反渗透技术在水处理中的应用

现状及展望

(黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江,哈尔滨)

摘要:水的治理一直是从工业化进程开始就是一个重要的环境治理问题，作为水处理技术之一的反渗透技术从产生现在，经历了几十年的发展，目前在水处理方面的应用较为广泛。本文简单介绍了反渗透技术的原理和发展历程，并在总结前人研究的基础之上，通过资料收集的方式，从给水处理和污废水处理两个方面对于反渗透技术的应用现状进行了描述，并对其作出了展望。

关键词: 反渗透 水处理 现状 展望

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Key words: Water

前言

水处理是指通过物理、化学、生物的手段去除水中一些对生产、 生活不需要的有害物质的过程，是为了适用于特定的用途而对水进行的沉降、过滤、混凝、絮凝、缓蚀以及阻垢等水质调理的过程。要对水进行处理，就要了解水处理的阶段。从水的循环来看，分为社会循环和自然循环两种类型，水的社会循环是人类所主导的，因此也是水性质发生变化的主要原因。首先，为满足人们生产生活以及其他活动而向自然界取得天然的或非天然的水，而这些水在不能满足使用条件的情况下，需要人们对其加以改造，这个过程称为给水处理。对被人们用于生产生活以及其他活动之后，导致水质发生了改变，不宜直接排放之自然界或者再利用的水进行处理，使其能够达到排放或再利用的标准的过程即是污废水处理。水的处理又分为预处理、一般处理和深度处理，深度处理技术主要包括臭氧处理活性炭吸附、臭氧生物活性炭、膜分离、离子交换等。其中膜分离技术中的反渗透膜目前应用广泛

图1 水的社会循环图

一、 反渗透技术及其发展

渗透作用（）指两种不同浓度的溶液隔以半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜），水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。或水分子从水势高的一方通过半透膜向水势低的一方移动的现象。与此相反，反渗透（Ro），是60年代发展起来的一项新的膜分离技

术，现已逐渐成为当今最先进和最节能有效的膜分离技术。其原理是依靠反渗透膜在压力作用下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。由于反渗透膜的膜孔径非常小(仅为10A左右)，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。

（1）渗透开始 （2）渗透平衡 （3）反渗透

图2 渗透与反渗透

压力

早在1748年就法国人Abble 就发现了渗透现象。1950年，美国科学家DR.S.在海鸥身上发现一种可以过滤海水的膜，并对这种膜作了研究，奠定了反渗透的理论基础。1953年美国佛罗里达大学的Reid等人首次提出用反渗透技术淡化海水的构想，1960年美国加利福尼亚大学的Loeb和研制出第一张可实用的反渗透膜，标志着现代膜科学技术的诞生。从20世纪60年代以来，反渗透技术日益受到人们的关注，反渗透膜开发有了重大突破，膜材料从初期单一的醋酸纤维素非对称膜发展到表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜等新型材料与高效膜。

在我国，反渗透技术的发展集中体现在反渗透膜的研制过程中。上个世纪六十年代末，海水淡化会战是乙酸纤维素不对称膜打开发打下了基础；随后的七十年代和八十年代对反渗透膜进行了深入研发。1984年，国家海洋局以海水淡化研究室为主体，组建国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心，中国开始对膜技术重视了。膜行业开始进入产业化，并应用在水处理中，特别是海水淡化方面。直到2001年，中国有了自己的反渗透膜产品，享有完全自主知识产权、由中国制造、具有民族品牌的高性能复合膜元件开始投放市场，中国成为世界上第四个掌握自主反渗透膜技术的国家。而杭州水处理下的杭州北斗星膜制品有限公司也

成为全球八家自主反渗透膜生产厂家之一。现在我国的反渗透技术发展迅速，已广泛应用于给水和污废水的处理中。

二、

反渗透技术应用现状

目前，国内反渗透膜工业在给水处理和污废水处理都有应用,其中给水处理应用领域最大仍为大型锅炉补给水、各种工业纯水，饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工等行业的应用也形成了一定规模。反渗透用后处理水主要用于城镇生活污水深度处理、工业制造业(电镀废水、制药废水、纺织工业废水、放射性废水、化工废水、食品加工废水等)以及浓缩酰胺废水等方面。用于去除污废水中的有机物、细菌、coD、重金属以及盐类物质。

