反渗透技术在水处理中的应用

摘 要：反渗透技术具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点，在水处理中发挥着越来越重要的作用。本文主要论述了反渗透技术在水处理中的应用现状和常见的膜污染的原因及其控制措施，并对该项技术的发展趋势进行了展望。

关键词：反渗透 水处理 膜污染

The Application of Reverse Osmosis Technology on the Treatment of Water&Wastewater

Abstract: Reverse osmosis technology have the advantanges of low energy consumption, high efciency, simple process, low investment and light pollution and so on, and play an increasingly important role in the treatment of water&wastewater. This paper briey introduced the application and the common causes of membrane polution and control measures of reverse osmosis technology. In the end, the development tendency of ultraltration also has been forecasted.

KeyWords: reverse osmosis treatment of water&wastewater

membrane polution

1. 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。

2. 反渗透技术在水处理中的的应用

2.1常规应用

2.1.1海水、苦咸水的淡化

反渗透技术已被广泛应用于海水淡化 。反渗透法海水淡化工艺最高运转压力为5. 6 ～7MPa ，能耗为多段蒸发法的l/ 2～1/ 3，淡水水质好（反渗透膜对l 价金属离子的阻止率> 99. 4 % ，对2价金属离子的阻止率为99. 9 %，总溶解固体量阻止率> 99. 6 %）。在全世界海水淡化装置中约有30 %用反渗透方式来实现，用反渗透膜可脱去海水中99 %以上的盐离子。

苦咸水通常指含盐量低于5 000 mg/ L 的天然水、地表水和井水，也包括含盐量高于5 000 mg/ L或含盐量接近海水的高浓度苦咸水。由于苦咸水一般含有较高的钙、镁、重碳酸根、硫酸根等微溶无机盐离子，在反渗透苦咸水淡化工程中，抑制和控制微溶盐的结垢沉淀是十分重要的。目前常用的方法有添加阻垢剂、离子交换软化、加酸去除进水中的碳酸根和重碳酸根以及降低水回收率，避免超过溶度积。

2.1.2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-离子交换为主导工艺 ，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。

2.2城市污水处理中的应用

2.2.1处理含重金属废水

对于处理重金属废水，国内外均进行了广泛的研究。从20世纪70年代开始，反渗透已用于处理电镀废水，在具体工程中，反渗透法已大规模用于镀锌、镍、铬漂洗水和混合重金属废水的处理。研究发现采用反渗透膜技术不仅可以避免产生二次污染，而且还能获得高的金属离子截留率。据报道，采用内压管式组件，在操作压力为2.7Mpa时，Ni2+分离率在97.2%~97.7%，水通量为0.4m3 /m2・d，镍回收率大于99%。采用复合低压反渗透膜对含Zn2+和Cu2+的废水进行处理 ，不投加EDTA，进水pH在3~5 之间，水温25℃，水回收率为40%，操作压力450kPa时，Zn2+ 和Cu2+ 的去除率93%~96%，当投加EDTA适宜时，二者的截留率均达到99%以上。另外，采用RO膜对含铜废水进行中试研究表明，当进水含铜340mg/L时，透过液中铜质量浓度可低于4mg/L。此外，反渗透膜还可作为重金属废水终端处理，使废水中的重金属离子完全去除，处理后的水质优良，并能循环再利用。

2.2.2处理含油废水

含油废水是一种量大面广的工业废水，若直接排入水体，会在水体表层产生油膜阻碍氧气溶入水中，从而致使水中缺氧、生物死亡、发出恶臭，严重污染生态环境。由于含油废水成分复杂，因此在实际应用过程中一般采用多种处理方法联合使用的方式才能保证出水水质。张宏忠等[5]先采用自配的DEMUL-B1作为破乳剂对高浓度的O/W型纺丝油剂废水进行破乳，然后以OSMONICS公司的SE反渗透膜对破乳后的水样进一步处理，结果表明：经“破乳-反渗透”处理净化后的水质，其COD的去除率达到99.96%，含油量几乎监测不出。Sanghhyun[6]等把盐析和反渗透结合起来处理乳化油废水，在含油废水中加入1.0%～4.5%的铝或水溶性盐，在pH 值2～5 范围内搅拌混合，静止0.5～1 h 后油分上浮，除去漂浮油后进行过滤，可进一步除去以铝铁絮凝形态残存于水中的油分，去除率高达99%，而后用反渗透膜处理含铝盐或铁盐的水溶液，盐的去除率接近100%，最终透过水可回用，浓缩水在油水分离工序中循环。CARTWRIGHT P.S.采用纳滤/反渗透集成工艺处理油田废水，研究表明：第一级使用中空纤维纳滤膜去除几乎所有重油、浊度和主要溶解有机物，第一级的渗滤液直接进入第二级卷式反渗透膜，反渗透膜产生的滤液能够满足再用或回灌地下。

