两侧的压力差值形成的动力将溶液中的溶剂经过反渗透膜进行分解出来, 如图1所示[1]。这期间产生的压力差值成为渗透压, 渗透压的高低溶液中溶剂分解的效率, 而溶液的本身性质以及溶液的温度、浓度决定了精密膜液产生的渗透压的高低。反渗透膜是一个复杂而精密的装置, 非常容易受到污染和堵塞, 稍微的机械损伤也会破坏其的效能, 因此利用该装置进行水处理时必须严格要求进水水质, 再依据水质的性质和特点对原水进行预先处理, 在保证水质符合运行标准的情况下, 才能保证反渗透膜装置在水质处理过程中的高效能。

二、水处理过程中的反反渗渗透透膜膜的的应应用用

1. 常规饮用水中反渗透膜的应用

以我国长江以南的地区的饮用水为例, 因为该片区河流湖泊众多, 淡水资源丰富, 因此应用水多为江河湖泊水, 江河湖泊水的原水电导处于500us/cm, 因此在对常规应用水作反渗透膜处理时, 只需将水中的电导离子驱除, 保证其符合国家统一标准即可。但是长江以北地区, 河流湖泊较少, 应用水多采取地下水, 地下水具有含盐量高, 水中电导离子较高, 采用普通的反渗透工艺不能使水质符合国家标准, 必须启动高级反渗透水处理工艺, 该升级版的反渗透水处理工艺是一种以海水淡化的标准进行水处理的技术, 通过使用8.5英寸的中空纤维组件, 透水水质在200ppm~250ppm, 谁税收利用率高达45%, 该工艺性能可靠稳定。我国青海湖的湖水苦咸水淡化工程采用的就是升级版的登攀-1号反渗透水处理装置, 利用醋酸纤维素膜, 对水中的钙离子、镁离子、四氧化硫离子有较高的脱除率, 水回收率达到75%左右。

2. 城市污水中反渗透膜的应用

城市污水处理包括水回收利用以及污水净化, 其中污水净化是指污水处理厂中将净化过的水进行二次提取优质淡水[2]。中东地区属于严重缺水的地方, 对于反渗透水处理技术拥有较高的研究。不少缺水国家利用高级反渗透水处理技术达到12mg/L。新加坡作为一个岛国, 严重缺水是其基本国情, 而该国的某反渗透污水处理厂, 改进反渗透处理装置, 采用双介质流的反渗透系统, 每日生产高质量用水35kt, 水回收利用效率高达86%。

3. 工业废水中反渗透膜的应用

工业废水中含有大量的重金属、废油物质, 肆意排放对自然生态的环境危害非常大。目前我国针对工业废水的反渗透水处理装置进行和较为深入和细致的研究, 用于处理电镀、重金属废水的反渗透装置达到120多套, 这类装置中的组件采用内管式或者卷状式, 操作压强在218Mpa, 对镍离子的分离率高达97.17%, 水通量在0.15m3/ (m2·d) 时, 镍元素的回收率逼近100%。

4. 垃圾填埋场中反渗透膜的应用。

垃圾填埋场中的水质极其复杂, 可见杂物非常多, 蕴含的有机物质占相当一部分的比例, 此外还大量含有重金属物质以及高浓度的氨氮分子, 其可再生化取决与垃圾填埋时间长短, 这些物质的分离和处理是一项非常复杂的工程, 目前我国对于垃圾填埋场中的水质处理并没有形成经济有效的水处理技术, 但是国外将反渗透膜技术、常规污水处理技术以及渗滤液废水技术有机结合以后, 对垃圾填埋场中的水进行了有效处理, 水质处理结果相当明显, 以电导率为1400/ (m S·m-1) , 采用A类滤液膜, 浓缩倍数为4.8, 当ρ (COD) / (mg·L-1) 时, 水质就可以达到排放标准。

