反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用探討

摘 要近來，物理化學(xué)處理技術(shù)、光照射技術(shù)及膜過濾技術(shù)已形成三大水處理技術(shù)。在這些技術(shù)中引人注目的是膜分離法污水處理技術(shù)。反滲透膜分離技術(shù)作為當(dāng)今世界水處理先進(jìn)的技術(shù)，具有清潔、高效、無污染等優(yōu)點(diǎn)，已在海水淡化、城市給水處理、純水和超純水制備、城市污水處理及利用、工業(yè)廢水處理、放射性廢水處理等方面得到廣泛的應(yīng)用。本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外反滲透膜技術(shù)的發(fā)展概況做了敘述，然后詳細(xì)論述了反滲透膜分離技術(shù)。通過介紹反滲透的基本原理、反滲透裝置型式、基本流程，以美國(guó)和日本采用反滲透處理生活污水為例，探討了反滲透膜分離技術(shù)在水處理中的各種應(yīng)用，最后就其發(fā)展趨勢(shì)作出了初步地歸納和展望。 關(guān)鍵詞：水處理，膜分離技術(shù)，反滲透膜，發(fā)展趨勢(shì)目錄摘 要I1.引言12.反滲透膜發(fā)展概況23.反滲透膜分離技術(shù)基本原理34.反滲透的有關(guān)裝置34.1 反滲透膜類型34.2反滲透裝置型式44.2.1 板框式反滲透裝置44.2.2 管式反滲透裝置54.2.3 螺旋式反滲透裝置54.2.4 .中空纖維式反滲透裝置65.反滲透的流程75.1反滲透的流程的設(shè)計(jì)依據(jù)75.2預(yù)處理過程85.3反滲透膜分離常見的流程96.反滲透技術(shù)在水處理中的的應(yīng)用106.1.海水和苦咸水淡化106.2.純水和超純水的制備116.3.城市污水的處理117.反滲透膜的發(fā)展趨勢(shì)118.結(jié)語12參考文獻(xiàn)13II1.引言近來，物理化學(xué)處理技術(shù)、光照射技術(shù)及膜過濾技術(shù)已形成三大水處理技術(shù)。在這些技術(shù)中引人注目的是膜分離法污水處理技術(shù)1。膜分離是通過膜對(duì)混合物中各組分的選擇滲透作用的差異，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力對(duì)雙組分或多組分混合物的氣體或液體進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法。而反滲透膜分離技術(shù)作為當(dāng)今世界水處理先進(jìn)的技術(shù)，具有清潔、高效、無污染等優(yōu)點(diǎn)，已在海水淡化、城市給水處理、純水和超純水制備、城市污水處理及利用、工業(yè)廢水處理、放射性廢水處理等方面得到廣泛的應(yīng)用。膜分離技術(shù)作為新的分離凈化和濃縮方法，與傳統(tǒng)分離操作(如蒸發(fā)、萃取、沉淀、混凝和離子交換樹脂等)相比較，過程中大多無相變化，可以在常溫下操作，具有能耗低、效率高、工藝簡(jiǎn)單、投資小等特點(diǎn)。膜分離技術(shù)應(yīng)用到污水處理領(lǐng)域，形成了新的污水處理方法，它包含微濾(MF)、超濾(UF)、滲析(D)、電滲析(ED)、納濾(NF)、和反滲透(RO)等，本文僅對(duì)反滲透(RO)膜法對(duì)城市污水處理技術(shù)進(jìn)行探討。132.反滲透膜發(fā)展概況膜廣泛的存在于自然界中，特別是生物體內(nèi)。人類對(duì)于膜現(xiàn)象的研究源于1748年，但是人類對(duì)它的認(rèn)識(shí)和研究則較晚。