1、关于反渗透方法处理水的研究与应用进展摘要 本文论述了目前国内外关于膜分离技术之一的反渗透方法在水处理上的研究，应用的进展，例举作者实验的数据论述了反渗透法处理水的技术经济可行性，阐述了应用该种方法进行浓缩与净化的较适宜的诸种情况，在此基础上提出目前反渗透面临的研究课题。 中图分类号：P747+.6 文章编码： 一、导言 尽管世界上目前还没有开展全球范围内的大规模的膜分离技术研究，然而 1987 年在日本冬季举行的膜会议上，仍将“21 世纪的多数膜工业过程中所扮演的战略角色”列为专题，进行深入讨论，并把“膜分离技术”认为是到 21 世纪末最有发展前途的高技术之一。 上世纪末，出现了制造滤膜的企业
2、，而反渗透技术问世最早的则是1953 年美国的雷德（Reid）的研究。其后，在 1960 年又经罗埃伯（Loeb）与索利垃金（Souri rajan）的共同改进和提高，终于在同年制成了世界上第一张具有高脱盐率、高透水量的非对称性醋酸纤维素半透膜，并首次用于海水和苦咸水的淡化工作。 膜分离技术的大力发展与工业应用史大致为：30 年代微孔过滤，40年代透析，50 年代电渗析，60 年代反渗透，70 年代超滤和液膜，80 年代气体分离，90 年代渗透气化（或渗透蒸发） 。 本文论述的反渗透方法是膜分离技术在水处理上应用较广泛的一种。我国的反渗透研究始于 1965 年，70 年代开始超滤研究，80 年
3、代是我国反渗透、超滤和微滤举世瞩目技术大发展的 10 年。本世纪，反渗透、超滤和微滤在我国已初步完成了从实验室到工业化的过渡。 反渗透装置用一种半透膜将淡水和盐水隔开，该膜只让水分透过，而不让溶质通过，由于淡水中分子的化学位高，所以淡水中水分子自发地透过膜而渗流入盐中。盐水高度上升，有渗透压，如在盐水侧施加压力，当压力大于渗透压时，盐水中的水分子向淡水中渗去，并合盐水增浓，达到水与盐分离的效果。 目前反渗透装置多为板状结构、卷状结构、管状结构、空心纤维结构。 反渗透膜的研究，目前已进入抗氧化膜研究阶段。而目前常用的反渗透为以下四类：醋酸纤维膜（由一种两层结构的非对称结构膜，该膜的浇铸液是由醋酸
4、纤维、丙酮、过氧化镁、诸种添加剂及水组成） ；非醋酸纤维膜（有聚酰胺酰肼膜、PBI 膜；PPO 膜、芳香族聚砜膜等） ；空心纤维膜；半透复合膜。 二、反渗透法目前应用领域及面临课题 反渗透法比之其它现有分离过程（如蒸发、冷冻等）具有相态不变、无需加热，设备简单、效率高、占地少、操作方便、能量消耗低、适应性强等显著特点，其应用从海水、苦咸水的脱盐开始，已发展到对食品、医药的浓缩、超纯水的制造、锅炉水的软化、化工液中有用物质的回收、城市汗水的处理以及微生物细菌病毒的分离控制等诸方面。 某厂以反渗透法作为离子交换法的预处理，可使离子交换树脂的再生费用节约 95%，而且由于反渗透中除去了污染物质，所以
5、保护离子交换树脂不易老化，该厂采用反渗透装置，水的回收率为 75%，脱盐率为96%。以上，这种水经离子交换处理后，共锅炉水使用。 水资源短缺是目前世界上关注的重要环境问题之一。而海水淡化是利用水资源有效途径之一，海水中盐份约为 35000PPm（主要是 NaCI） 。为了要使海水经反渗透处理后获得 500PPm 以下的饮料用水，就必须选用脱盐率 99%以上的高效半透膜。同时，海水在常温时渗透压接近 25 公斤厘米 2，故应选用耐操作压力 100 公斤?厘米 2 进行其海水淡化。 反渗透对电镀废水中所含 Zn、Bi、Cd、Cu、Cr 等重金属盐的分离情况表明，对硫酸盐的去除率是 99.7%以上，