2.1给水处理方面的应用 2.1.1 海水苦咸水的淡化

海水淡化是一种从海水中通过脱盐的方式提取淡水的技术，实现了水资源利用的开源增量技术。目前海水淡化技术有超过20种。从1974年起，美日等发达国家先后把海水淡化的发展重心转向反渗透法。国内海水淡化从上个世纪五十年代起步，到20世纪80年代开始重视膜技术的研发。因为反渗透在海水淡化中具有投资少、能耗低等优点，所以利用反渗透技术进行海水淡化淡化成为世界的主流技术之一。全国已建成海水淡化工程总体规模不断增长。据初步估计,国内运转的产水量大于100m3/d的反渗透淡化装置总数量不少于500台，这些反渗透淡化装置的淡化对象大多数属于地表水、自来水或苦咸水。截至 2013 年底，全国已建成海水淡化工程 103 个，工程总规模达到日产 90.08 万吨，最大海水淡化工程规模为日产 20 万吨；我国海水淡化主要采用反渗透和低温多效蒸馏海水淡化技术，其中反渗透海水淡化项目 90个，占全国总产水规模的 63.67%[2] 。

[1]

2.1.2 锅炉补给水处理

锅炉补给水是指未经处理的天然水在经过一些水处理工艺之后，主要是除盐，用于补充发电厂锅炉水汽损失的水。反渗透技术处理水是当代较为先进的脱盐技术，它的除盐率可以达到95%以上，是对水中含盐量较高时采用的预脱盐手段之一，以达到减少酸碱的排放量，保护锅炉的目的，提高了水处理的运行水平。张风丽在其论文中指出：随着能源紧张，原材料价格大幅度提高，水资源匮乏等问题日益突出，反渗透脱盐技术以其能耗低，无污染，适应性强，便于操作，运行费用低，在锅炉补给水方面占据愈来愈重要的地位。在2009年的时候，有人将双级反渗透纯水装置应用于锅炉补给水的处理之中，该系统具备操作十分便捷、可在线监测、并且能进行全面持续的分析数据等特点，已被广泛推广。反渗透技术是一项极佳的水处理工艺，在锅炉补给水处理中应用反渗透技术，不仅能够保障锅炉的安全运行，同时也带来了良好的社会效益与经济效益[4]。

[3]

2.1.3 纯水与超纯水的制备

纯水指的是不含杂质的H2o。其主要应用在生物、 化学化工、冶金、宇航、电力等领域。超纯水，电阻率达到18MΩ*cm（25℃）的水。常用于集成电路工业中用于半导体原材料和所用器皿的清洗、光刻掩模版的制备和硅片氧化用的水汽源等。此外，其他固态电子器件、厚膜和薄膜电路、印刷电路、真空管等的制作也都要使用超纯水。因此，纯水和超纯水一般应用最普遍的还是电子工业和制药行业，其实就是一种不可或缺工业加工原料。制取纯水的方式很多种，可以通过电渗析法、离子交换法、反渗透法、蒸馏法及其他适当的加工方法制得。

我国在二十世纪八十年代将反渗透技术与离子分离技术相结合，创造出一种全新的是技术，并且把种全新的技术使用到纯水与超纯水的制作当中；相比于单纯的离子分离制作技术，这种结合了反渗透技术的制作技术，在酸碱消耗方面就减少了95%，从而使得总的制作成本下降了30%[5]。有研究表明，如果混床过滤技术结合反渗透技术，这样可以使生产后的出水量加大，并且可以明显改善和提高水质，降低成本，提高经济效益。

2.1.4矿井水处理

矿井水是煤炭开采过程中产生的副产物，水质具有显著的煤炭行业特征。矿井水中还含有废机油、乳化油等有机物污染物，而且一般情况下，矿井水总离子含量也比地表水高得多。反渗透应用于矿井水处理中，主要是将处理后的含盐矿井水经过反渗透技术脱盐，从而达到饮用水的标准[6]。为了开源节流，保护环境，节省成本，越来越多的煤矿在建设时，考虑将矿井水处理后，一部分用于井下消防用水，另一部分用于生活饮用水。并且反渗透作为水的深度处理技术，能够有效对水进行脱盐，所以目前成为矿井水深度处理的首选技术。图3是山西亚美煤矿矿井水处理流程图。