1748年，Abbe Nollet觀察到水可以通過覆蓋在裝有酒精溶液瓶口的豬膀肌進(jìn)入瓶中時(shí)，發(fā)現(xiàn)了滲透現(xiàn)象。然而認(rèn)識(shí)到膜的功能并用于為人類服務(wù)，卻經(jīng)歷了200多年的漫長(zhǎng)過程。人們對(duì)膜進(jìn)行科學(xué)研究則是近幾十年來的事。其發(fā)展的歷史大致為；30年代微孔過濾；40年代透析；50年代電滲析；60年代反滲透；70年代超濾和液膜；80年代氣體分離；90年代滲透汽化2。在國(guó)外，其發(fā)展概況為：1953年美國(guó)的Reid 提出從海水和苦鹽水中獲得廉價(jià)的淡水的反滲透研究方案，1960年美國(guó)的Sourirajan 和Leob 教授研制出新的不對(duì)稱膜，從此RO作為經(jīng)濟(jì)的淡化技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用和裝置的研究階段。20世紀(jì)70年代初期開始用RO法處理電鍍污水，首先用于鍍鎳污水的回收處理，此后又應(yīng)用于處理鍍鉻、鍍銅、鍍鋅等漂洗水以及混合電鍍污水。1965年英國(guó)首先發(fā)表了用半透膜處理電泳涂料污水的專利。此后美國(guó)P.P.G公司提出用UF和RO的組合技術(shù)處理電泳涂料污水，并且實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。19721975年J J .Porter 等人用動(dòng)態(tài)膜進(jìn)行染色污水處理和再利用實(shí)驗(yàn)。1983年L.Tinghuis等人發(fā)表了用RO法處理染料溶液的研究結(jié)果。30年來，反滲透(RO)技術(shù)先后在含油、脫脂廢水、纖維工業(yè)廢水、造紙工業(yè)廢水、放射性廢水等工業(yè)水處理、苦咸水淡化、純水和高純水制備、醫(yī)藥工業(yè)和特殊的化工過程和高層建筑廢水等各類污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是近幾年，一些新型的膜法污水處理技術(shù)逐一問世，如膜蒸餾、液膜、膜生化反應(yīng)器、控制釋放膜、膜分相、膜萃取等3。在我國(guó)，膜技術(shù)的發(fā)展是從1958年離子交換膜研究開始的。1958年開始進(jìn)行離子交換膜的研究，并對(duì)電滲析法淡化海水展開了試驗(yàn)研究；1965年開始對(duì)反滲透膜進(jìn)行探索，1966年上海化工廠聚乙烯異相離子交換膜正式投產(chǎn)，為電滲析工業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1967年海水淡化會(huì)戰(zhàn)對(duì)我國(guó)膜科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步起了積極的推動(dòng)作用。1970年代相繼對(duì)電滲析、反滲透、超濾和微濾膜及組件進(jìn)行研究開發(fā)，1980年代進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。1980年代中期我國(guó)氣體分離膜的研究取得長(zhǎng)足進(jìn)步，1985年中國(guó)科學(xué)院大連化物所，首次研制成功中空纖維N2/H2分離器，主要性能指標(biāo)接近國(guó)外同類產(chǎn)品指標(biāo)，現(xiàn)己投入批量生產(chǎn)，每套成本僅為進(jìn)口裝置的1/3。進(jìn)入90年代以來，復(fù)合膜的制備取得了較大進(jìn)展 23.