6、对氯化物的去除率为9095%。 在印染工业中合成纤维加工后处理的染色废水以反渗透方法处理，除去色素，分离掉的浓缩残留物可以回用。 某化工区，甘油制造排出的废水为暗褐色，其中含甘油 13%；各种聚丙三醇为 1020%；这种废水以反渗透方法处理（以 CA 膜） ，无机物与聚丙三醇的回收率分别达 91.6%和 92.1%。 针对含 Fe、Al 的矿山酸性废水，以卷式反渗透装置处理，在进水含盐总浓度 5500PPm 的状况下，水回收率达 95%，得到含总固体 550PPm 的出水。 目前以硝酸盐处理地下水以及制药工业废水，反渗透方法应用愈来愈多。对照像工业废水，以 CA 为反渗透膜先将定影液中银浓缩到
7、电解所需浓度，以后以电渗析回收银。 实验表明，反渗透法在各种净化和浓缩处理中，尤以下列情况应用更为有利： （1）在生产过程中需要大量清水，同时又伴有大量废水排泄出来，如此通过反渗透处理，被净化的水又返回去重新使用； （2）废水中含有可观的贵重物质，而此等物质可借反渗透回收； （3）属不适于加热或减压处理的过程，如食品工业中的汁类浓缩等；（4）过程的用水要求，必需采用几乎完全循环的系统，以进行水的再生使用，不能损失浪费。诸如宇宙飞船中人类尿的处理或野战医院的废水处理而言。 目前反渗透研究与应用面临课题主要见于七方面（表 1 所示）： 表 1 目前反渗透研究与应用面临课题 三、反渗透处理微有机污染
8、物实验结果与成本分析 针对鸭绿江太平湾段江水微污染物，以 CA 膜、2.8WPA 运行压力操作，其进水与出水 CODmn 浓度列于表 2： 表 2 鸭绿江太平湾段江水微污染物处理实验结果 注: CODmn 浓度单位 mgL 由表 2 可见，7 号水样处理率偏低（74.26%） ，其余 11 个水样处理率均在 93%以上。 其处理成本按膜更换费、电费、设备折旧、人工费、基本水费、化学药品费六项共同计算，处理每吨水需 1.698 元。 针对鸭绿江太平湾段江水，以美国 DESAL 技术，以 CA 卷式反渗透膜元件处理微污染物，其实验结果列于表 3。 表 3 单位：mgL 据文献3报导，目前国外凡以反
9、渗法处理工业废水的工厂，其成本费每净化 1?废水约为 5.19.2 美分。如果同时折合各有用物质的回收价值，则成本费可进一步下降。 反渗透厂的主要费用比例为：运转人工费约 15%，动力费约 15%，设备费约 24.5%，换膜费（1 年半至 2 年换一次）约 3.15%，其他费约14%。 反渗透法的运转成本与原水浓度也密切相关。以某市地下苦咸水脱盐为例，当生产规模为 1.90019.000 吨天时，只有原水浓度超过3000PPm 时，反渗透法才比电渗析法处理成本低，去除率相近；又如以海水淡化为例，当盐水浓度为 2.000PPm 时，电渗析法与反渗透法的处理费相近，但在 10.000PPm 时，前
10、者将比后者高 34 倍。 四、展望 （1）鉴于反渗透法愈来愈广泛应用于水处理中，人们对成本低与出水水质有更严格的要求，到 2014 年，该法将扩展为可用于生产的两段反渗透法； （2）反渗透膜技术将以更快的速度、更广的规模发展； （3）反渗透法的双层床操作与联合应用将进入可生产阶段； （4）到 2014 年，我国的反渗透技术不仅能形成完整的工业体系，而且在研究、生产等应用领域将以更广泛的形式与世界各国进行交流与协作。 参考文献 （1）郑领英，中国海水淡化与水再利用学会成立十周年专集，1992.10，常州. （2）Michaels A.S.Desalination,1990,77(13). (3)Bvian Leightell,Filtration and Separation8(6)715720,1971.