3. 反渗透膜污染的形成原因及其控制方法

膜污染是指与膜接触的料液中微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜发生物理、化学作用或因浓差极化使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度及机械作用而引起的在膜面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜通量与分离特性明显下降的不可逆变化现象。

3.1微生物污染

3.1.1形成原因

微生物污染是指微生物在膜-水界面上积累，从而影响系统性能的现象。由于地表水和浅层地下水中都存在着微生物，而膜组件内部潮湿阴暗可为微生物生长提供理想环境，若在进入反渗透系统前不加以杀灭，这些微生物将以反渗透膜为载体借助反渗透浓水段的营养盐而繁殖生长，在反渗透膜表面形成生物膜层，导致反渗透系统进出水间压差迅速增大，产水量与脱盐率快速下降，同时污染产品水。微生物组成的生物膜可直接（通过酶作用）或间接（通过局部pH或还原电势作用）降解膜聚合物或其他反渗透单元组件，造成膜寿命缩短，使膜结构的完整性遭到破坏，甚至造成重大系统故障。

3.1.2控制方法

生物污染可通过对进水进行连续或间歇的杀菌消毒来控制。对采自地表和浅层地下的原水应设置杀菌加药装置，投加氯类杀菌剂，投加量一般以进水余氯含量>1 mg/ L为准。

3.2化学污染

3.2.1形成原因

反渗透系统化学污染主要是膜元件内沉积碳酸盐垢、因水中Fe３+ 、Sr2+、Ba2+ 含量超标引起膜元件中毒。原水中Fe３+、Sr2+ 、Ba2+ 含量超标引起膜元件中毒已经被人们所认识, 一般在设计之初已经被排除。常见的化学污染是膜元件内沉积碳酸盐垢，多数情况下是误操作，阻垢剂加药系统不完善，运行过程中阻垢剂加药中断等。若没有及时发现，在几天的时间内就会出现运行压力增高、压差增大、产水率下降的现象，若所选用的阻垢剂与水质不匹配或加药量不足也会发生膜元件内结垢的现象，较轻的膜元件内结垢可通过化学清洗恢复其功能，严重时也会造成部分污染严重的膜元件报废。

3.2.2控制方法

防止膜元件内结垢，首先选好适合系统水源水质的反渗透阻垢剂，并确定最佳加药量。其次加强对加药系统的监控，密切关注运行参数的细微变，发现异常及时查找原因。另外，水中Fe3+ 含量高的原因多数是管路系统带来，因此，系统管路包括水源管路尽可能采用钢衬塑管路，以减少Fe3+含量。

3.3悬浮颗粒物和胶体污染

3.3.1形成原因

悬浮颗粒和胶体是污堵反渗透膜的主要物质, 也是造成出水SDI (污泥密度指数) 超标的主要原因。由于水源及地域的不同, 悬浮颗粒和胶体的成分也有较大的差异。通常没有受污染的地表水和浅层地下水的主要成分为: 细菌、粘土、胶体硅、铁氧化物、腐殖酸产物以及预处理系统中人为过量投入的絮凝剂、助凝剂(如铁盐、铝盐等) 等。另外, 原水中带正电荷的聚合物与反渗透系统中带负电的阻垢剂结合而形成沉淀, 也是此类污染的成因之一。

3.3.2控制方法

原水中悬浮物含量>70 mg/ L时，通常采用混凝、澄清、过滤的预处理方法；原水中悬浮物含量< 70 mg/ L时，通常采用混凝过滤的预处理方法；原水中悬浮物含量

4. 反渗透膜技术的发展趋势

反渗透膜分离技术是20世纪60年展起来的一门新的膜分离技术，由于其优良的分离性能，它的应用领域将越来越广泛。今后反渗透的主要发展方向： ①开发抗氧化性、抗酸碱性以及高透水性的新型膜材料；②开发具有低能耗、抗污染、耐高温、高压和特种分离等性能的反渗透膜组件；③反渗透膜组件与超滤、微滤、纳滤、EDI 等膜组件的组合应用；④新型气体膜分离材料的研制。

5. 结语

当今世界水处理业正朝着以开发水资源（即废水回用）与保护环境双重目标的废水资源化方向发展，由于反渗透膜法能有效处理城市污水，并且能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻，膜组件简洁、紧凑，易于自动化操作、维护方便。可以预计，反渗透膜技术在水处理领域将发挥越来越重要的作用。

参考文献:

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[5] 张宏忠，孟香兰，方少明等. 纺丝油剂废水处理工艺研究[J],过滤与分离.2005，15（4）：7～9

[6]赵江平. 反渗透水处理系统污染分析及对策[J],河北煤炭.2006，（6）：19～21