反滲透膜分離技術(shù)基本原理反滲透膜分離法的基本特點(diǎn)是其推動(dòng)力為壓力差（110MPa），傳質(zhì)機(jī)理一般認(rèn)為是溶劑的擴(kuò)散傳遞，透過膜的物質(zhì)是水溶劑，截留物為溶質(zhì)、鹽（懸浮物、大分子、離子），膜的類型為非對(duì)稱膜或復(fù)合膜。反滲透的選擇透過性與組分在膜的溶解、吸附和擴(kuò)散有關(guān)，因此除與膜孔大小結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與膜的化學(xué)、物理性質(zhì)有密切關(guān)系，即與組分和膜之間的相互作用密切相關(guān)4。 反滲透原理：滲透現(xiàn)象早在1748年已由Abbe Nollet首次得到證明，直到20世紀(jì)50年代，科學(xué)家們才開始利用反滲透或超濾作為溶液中溶質(zhì)和溶劑的有效分離方法，并使其成為一種實(shí)驗(yàn)室技術(shù)。滲透是指一種溶劑（即水）通過一種半透膜進(jìn)入一種溶液或是從一種稀溶液向一種比較濃的溶液的自然滲透。但是在濃溶液一邊加上適當(dāng)?shù)膲毫Γ纯墒節(jié)B透停止，此時(shí)的壓力稱為該溶液的滲透壓。若在濃溶液一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透方向，把濃溶液中的溶劑（水）壓到半透膜的另一邊稀溶液中，這是和自然界正常滲透過程相反的，此時(shí)就稱為反滲透。這就說明，當(dāng)對(duì)鹽水一側(cè)施加的壓力超過水的滲透壓時(shí)，可以利用半透膜裝置從鹽水中獲取淡水。因此，反滲透過程必須具備兩個(gè)條件：一是必須有一種高選擇性和高滲透性（一般指透水性）的選擇性半透膜，二是操作壓力必須高于溶液的滲透壓。4.反滲透的有關(guān)裝置當(dāng)前反滲透有關(guān)的裝置多種多樣，他們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，反滲透膜常用類型一共有三種，各自應(yīng)用于不同方向4.1 反滲透膜類型一般來說，反滲透膜應(yīng)具備以下性能：?jiǎn)挝幻娣e上透水量大，脫鹽率高；機(jī)械強(qiáng)度好，多孔支撐層的壓實(shí)作用??；化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸、堿腐蝕和微生物侵蝕；結(jié)構(gòu)均勻，使用壽命長(zhǎng)，性能衰降慢；制膜容易，價(jià)格便宜，原料充足。影響膜性能因素7：回收率；轉(zhuǎn)變率；壓力；壓密；濃差極化。據(jù)此，目前較常用的膜類型有：醋酸纖維膜（CA膜）CA膜又可以分為平膜、管式膜和中空纖維膜幾類。CA膜具有反滲透膜所需的三個(gè)基本性質(zhì)：高透水性、對(duì)大多數(shù)水溶性組分的滲透性相當(dāng)?shù)汀⒕哂辛己玫某赡ば阅?。聚酰胺膜（PA膜）聚酰胺膜又可以分為脂肪族聚酰胺膜、芳香聚酰胺膜（成膜材料為芳香聚酰胺、芳香聚酰胺-酰肼以及一些含氮芳香聚合物）復(fù)合膜這是近些年來開發(fā)的一種新型反滲透膜，它是由很薄的而且致密的符合層與高空隙率的基膜復(fù)合而成的，它的膜通量在相同的條件下比非對(duì)稱膜高約50%100%。目前復(fù)合膜有以下幾種：a.交聯(lián)芳香族聚酰胺復(fù)合膜（PA）；b.丙烯-烷基聚酰胺和縮合尿素復(fù)合膜；c.聚哌嗪酰胺復(fù)合膜；d.氧化鋯-聚丙烯酸復(fù)合膜。4.2反滲透裝置型式反滲透裝置型式現(xiàn)今常用的共4種：反滲透裝置型式，管式反滲透裝置，螺旋式反滲透裝置，中空纖維式反滲透裝置，這四種裝置型式基本滿足滲透在各種條件的下的選擇使用。4.2.1 板框式反滲透裝置這種形式的裝置由Aerojet通用公司發(fā)展起來的，教適合于小的和低壓工廠。膜支撐體在一種圓形平板上，這塊平板稱為多孔板，常見的有不銹鋼多孔板和聚氯乙烯多孔板，產(chǎn)水通過多孔板匯集起來。