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1、反渗透装置在水处理中的应用摘要：简要概述了反渗透原理、反渗透装置的组成以及应用在垃圾渗滤液、海 水淡化、工业废水处理当中的不同种类反渗透膜和新型膜，借用工程实例简述了反 渗透系统地运用。关键词：反渗透膜；水处理引言自从18世纪人类首先认识生物膜以来，在长达两百年多年中对膜分离技术积 累了大量的理论基础研究，为后来广泛应用提供了良好的基础。20世纪60年代后 膜分离迅速崛起，成为一门分离新技术。借助外界能量或化学位的推动，以选择性 透过膜为分离介质，对两组分或多组分气体或液体进行分离、分级和富集，具有高 效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，已广泛应 用于食品、医药、生
2、物工程、环境治理、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、 仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，具有广泛的发展前景。1.反渗透机理反渗透（OF）：膜孔径小为1 nm,它仍是一种压力驱动的膜过程，与其他压力 驱动的膜过程（微滤、超滤、纳滤）相比，反渗透是最精细的过程，因此又称“高 滤”。它的分离机理与其它压力驱动膜过程有所不同，分离过程除与孔的大小有关 外，还取决于对透过组分在膜中的溶解、吸附和扩散，因此与膜的化学、物理性质 以及透过组分与膜之间的相互作用有很大关系。它过滤的实质是利用反渗透膜具有 选择性透过溶剂而截留离子物质的性质。分离的过程是依靠膜两侧的静压力差为推 动力，用以克服溶剂
3、的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分 离，对NaCl的截留率在98%以上。与传统过滤技术不同，它的一部分水以与膜垂直 的方向通过膜，而盐和胶体物质在膜表面浓缩，依靠给水沿与膜平行的方向将浓缩 物质带走。膜元件的谁铜梁越大，回收率越高，但膜表面也越容易受到污染。正常 工况下出水为无离子水，具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可 靠等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技 术。12图1反渗透机理2.反渗透装置整个反渗透装置由保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、控制检测仪表柜、管 阀件和钢支架等组成。膜是反渗透系统的心脏，膜的形式、材料决定了反渗
4、透系统的性能，应用在水 处理中反渗膜组件主要有卷式、中空纤维、板框式三种。按照材料来看，有纤维素 类膜和非纤维素类膜两大类，纤维素类膜中最广泛使用的是醋酸纤维素膜（简称CA 膜），非纤维素类膜中以方向聚酰胺为主要品种，近几年有发展出来一种复合膜， 这种反渗透膜是在传统的有机膜表面以嫁接方式复合一层无机膜形成复合膜，透水 量大，脱盐率高，稳定性好，这种膜脱盐率可以稳定在99%以上。按照膜结构可以 分为多孔性、致密性，或对称性（均匀性）和不对称性（各向异性）结构模。3反渗透膜的膜组件生产厂商主要有美国的Hydranautics公司、DOW公司、Fluid System公司、GE公司、Pall公司、
5、Trisep公司、日本的日东电工等等。2.1反渗透预处理反渗透系统对进水水质有很高要求，膜组件价格昂贵，杂质较多的情况下，不 仅需要加大压力差，提升动力成本，而且膜容易受到污染，短期就要更换，为了能 够使反渗透装置长期安全运行、防止膜表面污染、结垢、避免膜受机械损伤，预处 理尤为重要。在预处理水进入RO系统前，加入阻垢剂和还原剂（防止反渗透膜表面结垢或 者被氧化），然后经过增压泵，通过保安过滤器进一步去除杂质才能够将水进入RO 系统。2.2微滤保安过滤器对于反渗透进水，除了需要预先对原水进行常规的多介质过滤外，还有必 要采用微滤，去除水中微量的悬浮杂质。一般工程当中，采用污染指数（SDI）来