图3 山西亚美煤矿矿井水处理流程图

2.1.5生活饮用水处理

自来水经过加氯消毒一般可以达到地方饮用标准，但并不表明它是标准的饮用水，其主要原因：家里用的自来水在生产过程中使用氯净化水，虽然可杀死病原微生物等有害物质，但加入氯本身有造成更严重的化学污染，氯可以水中的有机物生成三氯甲烷，它是一种致癌物质；另外水中还有如化肥、除草剂、杀虫剂、铁锈和氯净化不了的病原体等对人体有害的物质，严重威胁着人们的健康。另外，在自来水的供水管网中，管道陈旧生锈，城市高楼水箱和楼群蓄水池不洁净或常年不消毒都可能造成二次污染，而净水器可以有效的改善自来水。工业飞速发展的今天，由于水污染问题越来越严重，传统工艺对水的处理以及自来水厂供应的已经达不到人们对于生活饮用水的要求，并且在心理作用，越来越多的人选择对于自来水厂所提供的水进行进一步的深度处理，以达到生活饮用水的要求。家用

净水器成为广大家庭的选择，市场的的以反渗透技术为核心的净水器 越来越多，诸如：美的、沁园、立升、东池嘉爱、泉来、开能、安吉尔等 品牌均有采用反渗透技术研发净水器。

2.2污废水处理方面的应用 2.2.1城市生活污水处理

反渗透技术作为一种深度水处理技术，在城市生活污水的无害化处理中应用并不是很广泛。目前随着经济的发展及城市化进程的加快，城市用水供需比低于0.94，我国城市用水出现短缺，因此，将污水再利用不仅减轻了环境污染，而且也是解决水资源短缺的有效方法[7]。我国在水循环利用率上和发达国家存在较大的差距，因此城市生活污水的循环利用具有较大的发展空间。

反渗透技术作为一种膜分离技术，代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥一下变化 [8]：1、不再存在污泥膨胀问题，在调控活性污泥系统时，不必考虑污泥的沉降性能，从而使工艺控制大大简化；2、瀑气池的污泥浓度将大大提高，MLSS可以大于20g/L，从而使系统可在超大泥龄、抄底负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物的需求；3、在同样的处理要求下，可以使瀑气池容积大大减小，节省处理厂的占地面积；4、污泥浓度的提高，要求较高的瀑气速率，因而纯氧瀑气将随着膜的分离而被大量采用。图4[9]是一个污水回用处理工艺流程图。将反渗透运用到污水的处理中，增加水循环利用率，不仅处理效果好，增加经济效益而且保护环境。

图4 污水回用处理工艺流程图

2.2.2工业污废水处理[10]

工业污水的各个组分可视作污染物,也可视作资源,其所含组分常常具有可

利用价值,所以工业污水的处理不仅要降低排放量,还要考虑资源的重复利用。

(1)电镀行业产生的污水。电镀行业产生的电镀废水一般含有大量的有害重金属离子,采用一般处理方法很难去除,造成环境污染,但反渗透膜技术却能很好地去除电镀废水中的重金属离子,并且离子价数越高越易被去除,而分离出的重金属能够被回收利用,处理后的达标水即排放,具有良好的经济效益。

(2)电厂污水。火力发电厂中产生的污水量最大的是冷却塔排污,若将冷却塔循环排污水直接排放,极大地浪费水资源,由于冷却塔循环用水量很大,若将冷却塔循环排污水采用反渗透膜技术进行处理达标后回用于循环水系统,可节约资源、提高水利用率。

(3)纸浆及造纸工业产生的废水。纸浆及造纸工业在生产过程中产生的废水具有高浓度、高色度、高生化需氧量等特性,且通常含有害杂质,对环境影响极大。采用反渗透膜技术处理纸浆及造纸工业产生的废水,可有效去除废水中的污染物,也可提取其中的有用物质回收利用[11]。

(4)放射性废水。核电厂废水与火力发电厂废水都具有水量大的特点,但因核电厂以放射性核燃料为能量来源,其废水还具有放射性。由于反渗透膜技术处理废水的效果与废水中金属盐是否具有放射性无关,因此反渗透膜技术非常适合处理此类废水。另外,反渗透膜技术处理核电厂加压水反应堆操作中的蒸汽发生器的排污水,能能显著减少其排污量[11]。

2.2.3食品加工废水处理[12]