這種裝置存在以下缺點(diǎn)：安裝和維護(hù)費(fèi)用高，進(jìn)料分布不均勻，流槽窄，多級(jí)膜裝卸復(fù)雜，單位體積中膜的比表面積低，產(chǎn)水量少。盡管有這些缺點(diǎn)，但由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，體積比管式裝置小，在小規(guī)模的生產(chǎn)場(chǎng)所還是有一定的優(yōu)勢(shì)的。 圖1 一級(jí)反滲透+混床4.2.2 管式反滲透裝置這種裝置在實(shí)際應(yīng)用中是很有意義的。它能夠處理含懸浮顆粒和溶解性物質(zhì)的液體，像沉淀一樣在管式裝置中把料液進(jìn)行濃縮，運(yùn)行期間系統(tǒng)處處都可以保持良好的排水作用，適當(dāng)調(diào)節(jié)水力條件，常常可以預(yù)防溶液的濃縮弄臟或堵塞膜。其主要優(yōu)缺點(diǎn)可以歸納如下：優(yōu)點(diǎn)：能夠處理含懸浮固體的溶液，合適的流動(dòng)狀態(tài)就可以防止?jié)獠顦O化和膜污染等，并容易調(diào)整。缺點(diǎn)：設(shè)備端部用膜較多，裝置制造和安裝費(fèi)用較昂貴。單位體積中膜的比表面積小。必須把管子外部包起來。要使用支撐材料。4.2.3 螺旋式反滲透裝置美國(guó)通用原子公司（Gulf General Atomic Co）發(fā)展了這種裝置。這種螺旋式結(jié)構(gòu)的中間為多孔支撐材料，兩邊是膜的“雙層結(jié)構(gòu)”，它的末端是沖孔的塑料管。雙層膜的邊緣與多孔支撐材料密封形成一個(gè)膜袋（收集產(chǎn)水），在膜袋之間再鋪上一層隔網(wǎng)，然后沿中心管卷繞這種多層材料（膜/多孔支撐材料/膜/料液隔網(wǎng)），就形成了一個(gè)螺旋式反滲透組件。將卷好的螺旋式組件，放入壓力容器中，就成為完整的螺旋式反滲透裝置。使用這種螺旋式反滲透裝置時(shí)應(yīng)注意：中心管主要褶皺處的泄露膜及支撐材料在粘結(jié)線上發(fā)生皺紋膠線太厚可能會(huì)產(chǎn)生張力或壓力不均勻支撐材料的移動(dòng)會(huì)使膜的支撐不合理，導(dǎo)致平衡線移動(dòng)膜上有小孔洞，這是由于膜的質(zhì)量不合格所致。目前，美國(guó)制作螺旋式組件已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，采用一種0.91m滾壓機(jī)，連續(xù)噴膠將膜與支撐材料粘密封結(jié)在一起，滾轉(zhuǎn)成螺旋式組件，牢固后不必打開即可使用。 圖2 反滲透處理工藝在地下水處理中的流程圖螺旋式組件的主要優(yōu)缺點(diǎn)是：優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積中膜的表面積比率大壓力導(dǎo)管的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，具有擾性，安裝和更換容易，結(jié)構(gòu)可以緊密放在一起。缺點(diǎn)：料液含懸浮固體時(shí)不適宜料液流動(dòng)路線短壓力消耗高再循環(huán)濃縮困難。4.2.4 .中空纖維式反滲透裝置美國(guó)杜邦公司和道斯化學(xué)公司提出用純中空纖維素作為反滲透膜，制造出中空纖維式反滲透裝置。這種裝置類似于一端封死的熱交換器，其中含有外徑50m、內(nèi)徑25m；裝成一種圓柱形耐壓容器中，或是將中空纖維彎成U形裝入耐壓容器中，由于這種中空纖維極細(xì)，通常可以裝填幾百萬根。高壓溶液從容器旁打進(jìn)去，經(jīng)過中空纖維膜的外壁，從中空纖維管束的另一端把滲透液收集起來，濃縮后的料液從另一端連續(xù)排掉。