5. 食品和药品中反渗透膜的应用

反渗透膜分离技术最早用于食品加工行业是在二十世纪六十年代末, 主要用于奶制品的浓缩和加工以及回收乳清蛋白液, 该项反渗透膜技术能够打打节约能源, 有效提高产品质量, 丰富乳制品的种类。随后反渗透膜分离技术陆续运用于酿造低度啤酒、浓缩啤酒等, 在果汁加工行业中, 苹果汁利用反渗透膜技术可以生产出高浓缩型苹果汁, 丰富了苹果汁的口感。在对山楂等水果的处理加工时, 采用反渗透膜技术以及超级过滤技术, 可以将山楂中将新鲜果肉中的3.5%的果胶干粉以及20Brix山楂浓缩汁大幅度的提取出来。在茶叶加工生产领域, 采用反渗透膜技术和超级过滤技术能够将茶叶进行迅速提汁, 从而生存速溶茶。以美国Dupont公司生产的中空纤维反渗透膜榨汁组件装置为例, 它可以将苹果汁浓缩带65Brix。反渗透膜分离技术用于食品加工行业, 大大提高了食品的种类, 增加了食品加工企业的经济效益, 满足了人们对不同口味食品的爱好和需求。

在药品制造方面, 经过预处理后的乌洛托品废水中的氨和醛会分解消失, 在利用反渗透膜将乌洛托品中的HA废水提纯到原先的7倍左右, 提纯后的溶液的渗透通量0.85m3/ (m2·d) , 在溶液的提纯浓缩过程中, HA含量一直处于原先含量的0.12%, 而最终的提纯溶液可以作为有效产物进行回收在利用。又比如利用反渗透膜分离技术处理土霉素结晶液体, 可以将土霉素结晶液体中的CODcr、BOD5大部分驱除, 最后提纯浓液中的土霉素浓度能够为0%, 这些物质都能够被反渗透膜驱除。

三、反渗透水处理技术的应用趋势

反渗透水处理技术作为二十世纪六十年代产生并兴起的一项用于污水处理、海水淡化的膜分离技术, 在水资源日益短缺的今天具有广阔而深远的发展前景[3]。反渗透膜水处理工艺以及工程装置设计的发展方向多倾向于研究能耗低、水处理效率高、抗污染性强、水质适用范围广、耐高压高温等性能的反渗透膜组合装置。超低压反渗透性装置能够保证脱盐率在96%以上的情况下, 在装置操作压力为下降25%至45%时, 能够大大减少设备材料以及系统能耗。抗污染性强的反渗透系统能够增加膜对污染性物质的抵御能力, 减少膜清洗过程中对药物的消耗, 从而延长了膜材料的使用寿命。耐高温高压的反渗透系统装置能够适用于食品、药品等行业, 起到高温杀菌消毒的效用。高级的反渗透水处理装置中的带正电荷反渗透膜可以保证在生产高质量饮用水、超纯水过程中的效果, 起到超强酸碱废水的洁净功效。此外反渗透水处理装置采用的膜材料更倾向与使用抗氧化性、抗酸碱性以及高透水性的新型材料, 在反渗透膜组件方面倾向于采用将超滤装置、微滤装置、纳滤装置以及EDI装置联合使用。

结束语

在水资源日益短缺的今天, 反渗透水处理技术用于处理生活废水、工业废水以及海水淡化方面具有重要的意义。对于工厂企业而言, 反渗透水处理技术能够有效提高水资源的利用效率, 从而提高企业的经济效益;对于日常人们生活而言, 反渗透水处理技术能够为人们提供一个安全健康的饮水环境;对于生态环境而言, 反渗透水处理技术可以有效改善水资源污染问题, 取得显著的环境效益。

摘要：二十世纪六十年代以来反渗透水处理技术作为一种科学技术含量较高的水处理工艺, 被广泛应用于工厂生产用水、废水处理、城市生活用水等多个领域, 该技术不仅能够有效提高原水的利用效率, 减少水资源浪费, 缓解当前面临的严峻的水资源短缺矛盾。本文将详细介绍反渗透水处理技术的工作原理, 并阐述了反渗透水处理技术用于水资源处理过程中的相关工艺和设备应用。

关键词：反渗透水处理技术,工艺,应用趋势