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艾科浦纯水机反渗透膜技术的应用

[导读]反渗透是渗透的逆过程,它是以压力差为推动力的膜分离过程。简单介绍了反渗透 膜技术产生的背景和发展概况,着重论述了国内外反渗透膜技术的研究现状,介绍了反渗透膜在海水和苦咸水淡化、纯水制备以及医药和化工废水处理等方面的应用

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。

1 海水和苦咸水淡化

膜法脱盐在过去的 40 年里,已经发展成为一个获取饮用水的重要途径[24],为人类解决水资源问题提供了一个有效途径。反渗透脱盐技术现在的应用主要有两大分支:海水淡化和苦咸水脱盐。反渗透海水 淡 化( SWRO) 技 术 自 上 世 纪 70 年代进入海水淡化市场后,发展十分迅速,现在已经占全世界淡化水总产量的 44% ,世界上将近 80% 的海水淡化装置都采用的是反渗透膜技术[25]

21 世纪初出 现 的 能 量 回 收 技 术 使 得 反 渗 透 膜技术的生产成本大大降低,能量回收装置和脱盐 /动力混合装置的发展极大地提高了反渗透海水淡化系统的能量使用效率。目前,反渗透海水淡化系统的单位能耗已经降至 3 kWh /m3 淡水以下[26]。此外,新型反渗透膜组件的设计,例 如 大 直 径 卷 式 膜 组件[27]以及高通量反渗透膜等,也在一定程度上降低了系统的运行成本。

现在世界上最大的反渗透海水淡化装置位于以色列的阿什克伦,其 2008 年的产水量为 1. 11 × 108m3,占到以色列全部需求量的 13% ,产 水 成 本 在 同行业中最低[28]

未来随着对大型反渗透系 统各个阶段 ( 预 处理、反渗透、能量回收和后处理等) 技术和系统设计方面的研究和优化的不断深入,反渗透脱盐在成本和能量利用效率方面的优势会更加的突出[25,29]

苦咸水通常 指 水 中 总 溶 解 性 固 体 含 量 在1 000mg /L 至15 000 mg /L 之 间 的 水 源。由 于 其 较 高 的含盐量不适合用于人类生产和生活饮用,按照世界卫生组织的规定,含盐量低于 500 mg /L 的水才适合人类饮用。目前,反渗透苦咸水淡化( BWRO) 是 利用苦咸水生产淡化水中最具竞争力的方法,有关反渗透苦咸水淡化装置的设计优化已经相对成熟[30]

随着新制膜材料的发展以及成本的降低,反渗透膜技术已经逐渐成为脱盐产业中的主导,配合特定的预处理工艺以及膜系统设计,被广泛应用于各种含盐水质的淡化过程[25]

2 纯水和超纯水的制备

纯水和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 工和医药等领域。目前,利用反渗透膜技术生产超纯水的工艺已经很成熟,反渗透膜能够有效地降低水的电导率和其中总溶解性固体的含量,对大部分盐类成分的截留率超过 95% ,并且水通量大。虽然也出现了膜污染问题,但是通过化学清洗的方法可以有效地解决[31]

另外,伴随着纯水制备工艺的不断进步,传统的阳阴离子交换工艺逐渐被反渗透系统取代,传统的混合离子交换则逐渐被电去离子( EDI) 装 置 取 代,最终发展成了反渗透( RO) -电去离子( EDI) 脱盐系统,与传统方法相比,该系统具有出水质量高、连续生产、使用方便、无人值守、不用酸碱、不污染环境、占地面积小和运行经济等一系列优点,被 称 为“绿色”脱盐系统[32]

3 废水处理

废水资源化具有开发淡水资源与保护环境双重目的。除了脱盐与纯水的制备外,反渗透膜应用最多的就是在废水处理领域,而且绝大多数是对废水的深度处理,所以往往还要结合其他的预处理工艺。最近,科威特建立起17 418 m3 / h 规模的超大型反渗透装置用于污水回用[33]。此外,反渗透也开始应用于水中微量无机污染物 ( 主要包括一些重金属离子)和有机污染物的去除[34 ~ 36],以及一些工业生产废水的处理,例如制药废水[37]、石油化工 废 水[38,39]和炼钢废水[40]等领域。