中空纖維式反滲透裝置的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積中膜的表面積比率高，一般可達(dá)到1600030000m2/m3，因此組件可以小型化；膜不需支撐材料，中空纖維本身可以受壓而不破裂。缺點(diǎn)：膜表面去污困難，料液需經(jīng)嚴(yán)格預(yù)處理；中空纖維膜一旦損壞是無法更換的。由此我們可以給優(yōu)質(zhì)反滲透裝置作出以下要求： 對(duì)膜能提供合適的支撐 處理溶液在整個(gè)膜面上必須均勻分布 在最小能耗情況下，對(duì)處理溶液提供良好的流動(dòng)狀態(tài) 單位體積中膜的有效面積比率高 組件容易拆卸和更換 便于膜的拆卸和組裝 在運(yùn)行壓力下，有效的工作時(shí)安全與可靠性高 外部泄露能盡可能從壓力的變化上發(fā)現(xiàn) 建造、維護(hù)費(fèi)用都是方便的。目前流行的這四種裝置的一些主要特性比較見表3-1表1 四種反滲透裝置的主要特性比較種類膜裝填密度m2/m3操作壓力MPa透水量m3/m2*d單位體積產(chǎn)水量m3/m3*d板框式管式螺旋式中空纖維式49333066092005.65.65.62.80.21.021.020.073500336673673注：原料液為500mg/L NaCl，脫鹽率為92%96%5.反滲透的流程反滲透系統(tǒng)一般是由預(yù)處理過程和膜分離過程組成的，預(yù)處理過程和膜分離過程的方式多種多樣，不同的處理過程會(huì)需選用不同的方式，同時(shí)得到結(jié)果也有差別。5.1反滲透的流程的設(shè)計(jì)依據(jù)RO過程應(yīng)視為一個(gè)總的系統(tǒng)，它包含各組成部分及依據(jù)。這些依據(jù)可作為設(shè)計(jì)RO系統(tǒng)時(shí)的入門指南。每一部分與每一交接處都將有合宜的操縱開關(guān)及連接，以保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期使用性能即可靠性。每一部分及每一系統(tǒng)均有可考慮滿足各個(gè)用戶需要的經(jīng)濟(jì)/性能的折中辦法。我們沿與流程相反的方向來討論：最終用途：首先的考慮是產(chǎn)品水的具體用途，它決定了為滿足用戶需要的水質(zhì)和水量。對(duì)飲用水，通常要求滿足公共衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)或世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)超純電子工業(yè)用水，水電阻率需達(dá)18Mcm。然而產(chǎn)品的性能并不嚴(yán)格的要超過所需值，因?yàn)楦哂谒璧漠a(chǎn)水量或產(chǎn)水水質(zhì)將增加產(chǎn)品水的費(fèi)用，產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響。后處理：在RO透過液使用前，通常需要對(duì)其作些后處理。至少，需要脫氣以去除為控制結(jié)垢對(duì)進(jìn)料水酸化而產(chǎn)生的CO2和進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，以防止下游系統(tǒng)發(fā)生腐蝕。后處理的要求取決于應(yīng)用，需按具體情況加以確定。對(duì)許多工業(yè)應(yīng)用，后處理包括采用樹脂除鹽和紫外線消毒。對(duì)城市應(yīng)用要附加pH調(diào)節(jié)、脫氣及用氯消毒。