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反渗透水处理工艺的应用与发展

反渗透水处理工艺的应用与发展 摘要:反渗透是一种膜分离技术。本文简要概述了反渗透的原理,种类及其性能指标和影响因素;重点说明反渗透水处理工艺在水处理中的应用,以及对反渗透水处理系统的优化;最后分析了目前反渗透工艺存在的问题及其今后的发展趋势。 关键词:反渗透 水处理 膜装置 应用 发展 1 反渗透的概念及原理 1.1 反渗透的概念 反渗透(Reverse Osmosis)是利用反渗透膜选择性的透过溶剂(通常是水)而截留离子物质,以膜两侧静压差为动力,克服溶剂的渗透压,使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程[1]。近年来,随着食品工业的发展,膜技术在食品工业上得到了越来越广泛的应用[2]。另外,在环境工程[3]、气体分离、生物工程、医药提纯、市政给水、直饮水等民用方面得到了广泛的应用。 1.2 反渗透的分离原理 反渗透是一种以压力为推动力的膜分离过程。反渗透过程是自然界的逆过程。在使用过程中为产生反渗透压,过程需用水泵将含盐水溶液、含污废水等施加压力,以克服自然渗透压,从而使水透过反渗透膜,而将水中溶解盐等杂质阻止在反渗透膜的另一侧[4]。 反渗透是渗透作用的逆过程,实现反渗透有两个条件:一是外加压力必须大于溶液的渗透压;二是必须有一种高选择性、高透水性的半透膜。用于反渗透的半透膜表面微孔尺寸一般在1nm左右,能去除绝大部分离子、质量分数90%~95%的溶解固形物、95%以上的溶解有机物、生物和胶体以及80%~90%的硅酸[5]。 2 膜材料的选择及分类 2.1 反渗透膜的主要性能指标及影响因素 1)、脱盐率和透盐率:脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度,脱盐层越致密脱盐率越高,同时产水量越低。 2)、产水量:产水量指反渗透系统的产能,即单位时间内透过膜水量,通常用吨/小时或加仑/天来表示。渗透流率是表示反渗透膜元件产水量的重要指标。指单位膜面积上透过液的流率。反渗透系统中膜元件的渗透流率如表1所示 表1 膜元件的渗透流率 进水类型反渗透产水地下水地表水苦咸水海水典型含盐量(mg/L)<500300-1500200-15001500-500032500最大渗透率(GFD)301512128 3)、回收率:回收率指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。 4)、进水压力:进水压力本身并不会影响盐透过量,但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高,使得产水量加大,同时盐透过量几乎不变,增加的产水量稀释了透过膜的盐分,降低了透盐率,提高脱盐率。当进水压力超过一定值时,由于过高的回收率,加大了浓差极化,又会导致盐透过量增加,抵消了增加的产水量,使得脱盐率不再增加。 5)、进水温度:进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降 ,随着水温的增加,水通量也线性的增加,进水水温每升高1℃,产水通量就增加2.5%~3.0%[6]。 6)、进水pH值:进水pH值对产水量几乎没有影响,而对脱盐率有较大影响。由于水中溶解的CO2受pH值影响较大,pH值低时以气态CO2形式存在,容易透过反渗透膜,所以pH低时脱盐率也较低,随pH升高,气态CO2转化为HCO3-和CO32-离子,脱盐率也逐渐上升,在pH7.5~8.5间。 7)、进水盐浓度:渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数,含盐量越高渗透压也增加,进水压力不变的情况下,净压力将减小,产水量降低。透盐率正比于膜正反两侧盐浓度差,进水含盐量越高,浓度差也越大,透盐率上升,从而导致脱盐率下降。 结论:进水压力升高产水量加大,脱盐率增大,当进水压力超过一定值时,脱盐率不再增加;进水水温的升高透盐率的增加,脱盐率的下降,主要是由于盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快;pH低时脱盐率也较低,随pH升高,脱盐率也逐渐上升;进水含盐量越高,浓度差也越大,透盐率上升,脱盐率下降[7]。 2.2 膜材料的选择 膜材料是反渗透装置的基础,膜材料的质量直接影响到处理效果。目前,膜材料主要分为两大类:有机高分子材料和无机材料。由于无机高分子材料的组件较重,运行费用高,材料价高,故应用较少。目前广泛使用的是有机高分子材料,醋酸纤维素和芳香聚酞胺系列两大类及其复合膜。 1)、酸纤维膜(CA膜):现在销售的CA膜实际是醋酸纤维素和三醋酸纤维素CCTA的混合膜,该膜脱盐率高达95%以上,且较其它膜便宜,并有较大的耐污染性,是唯一具有耐氯性的主要商品膜;但该膜易受微生物侵蚀而降解,从而使膜的脱盐率低;在酸性、碱性条件下易水解,还原成纤维和酸。最佳使用pH值为5~6。 2)、聚酰胺膜(PA膜):该膜不易受微生物侵蚀而降解,不易水解,通常可在pH4~pH11范围内运行,但该膜如受到氯或其它氧化剂侵蚀,最高运行温度为40度。 3)、复

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