反渗透污染及能耗的探讨

反渗透污染及能耗的探讨

反渗透膜污染

膜污染一直以来就是人们关注的热点问题，它影响着膜的稳定运行和出水水质，并将缩短膜的使用寿命，因此被认为是制约膜技术广泛应用的关键因素。目前，人们在研制和开发新型反渗透膜的同时，也对膜污染问题进行了更加深入的研究，并不断寻找解决办法。

在这个方面，碟管式反渗透（DTRO）的应用避免了一些污染的产生，因为碟管式反渗透具有特殊的流道设计，采用开放式流道，料液通过增压泵经进料口打入DTRO膜柱内，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180度逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。料液流经过滤膜的同时，透过液通过中心收集管不断排出。浓缩液与透过液通过安装于导流盘上的O型密封圈隔离。因为采用带凸点支撑的导流盘，料液在过滤过程中形成湍流状态，没有滞留区域，所以能最大程度上减少膜表面结垢、污染及浓差极

化现象的产生，允许SDI值高达20的高污染水源，仍无被污染的风险。

由微生物在膜面生长造成的反渗透膜污染现象很普遍，它会使水分子渗透过膜所需要的压力急剧上升，这一问题可以通过一些常用的生物杀伤剂，例如活性氯、臭氧以及紫外线灭菌等方法得以解决，但是频繁的化学洗涤又会降低膜的使用寿命，并给系统中引入一些灭菌副产物，例如臭氧处理富溴盐废水的过程中产生的溴酸盐就被世界卫生组织和美国环境保护署列为一种致癌物。所以需要针对各自的实际情况选择最优的预处理过程。无机盐也是一类很重要的污染物，对于这方面机理的研究也很多，主要集中在考察错流流率和压力等操作参数，以及膜孔隙率和粗糙度等对无机盐在膜表面结晶的影响，然而也有少数学者认为污染过程还会受到膜组件的几何构型以及膜材料等因素的影响。

膜剖析(membraneautopsy)是寻找膜污染成因的一种常用方法，它通过分析污染后的膜元件，寻找污染的原因及其机理，当污染过程很复杂而又对其缺乏了解时，这项技术就显得非常有效。通过膜剖析对一套老旧的反渗透膜组件的污染过程进行了研究，评估了它的膜老化程度，最终使得膜组件的再生变得可能。

除了对污染过程以及抑制方法的研究外，从提高膜本体性能出发，开发新型的耐氧化、耐污染反渗透膜也是非常必要的。通过在膜表面接枝海因衍生物，其耐氯功能的可再生性以及与抑菌功能之间的转化，赋予了改性复合反渗透膜持续高的耐氯和抗微生物污染性能。而在膜材料方面，针对反渗透脱盐过程开发了用于制膜的新型耐氯聚合物。

除了实验考察膜污染过程的研究之外，许多学者还从理论的角度全面分析了反渗透膜过程中出现的污染问题。通过模拟一个大型反渗透装置的运行过程，研究了传质动力学、膜污染以及反渗透技术中的工程放大问题。他们所建立的模型为更加深入地研究大型反渗透过程提供了有力工具。另外，他们还指出利用一些新颖的监测方法，可以帮助我们进一步了解反渗透过程中的影响因素，有利于全面和综合的研究反渗透系统。对海水淡化过程中几种不同的物理化学预处理方法脱除海水中有机物的能力进行了评估。这些研究也为针对不同水源选择最适宜的预处理方法提供了指导。

反渗透膜系统能耗

目前，相对于其他传统的化工分离技术，反渗透膜技术在能耗方面仍然具有很大的优势，研究发现，在食品加工业中，与传统的蒸发工艺相比，通过反渗透膜浓缩果汁中糖分的能耗被大幅度的降低；除此之外，反渗透膜分离过程也避免了因为加热蒸发所导致的糖分损失。

脱盐作为反渗透膜技术的传统应用领域，如何降低能耗一直备受关注。研究了在低水回收率的条件下发展高通量的反渗透膜，发现这可以有效地降低反渗透苦咸水脱盐的制水成本。

但与此同时，低水回收率又会导致预处理和盐水管理费用的增加。另一方面，海水淡化过程中，能耗成本远大于膜成本，所以提高膜通量的经济效益十分有限。因此，他们提出未来降低反渗透制水成本的首要驱动力不再

是提高膜通量，而应该从提高膜的抗污染能力，降低原料预处理和盐水管理费用，改进控制计划，优化过程，以及利用可再生供能源降低生产成本等方面进行考虑。虽然提高反渗透系统能量利用效率是减轻反渗透大规

模利用带来的能源压力的一个有效途径，但是从根本上解决这一问题则需要另辟蹊径，将可再生能源引入反渗透系统。目前，已经有人提出以太阳能、风能和水能等可再生能源作为反渗透系统的供能源，并且已经对实施

这种构想的基本原则、装置设计、设备安装、数学模型计算以及经济可行性等方面做了分析。

如上所述，反渗透膜技术具有净化效率高、成本

低和环境友好等优点，使得它在近几十年的时间

里发展非常迅速，已经广泛应用于海水和苦咸水

淡化、纯水和超纯水制备、工业或生活废水处理

等领域。