膜：膜為系統(tǒng)的心臟，其性能可受與膜本身及其構(gòu)型無關(guān)的一些因素的影響，例如預(yù)處理及系統(tǒng)的操作與維護(hù)，然而，需根據(jù)進(jìn)料水的水質(zhì)及最終用途仔細(xì)考慮選擇膜材料及膜構(gòu)型。操作與維護(hù)：操作與維護(hù)是成功的系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。為了盡早的發(fā)現(xiàn)潛隱的問題，須收集系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)并定期分析。若發(fā)生了問題，應(yīng)該采用合宜的尋找故障的技術(shù)，并與膜制造商和/或系統(tǒng)設(shè)計(jì)者切磋商量合宜的消除問題的措施。對(duì)不能控制的結(jié)垢、污染或堵塞，則需經(jīng)常清洗膜以保持膜的性能。在膜裝置中，這些物質(zhì)不可逆的積累將導(dǎo)致流體分布不均和產(chǎn)生濃差極化，這將造成膜通量與鹽截留率的減退，有時(shí)會(huì)使膜材料發(fā)生降解。這些導(dǎo)致了昂貴的膜單元的更換。已開發(fā)出的用于恢復(fù)因結(jié)垢或污染造成的不良的膜性能的技術(shù)，若能及早的識(shí)別出膜需清洗，則這些技術(shù)是非常有效的。清晰劑可用以從膜裝置中將微粒、膠體、生物和有機(jī)物移出。通常的做法是將清洗液按正向流動(dòng)，低壓下通過膜裝置進(jìn)行循環(huán)，直至污染物被去除。很少推薦進(jìn)行反洗。高壓泵：高壓泵提供膜生產(chǎn)所需產(chǎn)水流量及水質(zhì)的壓力。常用泵的類型是單級(jí)、高速離心泵；柱塞泵；多級(jí)離心泵。通常單級(jí)離心泵效率最低，柱塞泵效率最高。對(duì)于小系統(tǒng)采用高速離心泵，對(duì)于大系統(tǒng)采用多級(jí)離心泵為佳。預(yù)處理：預(yù)處理即垢的控制，方法有pH值的調(diào)節(jié)、緩蝕劑軟化、微生物控制、氯化/脫氯，對(duì)懸浮固體、膠體、金屬氧化物、有機(jī)物等的去除。5.2預(yù)處理過程總的來講反滲透系統(tǒng)是由預(yù)處理過程和膜分離過程組成的。預(yù)處理過程是指被處理的料液在進(jìn)入膜分離過程前需采用的預(yù)先處理措施。預(yù)處理一般有物理處理、化學(xué)處理和光化學(xué)處理三種。在預(yù)處理過程中可使用各種單元操作，也可以將幾種方法組合使用，預(yù)處理過程的好壞是反滲透膜的分離過程成敗的關(guān)鍵，因此必須嚴(yán)格認(rèn)真的做好預(yù)處理工作。目前流行的方法主要有以下幾種：（1）物理法物理方法包括沉淀法或氣浮分離法，砂過濾、預(yù)涂層（助濾劑）過濾、濾筒過濾、精過濾等，活性炭吸附法，冷卻或加熱。（2）化學(xué)法化學(xué)方法包括氧化法：利用臭氧、空氣、氧、氯等氧化劑進(jìn)行氧化，還原法，pH值調(diào)節(jié)法（3）光化學(xué)法光化學(xué)預(yù)處理方法主要指紫外線照射。采用哪一種預(yù)處理方法，不僅取決于料液的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，而且還要根據(jù)在膜分離過程中所用組件的類型構(gòu)造作出判斷。實(shí)際運(yùn)行中的故障，一方面是由于膜表面上的分離所帶來的直接污染；另一方面與膜組件本身的構(gòu)造有關(guān)。預(yù)處理所需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)所用的膜件的不同也不一致。5.3反滲透膜分離常見的流程反滲透膜分離工藝設(shè)計(jì)中常見的流程有如下幾種：一級(jí)一段法這種方式是料液進(jìn)入膜組件后，濃縮液和產(chǎn)水被連續(xù)引出，這種方式水的回收率不高，工業(yè)應(yīng)用較少。