反渗透膜在应用到这些领域时,主要是通过电荷斥力和空间排阻作用来移除水中的这些化合物,然而废水中各种杂质含量较多,膜表面容易形成沉积层,造成膜性能的急剧下降,所以膜污染和预处理系统设计将会是反渗透系统在应用到这些领域时应该重点关注的方面。

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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。

1 海水和苦咸水淡化

膜法脱盐在过去的 40 年里,已经发展成为一个获取饮用水的重要途径[24],为人类解决水资源问题提供了一个有效途径。反渗透脱盐技术现在的应用主要有两大分支:海水淡化和苦咸水脱盐。反渗透海水 淡 化( SWRO) 技 术 自 上 世 纪 70 年代进入海水淡化市场后,发展十分迅速,现在已经占全世界淡化水总产量的 44% ,世界上将近 80% 的海水淡化装置都采用的是反渗透膜技术[25]

21 世纪初出 现 的 能 量 回 收 技 术 使 得 反 渗 透 膜技术的生产成本大大降低,能量回收装置和脱盐 /动力混合装置的发展极大地提高了反渗透海水淡化系统的能量使用效率。目前,反渗透海水淡化系统的单位能耗已经降至 3 kWh /m3 淡水以下[26]。此外,新型反渗透膜组件的设计,例 如 大 直 径 卷 式 膜 组件[27]以及高通量反渗透膜等,也在一定程度上降低了系统的运行成本。

现在世界上最大的反渗透海水淡化装置位于以色列的阿什克伦,其 2008 年的产水量为 1. 11 × 108m3,占到以色列全部需求量的 13% ,产 水 成 本 在 同行业中最低[28]

未来随着对大型反渗透系 统各个阶段 ( 预 处理、反渗透、能量回收和后处理等) 技术和系统设计方面的研究和优化的不断深入,反渗透脱盐在成本和能量利用效率方面的优势会更加的突出[25,29]

苦咸水通常 指 水 中 总 溶 解 性 固 体 含 量 在1 000mg /L 至15 000 mg /L 之 间 的 水 源。由 于 其 较 高 的含盐量不适合用于人类生产和生活饮用,按照世界卫生组织的规定,含盐量低于 500 mg /L 的水才适合人类饮用。目前,反渗透苦咸水淡化( BWRO) 是 利用苦咸水生产淡化水中最具竞争力的方法,有关反渗透苦咸水淡化装置的设计优化已经相对成熟[30]

随着新制膜材料的发展以及成本的降低,反渗透膜技术已经逐渐成为脱盐产业中的主导,配合特定的预处理工艺以及膜系统设计,被广泛应用于各种含盐水质的淡化过程[25]

2 纯水和超纯水的制备

纯水和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 工和医药等领域。目前,利用反渗透膜技术生产超纯水的工艺已经很成熟,反渗透膜能够有效地降低水的电导率和其中总溶解性固体的含量,对大部分盐类成分的截留率超过 95% ,并且水通量大。虽然也出现了膜污染问题,但是通过化学清洗的方法可以有效地解决[31]

另外,伴随着纯水制备工艺的不断进步,传统的阳阴离子交换工艺逐渐被反渗透系统取代,传统的混合离子交换则逐渐被电去离子( EDI) 装 置 取 代,最终发展成了反渗透( RO) -电去离子( EDI) 脱盐系统,与传统方法相比,该系统具有出水质量高、连续生产、使用方便、无人值守、不用酸碱、不污染环境、占地面积小和运行经济等一系列优点,被 称 为“绿色”脱盐系统[32]

3 废水处理

废水资源化具有开发淡水资源与保护环境双重目的。除了脱盐与纯水的制备外,反渗透膜应用最多的就是在废水处理领域,而且绝大多数是对废水的深度处理,所以往往还要结合其他的预处理工艺。最近,科威特建立起17 418 m3 / h 规模的超大型反渗透装置用于污水回用[33]。此外,反渗透也开始应用于水中微量无机污染物 ( 主要包括一些重金属离子)和有机污染物的去除[34 ~ 36],以及一些工业生产废水的处理,例如制药废水[37]、石油化工 废 水[38,39]和炼钢废水[40]等领域。

反渗透膜在应用到这些领域时,主要是通过电荷斥力和空间排阻作用来移除水中的这些化合物,然而废水中各种杂质含量较多,膜表面容易形成沉积层,造成膜性能的急剧下降,所以膜污染和预处理系统设计将会是反渗透系统在应用到这些领域时应该重点关注的方面。

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