反渗透膜的应用进展_李凤娟

表 1 反渗透处理前后苦咸水的各项指标
Tab. 1 Specification of brackish water
mg/L
类别 处理前
CODMn ４２￣７２
总硬度 ５１２￣９９０
Cl１ ２３２￣１ ８９１
ＲＯ 处理后
＜２．７
＜１４．０１
２５．１８￣４８．５４
突尼斯位于半干旱地区，水资源非常有限，特别 是南部地区，需要对苦咸水进行淡化处理来补充饮用 水的不足. 1999 年，国有 SONEDE 公司建立苦咸水淡 化工程来生产饮用水以满足突尼斯地区人民的生活 需要[13]，所用到的反渗透膜是海德能公司的聚酰胺反 渗透膜. 原水的含盐量为 6 000 mg/L，产水电导率低于 400 μS/cm，产水量为 15 000 m3/d，转化率为 75%.
第2期
李凤娟，等：反渗透膜的应用进展
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cm，满足制药用水标准.
3 废水处理
反渗透膜在废水处理方面主要应用于电厂循环 排放污水处理、印染废水处理、重金属废水处理及矿 场酸性废水处理、垃圾渗滤液处理及城市污水处理. 3.1 电厂循环排放污水处理
电厂循环冷却水系统消耗水量大，占到纯火力发 电厂用水的 80%，占热电厂用水的 50%以上，如果使 其直接排放，不仅会污染环境，也会造成能源的浪费. 对循环排放水进行回收处理，产品水作为循环补充水 或锅炉补给水系统的水源，既不会对环境造成污染， 也可以节约能源. 北京京丰天然气燃机联合循环电厂[20]， 选用荷兰诺芮特公司生产的 SXL-225FSFC0.8 mm 中 空纤维超滤膜元件和陶氏公司生产的 BW30-400-FR 聚酰胺复合反渗透膜对电厂循环排污水进行处理. 超 滤反渗透系统从 2004 年 10 月投运以来的各种分析 数据显示，超滤出水水质完全满足反渗透进水要求， 产水浊度小于 0.02 NTU，产水密度污染指数（SDI）小 于 0.7；反渗透系统一直运行良好，截留率 97%，产水 量 68 m3/h，产水电导小于 40 μS/cm，回收率大于 60%. 3.2 印染废水处理
1 海水和苦咸水淡化
水资源短缺已成为全球性的问题，它严重地制约 着经济的发展、社会的进步和人民生活水平的提高. 据Shiklomanov 统计显示[7]，2000 年全球每人每年的淡
收稿日期：2008-08-08 作者简介：李凤娟（1979—），女，硕士研究生；王 薇（1971—），女，副研究员，导师. E-mail：wangwei7126@126. com 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （50673077）；天 津 市 科 技 攻 关 计 划 项 目 （06YFGZSH01700）；天 津 市 高 等 学 校 科 技 发 展 基 金 项 目 （20060516）
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天津工业大学学报
第 28 卷
水供应为 7 000 m3，然而，由于人口的增加、地表及地 下水资源的污染，人们正在面临水资源危机. 海水和 苦咸 水 淡 化 是 解 决 水 资 源 短 缺 的 有 效 途 径 之 一 ，而 反渗透技术是实现海水和苦咸水淡化的有效手段. 1.1 海水淡化
从海水淡化的技术种类来说，目前主要还是蒸馏 法和反渗透法两大主流技术，其中反渗透海水淡化技 术由于具有设备投资省、能量消耗低、建造周期短等 诸多优点，近 10 年来发展相当迅速，目前最大的反渗 透海水淡化厂产水规模已经达到 3.3×105 m3/d. 2005 年以色列最大的反渗透海水淡化工厂建成，产水量 100 Mm3/y，预计 2020 年底可以生产饮料用水，产水量 305 Mm3/y[8]. 20 世纪 70 年代末，海水反渗透系统的单 位能量消耗为 20 kW·h·m-3；随着反渗透膜、泵效率和 能量回收系统的改进，80 年代中期，海水反渗透系统 的单位能耗为 8.0 kW·h·m-3；21 世纪初，随着能量回 收技术的出现，海水反渗透系统的单位能耗已经降至 2.0 kW·h·m-3 [9]. Matt Folley 等[10]自制的反渗透海水淡 化系统，水通量为 102 m3/h，产水平均含盐量为 288 mg/L，平均能耗为 2.1 kW·h·m-3，其中反渗透单元的能 耗仅为 1.85 kW·h·m-3. 1.2 苦咸水淡化
关键词：反渗透膜；海水和苦咸水淡化；纯水制备；废水处理；食品加工
中图分类号： TS102.528.1；TQ028.8
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1671－024X（2009）02－0025－05
Application development of reverse osmosis membranes
反渗透作为一种新型的膜分离技术，已广泛应用 于制药行业. 浙江大东吴集团红延药业有限公司根据 其工艺用水特点[18]，选用美国海德能公司的超低压聚 酰胺复合膜，采用二级反渗透法制取医药纯水. 红延 药业有限公司所处的浙江省湖州市自来水水质浊度 低，电导率在 300 μS/cm 左右，硬度（以 CaCO3 计）约 140 mg/L，经反渗透处理后，出水电导率在 0.52~1.92 μS/cm，水通量可达 2.3 m3/h，二级反渗透回收率达到 80%，满足了制药工艺要求 . M Belkacema 等 [19]采 用 BW30LE-440 管式聚酰胺反渗透膜处理阿尔及尔的地 下水作为制药用水，每支反渗透膜的有限面积为 35 m2. 原水经过沉淀、消毒、砂滤等预处理，浊度由 0.46 NTU 降至 0 NTU，产水电导率为 1 700 μS/cm. 预处理 水经过反渗透膜处理后，电导率由 1 700 μS/cm 降至 15 μS/cm，再经去离子处理后，电导率降至 0.59 μS/
Key words： reverse osmosis membranes； seawater and brackish water desalination； preparation of pure water； sewage treatment； foodstuff processing