另一種形式是一級(jí)一段循環(huán)式工藝，它是將濃水一部分返回料液槽，這樣濃溶液的濃度不斷提高，因此產(chǎn)水量大，但產(chǎn)水水質(zhì)下降。一級(jí)多段法當(dāng)用反滲透作為濃縮過程時(shí)，一次濃縮達(dá)不到要求時(shí)，可以采用這種多步式方式，這種方式濃縮液體體積可減少而濃度提高，產(chǎn)水量相應(yīng)加大。兩級(jí)一段法當(dāng)海水除鹽率要求把NaCl從35000 mg/L降至500mg/L時(shí)，則要求除鹽率高達(dá)98.6%如一級(jí)達(dá)不到時(shí)，可分為兩步進(jìn)行。即第一步先除去NaCl 90%，而第二步再從第一步出水中去除NaCl 89%，即可達(dá)到要求。如果膜的除鹽率低，而水的滲透性又高時(shí)，采用兩步法比較經(jīng)濟(jì)，同時(shí)在低壓低濃度下運(yùn)行時(shí)，可提高膜的使用壽命。多級(jí)反滲透流程在此流程中，將第一級(jí)濃縮液作為第二級(jí)的供料液，而第二級(jí)濃縮液再作為下一級(jí)的供料液，此時(shí)由于各級(jí)透過水都向體外直接排出，所以隨著級(jí)數(shù)增加水的回收率上升，濃縮液體體積減少濃度上升。為了保證液體的一定流速，同時(shí)控制濃差極化，膜組件數(shù)目應(yīng)逐漸減少。當(dāng)然，在選擇流程時(shí)，對(duì)裝置的整體壽命、設(shè)備費(fèi)、維護(hù)管理、技術(shù)可靠性也必須考慮。例如，需將高壓一級(jí)流程改為兩級(jí)時(shí)，那么就有可能在低壓下運(yùn)行，因而對(duì)膜、裝置、密封、水泵等方面均有益處。6.反滲透技術(shù)在水處理中的的應(yīng)用與其他傳統(tǒng)分離工程相比，反滲透分離過程有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：（1）壓力是反滲透分離過程的主動(dòng)力，不經(jīng)過能量密集交換的相變，能耗低；（2）反滲透不需要大量的沉淀劑和吸附劑，運(yùn)行成本低；（3）反滲透分離工程設(shè)計(jì)和操作簡(jiǎn)單，建設(shè)周期短；（4）反滲透凈化效率高，環(huán)境友好。因此，反滲透技術(shù)在生活和工業(yè)水處理中已有廣泛應(yīng)用，如海水和苦咸水淡化、純水和超純水的制備、城市污水的處理等。6.1.海水和苦咸水淡化20 世紀(jì) 60 年代以來，反滲透脫鹽已成為一種獲取飲用水的重要途徑，是解決淡水資源緊缺的一種有效方法。目前，反滲透脫鹽技術(shù)主要應(yīng)用在兩個(gè)方面：海水淡化和苦咸水脫鹽。全世界海水淡化裝置中約有 30% 是利用反滲透技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，通過反滲透膜可除去海水中 99% 以上的鹽離子8，得到可飲用的淡水。以色列的反滲透海水淡化技術(shù)比較領(lǐng)先，2005 年阿什克倫建造了當(dāng)時(shí)世界上最大的反滲透海水淡化裝置，產(chǎn)水量占到以色列全部水需求量的15%，產(chǎn)水成本約為 0.53 美元/m3。我國(guó)最大的反滲透海水淡化站位于大連市長(zhǎng)?？h，日產(chǎn)淡水1000m3，淡水成本 6元/m3?？嘞趟谖覈?guó)北方地區(qū)分布較為廣泛，含鹽離子較多，可通過反滲透技術(shù)進(jìn)行除鹽淡化處理，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。