6、控制预处理效果，其他指标的控制可以考虑采用投加阻垢剂或者还原剂。2.3膜组件2.3.1.卷式反渗透装置及膜元件（1）进水水质标准：卷式反渗透装置进水水质标准项目指标项目指标浊度（NTU）0.5铁（总铁计）（mg/L）0.1色度清表面活性剂（mg/L）检不出pH值211洗涤剂、油分、H2S等检不出水温（C）545游离氯0.1沉淀粒子浓水不发生沉淀污染指数W4（2）卷式反渗透膜结构图2卷式反渗透膜结构卷式反渗透膜结构紧凑、单位体积的膜表面积较大，透水量大。占地面积小， 稳流效果较好，不易产生浓差极化现象。缺点是膜玷污后消除困难，不能处理含有 悬浮物的液体、原水流程短、压力损失大、浓水难以循环以及密
7、封长度大、清洗困 难。（3）应用广州市兴丰生活垃圾填埋场结合渗滤液水质特点，采用生化、物化和膜技术组 合工艺深度处理渗滤液并回用，出水回收率达到80%，浓缩液可以通过蒸发、固化 或回灌工艺处理。采用的卷式反渗透膜组件能有效去除有机和无机污染物，出水水 质符合相关回用水标准。42.3.2.中空纤维式反渗透装置及膜元件（1）进水水质标准：中空纤维式反渗透装置进水水质标准（三醋酸纤维素膜）项目浊度（NTU）色度pH值水温（C）游离氯污染指数指标 0.3 清 47.515351.0W4项目铁（总铁计）（mg/L） 表面活性剂（mg/L） 铝（mg/L）化学耗氧量（以Cr计）（mg/L）指标0.05检不
8、出0.051.5（2）中空纤维式反渗透膜结构浓缩水渗透水中空纤维膜渗透水 /,供水供应水侧部分中空纤维膜图3中空纤维膜结构中空纤维式反渗透装置的膜表面积很大，制造和安装简单，可以再较低压力下 运行，膜的压实现象减缓，不需要膜支撑材料，浓差极化可以忽略，尤其是耐氯性 能良好，在中东和地中海地区的海水淡化中得到了大量应用5；缺点是制作工艺 复杂，易堵塞，不能用于处理含有悬浮物的液体，一旦损坏无法更换。（3）应用采用中空纤维反渗透膜在黄岛发电厂，以超滤处理后的胶州湾海水为原水进行 为期6个月的中试。结果表明，反渗透产水稳定、耐污染性能良好，产水电导率为 100200 口 S/cm，pH值约为7.1，
9、对海水中主要离子的脱除率大于99.5%。6 2.3.3 .板式反渗透装置及膜元件（1）进水水质标准：中空纤维式反渗透装置进水水质标准（三醋酸纤维素膜）（2）板框式反渗透膜图4板式反渗透膜结构板框式是最早使用的一种膜组件，由Aerojet通用公司发展起来，该设计类似 常规的板框过滤装置，膜被放置在可垫有滤布的多孔支撑板上，两块多孔的支撑板 叠压在一起形成的流道空间，组成一个膜单元，单元与单元之间可并联或串联连接， 不同的板框式设计的主要差别在于料液流道的结构上。如上图所示。与中空纤维、 卷式等形式的反渗透装置对比，单位体积膜表面积小、泵容量大、压力高、耗能高、 易造成浓差极化。（3）应用蓬莱反渗
10、透设备厂生产的NFB系列板式反渗透装置应用在济宁抗生素厂的链霉 素生产中，代替旧有的“升膜式减压蒸发器”，提高了岗位收率和脱色率、活性炭 消耗量降低、节冷节气、经济效益巨大。7 3.新型反渗透膜1960年美国加利福尼亚大学研制出第一张可实用的反渗透膜，可大规模工程应 用后，反渗透开发有了中大突破。膜材料从最初单一的醋酸纤维素非对称膜发展到 用表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜。操作压力扩展到高压（海水淡化） 膜，中压（醋酸纤维素）膜，低压（复合）膜和超低压（复合）膜。由于聚酰胺膜具有抗氧化性、耐污染型差等问题，也为了应对反渗透应用领域 的扩展，一些新型反渗透膜被研究报道出来。83.1无机
