反渗透膜在水处理中的研究进展

反渗透膜在水处理中的研究进展

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, 比传统的水处理方法效果好,可实现海水淡化、废水的循环利用及对有用物质有效回收。本文主要介绍了反渗透原理及反渗透膜种类，进一步总结了反渗透膜在各种污水的中的应用，最后对反渗透膜技术的发展趋势作了简单介绍。

关键词:反渗透膜；原理；有效；发展

Abstract Reverse osmosis membrane filtration technology is a high efficient, low operation and the liquid separation technology, than conventional water treatment effect is good, can realize the seawater desalination, wastewater recycling and effective to useful material recycling. This paper mainly introduces the reverse osmosis principle and reverse osmosis membrane type, further summarizes the reverse osmosis membrane of the application in wastewater, and finally to reverse osmosis membrane technology development trend are introduced.

Keywords RO theory effective development

20世纪80年代初, 美国就克服纤维素材料的缺陷,研发出高水通量、高盐截流率的复合聚酰胺膜, 使得反渗透技术广泛应用于工业领域。现在已从最初的海水、苦咸水脱盐及各种纯水制造的生活领域应用向废水处理、回用的环保领域发展。目前一方面水资源缺乏, 要求不断开发利用比以前品质更低的水源; 另一方面政府环保部门施加的压力及公众对高品质饮用水的需求要求处理方法更新、处理程度提高, 这给膜分离技术尤其是反渗透膜技术带来了巨大的市场潜力和发展空间

1 反渗透原理及反渗透膜种类

反渗透是一种以压力为推动力的膜分离过程。在使用中为产生反渗透压,需用水泵给含盐水溶液或废水施加压力,以克服自然渗透压及膜的阻力,使水透过反渗透膜,将水中溶解盐或污染杂质阻止在反渗透膜的另一侧。其原理详见图1。

膜是反渗透系统的心脏,膜的好坏直接决定着反渗透系统的性能。采用不同膜材料制备的反渗透膜具有不同的化学稳定性、热稳定性、机械性能和亲和性能。目前,常用的膜材料有: 1.纤维素酯、二醋酸纤维素及三醋酸纤维素; 2.聚芳香酰胺; 3.聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮、聚酰胺酰肼和聚酰亚胺。

2 反渗透膜在水处理中的应用

2.1 反渗透膜在水处理方面的常规应用

水是人们赖以生存和进行生产活动必不可少的物质条件。由于淡水资源日益缺乏,世界上反渗透水处理装置的能力已达到每天数百万吨。现在采用反渗透膜淡化海水制取饮用水已成为最经济的手段[5],每吨水耗电在5 kW·h 以下,最大的装置处理能力达2.0×105 m3/d,同样它也是苦咸水淡化最经济的方法,每吨水耗电在0.5~3 kW·h,最大的装置处理能力达1.3×105 m3/d。2000 年,在国家科技部重点科技攻关项目“日产千吨级反渗透海水淡化系统及工程技术开发”的支持下,1000 t/d 级的反渗透海水淡化示范工程先后在山东长岛、浙江嵊泗建成。

2.2 反渗透膜在城市污水方面的应用

目前,反渗透膜在城市污水深度处理方面的应用尤其是污水处理厂二级出水回用及中水回用等,已受到高度重视。美国California Orange 县WF21 工厂最早在废水深度处理中使用了反渗透膜技术。中东不少缺水国家也采用反渗透膜技术处理城市污水,其一级反渗透膜出水含80mg/L,二级出水含盐10 mg/L 达到回用要求。SUZUKIY[7]等将不同组件形式、不同材质的反渗透膜用于生活污水回用处理研究,结果表明: 螺旋卷式聚乙烯醇复合膜和三醋酸纤维素中空纤维膜在废水回用工艺中具有较高的实用价值: 膜透过液水通量较大,水质无色透明、无味, 粪便大肠菌类的截留率为100%,渗透液COD 为1～2 mg/L, 色度≤1 度, 磷含量

为0.01 mg/L,基本与城市给水相差不大。悉尼奥运会体育场馆将经SBR 工艺处理的生活污水和经沉降和水生植物氧化塘处理的雨水混合后送到0.2 μm 的微孔过滤系统进行净化,得到可冲厕所用的中水; 中水再经过反渗透处理用于场馆绿化,这样既节约了自来水, 又减少了市政污水处理量,实现了绿色奥运。

2.3 反渗透膜在垃圾渗滤液中应用

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。但反渗透膜技术对这种波动“不敏感”,且最新一代的反渗透膜也保证了反渗透膜技术在渗滤液处理中的正常运行。Hurd 等选用3 种低压聚酰胺反渗透膜对Trail Road 垃圾填埋场的渗滤液进行处理,结果透过液的流量取决于操作压力大小及TOC 的浓度,当操作压力>1.03×106 Pa 时,透过液的流量为26.0～54.0 L/ (m2·h), TOC 和Cl-的去除率>96 % , NH3- N的去除率> 88 %。Angeloy 等用SW30- 2521 型卷式膜对意大利Pietramelina 垃圾填埋场的渗滤液进行了中试,试验表明,当渗滤液COD增至1 749 mg/L 时,渗透量大大降低,操作压从2.0 MPa 增至5.3 MPa 时,COD 的去除率从96%上升为98%,此外,COD 对金属去除率的影响和金属离子的属性有关。最早应用于垃圾填埋场渗滤液处理的反渗透系统是盘管式膜组件。1998 年, 盘管式反渗透(DT- RO) 系统进入垃圾填埋场渗滤液处理市场。美国国家环保局(USEPA) 对DT- RO 系统进行过全面的经济技术评价, 认为DT- RO 对渗滤液中污染物的去除非常有效,对总有机碳( TOC) 的去除率大于96.7%, 对总悬浮物( TDS) 的去除率超过99.4%, 对挥发性有机物