馬蓮河流域示范工程利用馬蓮河上游環(huán)江苦咸水資源，采用反滲透膜技術(shù)，建立 1000 m3d-1苦咸水淡化工程，出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，有效解決了環(huán)縣城區(qū) 5 萬居民飲水問題。杭州灣新區(qū)水廠采用了超濾及反滲透組合設(shè)備處理當(dāng)?shù)厮畮斓母啕}水，投入運(yùn)行1年多來出水水質(zhì)穩(wěn)定，符合國(guó)家飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 海水和苦咸水淡化是反滲透技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，目前存在的問題仍然是操作壓力偏高，能耗較大，另外海水中的 Cl-對(duì)反滲透膜也有較大的污染，阻礙了反滲透技術(shù)在該領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣。目前，低壓、低能耗、抗污染、抗氧化的反滲透膜正在積極的研發(fā)之中，以便從根本上解決現(xiàn)在存在的問題。6.2.純水和超純水的制備清華紫光古漢集團(tuán)衡陽制藥廠采用反滲透+混床水處理技術(shù)改進(jìn)了原來的全離子交換制水工藝，運(yùn)行期間，產(chǎn)水增加，水質(zhì)改善，大幅度降低了制水成本。此外，許多科研人員均對(duì)反滲透+電去離子法制取純水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，達(dá)到了預(yù)期結(jié)果，證實(shí)了反滲透+電去離子法制取高純水的可行性。通過控制反滲透的級(jí)數(shù)可制取不同純度脫鹽水。隨著反滲透級(jí)數(shù)的增加，脫鹽水的純度提高，但是出水量減少，水利用率降低，因此，反滲透裝置連用一般不會(huì)超過二級(jí)，通常將反滲透與電去離子技術(shù)聯(lián)用，不僅克服了反滲透出水不能徹底除鹽的不足，還可以提高電去離子裝置的進(jìn)水水質(zhì)，防止電去離子設(shè)備損壞，提高整體凈水效果。6.3.城市污水的處理9近年來我國(guó)廢水、污水排放量以每年18億噸的速度增加,全國(guó)工業(yè)廢水和生活污水每天的排放量近1.64億噸,其中約80%未經(jīng)處理直接排入水域。因此，反滲透在城市污水深度處理方面的應(yīng)用受到了高度重視，包括中水回用和污水處理廠二級(jí)出水的深度處理制取優(yōu)質(zhì)淡水。中東不少缺水國(guó)家引入反滲透技術(shù)處理二級(jí)污水，一級(jí)反滲透出水水質(zhì)含鹽80mg/L，二級(jí)反滲透出水達(dá)到10mg/L；新加坡某工業(yè)區(qū)的反滲透污水處理廠，以三級(jí)生化處理的城市廢水為原水，用反滲透系統(tǒng)制取高級(jí)工業(yè)用水，采用二級(jí)雙介質(zhì)濾-反滲透系統(tǒng)，處理廠同F(xiàn)LMTETM生產(chǎn)的抗污染膜元件BW30-365FR2184支一級(jí)三段排列，日產(chǎn)水量30kt，水回收率高達(dá)85%，產(chǎn)水電導(dǎo)率66LS/cm133LS/cm。7.反滲透膜的發(fā)展趨勢(shì)反滲透膜技術(shù)及其工程應(yīng)用的發(fā)展方向主要集中于研究開發(fā)具有低能耗、抗污染、耐高溫、高壓和特種分離等性能的反滲透膜組器10。超低壓反滲透膜能在保持原脫鹽率的情況下，操作壓力下降25%40%，從而降低了系統(tǒng)的能耗和設(shè)備材料的要求?？刮廴痉礉B透膜的開發(fā)，減少了膜清洗的藥耗，延長(zhǎng)了膜的使用壽命，廣泛地應(yīng)用于污水回用和化工原材料的濃縮提純。帶正電荷反滲透膜可直接應(yīng)用于