反渗透膜是以膜两侧静压差为推动力而实现对 液体混合物分离的选择性分离膜，其操作压力一般为 1.5~10.5 MPa，反渗透膜只能通过溶剂（通常是水）而 截 留 离 子 或 小 分 子 物 质 . 20 世 纪 60 年 代 ，Loeb 和 Sourirajan 采用相转化法制备出第一张不对称醋酸纤 维素膜之后，反渗透膜技术才有了突破性的进展[1]. 反 渗透膜的第二次突破是以界面聚合法制备高通量薄 层复合膜的出现 . [2-4] 中空纤维分离膜具有自支撑结 构，组件制备工艺简单，放大效应小，在单位体积内可 提供更大的膜面积[5]，堆积密度比管式膜大，预处理和 维护比卷式膜更为简单 [6]. 但国内外对中空纤维反渗 透膜的研究仍处在实验研究阶段，目前还没有商品化 的中空纤维反渗透膜膜组件，市场上的反渗透膜大多
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2 纯水生产
纯水在人们的日常生活和工业生产中的重要作 用日益突出，饮用纯水的品质已成为影响人们的生活 水平及健康状况的重要因素；另外，对烧碱及制药工 业来说，水质的好坏也直接影响到产品质量. 2.1 饮用水生产
20 世纪 80 年代欧美国家已将反渗透膜广泛应用 于生活用水的净化处理，20 世纪 90 年代后期我国也 开始大规模使用反渗透膜技术. 巴西南部的某超纯水 生产厂，利用膜总面积为 28 000 m2 反渗透系统生产 超纯水，产水电导率为 0.3 μS/cm，反渗透膜的水通量 为 650 m3/h[14]. 咸阳国际机场供水是含铬及氟苦咸水， 水质较差，不宜饮用，尚天宠采用反渗透装置对其进 行净化、淡化处理后成为符合国家生活饮用卫生标准 和世界卫生组织饮水水质准则的优质水[15]. 2.2 工业用水生产
LI Feng-juan， WANG Wei， DU Qi-yun
（Key Laboratory of Hollow Fiber Membrane Material and Membrane Process of Ministry of Education， Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300160， China）
是以界面聚合法制备的全芳香聚酰胺管式或卷式膜. 日东电工集团/美国海德能公司已联合推出增强型的 污染卷式反渗透复合膜-PROC10 和低压高脱盐卷式 反渗透复合膜-CPA 已在纯水制备、废水处理等方面 得到广泛应用. 本文对反渗透膜在海水和苦咸水淡 化、纯水生产、废水处理及食品加工等领域的应用进 行综述.
苦咸水一般指含盐量为 1 000~15 000 mg/L 的天 然水、地面水和自流井水[11]，由于含盐量高，不能直接 应用于工农业生产及人们的生活饮用水，必须进行淡 化处理，才能加以利用. 孙魏等[12]采用超滤膜和反渗透 膜处理含盐量在 4 010 ~ 4 500 mg/L 的苦咸水，对进水 CODMn、总硬度、Cl-、总溶解固体的去除率分别高于 95%、98%、94.73%、97%，其它出水指标如硝酸盐、硫 酸根、细菌和大肠杆菌数量远远优于国家饮用水标准. 反渗透膜处理前后苦咸水的水质指标见表 1.
摘 要： 反渗透膜过滤技术是一种高效、 低能和易操作的液体分离技术， 同传统的水处理方法相比具有处理效果
好，可实现海水淡化、废水的循环利用和对有用物质回收等优点. 本文基于中空纤维反渗透膜技术的发展，
研究其在国内外的应用现状，介绍了反渗透膜在海水和苦咸水淡化、纯水制备、废水处理、食品加工等方面
的应用，并讨论了反渗透膜的研究方向和发展前景.
第 28 卷 第 2 期 2009 年 4 月
天津工业大学学报 JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Vol.28 No.2 April 2009
反渗透膜的应用进展
李凤娟， 王 薇，杜启云
（天津工业大学 中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室，天津 300160）
在工业用水方面，反渗透膜分离技术主要用来脱 盐、脱色和除杂. 张菊青等[16]采用反渗透膜技术制取的 高纯水质量完全达到了烧碱工艺用水要求，反渗透膜 采用美国海德能公司生产的 CPA3-LD 系列超低压卷 式复合膜组件（RO 组件），单支膜组件标准产水量为 41.6 m3/d，标准截留率为 99.7%. 氯碱工业水中的 Ca2+、 Mg2+等离子严重影响产品的质量，因此为得到高纯度 的氯化钠必须将其除去. Madaeni 等人用不同的商品 反渗透膜（FT30，PVD，DOW-PS）对氯碱工业用水进行 处理[17]，研究结果表明，PVD 膜具有较高的钙镁离子脱 除率，同时对氯化钠的截留率较低. 2.3 制药用水生产
Abstract： Reverse osmosis （RO） is a liquid separation technology with properties of high efficiency， low energy consumption and easy operation. Compared to traditional methods of wastewater treatment， reverse osmosis membrane technology has many advantages， such as seawater and brackish water desalination， the circulatory use of wastewater and recovery of useful substances. Research and development of reverse osmosis membrane filtration techniques in the treatment of seawater and brackish water desalination， preparation of pure water， sewage treatment， foodstuff processing are introduced， respectively. In addition， the prospect of these techniques is also discussed.