11、膜无机膜也被称之为分子筛，通常采用水热合成法在多孔无机支撑膜上成型。由 于分子筛具有特定的孔道结构及统一的孔径大小，因此具备提高反渗透通量及截留 性能的潜力，另外，作为无机膜其稳定性及耐热性等优于有机膜。3.2杂化膜杂化膜又分为基于分子筛的杂化膜和基于其他无机纳米颗粒的杂化膜3.2.1基于分子筛的杂化膜2007年，分子筛填充聚酰胺复合反渗透膜首次被提出，研究表明，粒径小的分 子筛添加使得膜通量明显提高，当分子筛粒径超过聚酰胺膜的厚度时，膜厚度增加 并且膜表面亲水性以及荷电性均增强。杂化膜中添加的分子筛种类不同可导致膜表 面性质及分离性能发生改变，因此，可根据不同的分离体系，选择合适的分子筛。3
12、.2.1基于其他无机纳米颗粒的杂化膜学者们有尝试将非多孔结构的无机纳米颗粒引入到聚酰胺反渗透膜中，如二氧 化硅，但是膜的交联度下降、膜结构疏松；也有学者尝试添加具有杀菌作用的无机 纳米颗粒，以提高复合膜的抗生物污染能力，纳米银和二氧化钛是其中应用较多的 两种材料，虽然膜的抗生物污染型明显提高，但是膜厚增加、表面粗糙、水通量有 所下降。这样的新型杂化膜仍然需要进一步研究。3.3新型有机膜材料磺化聚合物具有很好的耐氯性，曾经被尝试用作反渗透膜材料，但是由于合成 制备方法难以控制，重复性很差，难以获得稳定的聚合物。Freeman等报道了一种 磺化耐氯性脱盐膜材料使得该方向向前跨进一大步。Vankel
13、ecom等将嵌段共聚物通 过组装形成具有层层有序纳米孔道的膜，膜的耐氯性提高明显，具有较好的应用前 景。4. 反渗透膜应用工程实例垃圾填埋场渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物，水质复杂，水量变化大， 既含有各种有机物，还含有高浓度氨氮和各种重金属离子，其可生化性随填埋时间 而变化。目前得到广泛应用的DT- RO技术一般采取2级RO装置，已经在世界各地 有200多个工程实例，其中西欧、北美、澳洲地区就有百余座渗滤液RO处理场在 应用，德国在这一领域处于领先地 位，共有43座9。广州市兴丰生活垃圾填埋场是目前国内仅有的几家采用膜法深度处理垃圾渗 滤液并且回用的填埋场之一，运营单位为惠民（广州）环境
14、技术有限公司。其垃圾 渗滤液处理系统工艺流程见图。图5垃圾渗滤液反渗透处理流程图渗滤液有调节池泵入均衡池，进行水质水量的调节，利用UASB以及SBR反应 器，经过厌氧处理，去除渗滤液中进70%COD以及大部分氨氮。在反渗透系统前采 用0.2m的中空纤维膜，滤去渗滤液中的悬浮物、细菌和不溶性有机物。出水进 入反渗透系统，该系统采用宽幅螺旋卷式复合膜，渗滤液经过处理后，出水水质符 合生活杂用水水质标准(CJ/T48-1999)中的洗车水用水标准。4渗滤液处理系统中，反渗透组件要承受较高浓度的总溶解固体、COD和一定浓 度的暗淡冲击，反渗透的浓缩液渗透压很高，系统需要在较高压力下进行。反渗透 单元经
15、常进行预防性清洗和适当的离线清洗。5. 总结反渗透技术由于优良的分离性能，应用在水处理领域的方向将会越来越广泛。 随着科技的不断进步，对于抗氯、抗污染的新性能的膜需求增加，10今后会向着 低能耗、耐高温、耐高压等特种性能反渗透组件深入。伴随着与生物技术，纳米技 术和材料科学的交叉与融汇，反渗透膜在功能和复杂程度上将越来越接近生物膜。参考文献1王志斌，杨宗伟，邢晓林,高朝祥，褚良银,陈文梅.膜分离技术应用的研究进展J.过滤与 分离，2008,02:19-23+36.2高广义.水处理系统反渗透设备的维护J.牡丹江教育学院学报,2005,04:102-103.3吴存永.反渗透膜技术在污水回用中的应用D.南京理工大学,2004.4童晓岚，王瑾，杨光兴，阳华衡.卷式反渗透膜用于垃圾渗滤液深度处理并回用J.中国给 水排水,2007,22:77-81.5阮国岭，冯厚军.国内外海水淡化技术的进展J.中国给水排水，2008, 24(20): 86-90.6阮国岭，潘献辉，初喜章,王晓玲，张巧麟.中空纤维反渗透膜用于胶州湾的海水淡化中试J