我国中小城镇中分布着大量的食品加工企业，这些企业的现代化程度和生产规模日益提高，但是产生的废水水质恶劣，废水量不断增加，对环境危害十分严重。食品工业是耗水大户，这些耗用的水仅少部分用于食品生产本身，大部分是用于食品生产过程中的洗涤和清洁，因此完全可以将这些废水加以回收利用。基本上以粮食为主要原料的发酵工业所产生的污染物主要是由于粮食未被充分利用造成的，因此，排入水环境的污染物绝大部分是具有回收价值的产品和副产品。早在上个世纪九十年代，食品工业中就开始大规模地采用膜技术处理废水。用膜技术分离发酵液中菌体、浓缩产品、开发新产品、改革生产工艺、提高工艺用水的回用率，具有十分广阔的前景。膜技术处理食品工业废水具有操作、控制和维

修简单，占地面积小，高效、节能等优点。膜分离技术在食品发酵废水以及大豆、果蔬、肉类及乳品加工中的废水处理中都得到了很好的应用。

三、反渗透技术展望

反渗透技术在处理水中的盐类、微生物、胶体物质及一些重金属离子等方面具有很好的效果，并且有良好的经济效益和社会效益，因此发展很快，现如今在各个行业的给水和污废水处理中都有所应用。有资料预测反渗透工艺将取代其它工艺成为适用于任何水源的首选水处理方案，反渗透技术将成为21世纪最具发展前途的高新技术之一[13]。总结反渗透发展的方面主要包括以下几点。

反渗透技术的核心是反渗透膜和膜组件，在今后的发展中肯定会围绕膜技术来展开。目前而言，膜都存在膜污染的状况，研究如何解决膜污染的问题是一个重要的方向。解决膜污染可以从三个方面来研究，一个是低污染膜材料的研发，第二个就是膜污染的治理，第三个方面就是从污染源上减小或杜绝污染。

研制和开发新型膜材料和膜组件。主要包括超低压膜、低压复合膜以及耐高温、食品级、卫生级反渗透膜等的研发。这些新型膜材料和膜组件的研发，可以扩大国内膜市场，有效降低膜材料成本，有利于进一步扩大反渗透技术在水处理中的应用。

反渗透技术作为一种高新的深度水处理技术，虽然对于水的深度处理有良好的效果，但是在其对进水水质有较高的要求。因此将反渗透工艺和其他的膜技术，如超滤、纳滤、微滤等，或者其他的水处理工艺，如SBR、活性炭吸附、好氧颗粒污泥等结合使用，也是其发展的方向之一。

四、结语

总的来说，随着社会经济的发展，淡水作为一种战略资源，具有极其重要的作用。再生水厂概念的提出，具有重要的意义，反渗透技术因其高效的处理效率和良好的经济效益，在水的再生循环中的作用不可小觑。反渗透技术在二十一世纪的发展肯定会更加迅速。

参 考 文 献

[1] 解利昕等,反渗透海水淡化技术现状与展望[J].中国给排水，2000,25 [2] 曲磊等,反渗透技术在海水淡化工程中的应用[J].江西化工，2015,29-30 [3]张风丽,反渗透技术在锅炉补给水预处理中的应用[J].科技与企

业,2012,344-346

[4] 李淼,反渗透技术在锅炉补给水处理中的应用研究[J].内蒙古科技与经济，

2015,120-121

[5] 苏敏.反渗透技术应用探究[J].中国新技术新产品，2014,(3）:3

[6] 郭阿娟.反渗透技术在煤矿水处理中的应用[J].科技情报开发与经济,2011

（24）

[7] 徐晓莉.反渗透技术在水处理中的应用研究进展[J].中国电力教育，2005 [8] 徐驰.浅谈城市生活污水处理发展现状和工艺[J].江西农业学

报,2010,22(1)：160-162

[9] 吴家珍等.反渗透膜对市政污水的深度处理回用研究[J].膜科学与技

术,2010,30（2）:64-65

[10] 丁姗姗,李洛洛.反渗透膜技术的应用[J].山东工业技术,2015:22 [11] 张永胜,张向荣.膜分离技术及其在水处理中的应用与前景[J].河北理工大

学学报,2008,30(03)

[12] 赵芳等.膜法处理食品工业废水的研究进展[J].食品工业科

技,2012,30(03):425-428

[13] 秦悦慧,何斯征等.反渗透水处理技术及其应用前景[J].能源工

程,2000:53-55

参 考 文 献

[1] 解利昕等,反渗透海水淡化技术现状与展望[J].中国给排水，2000,25 [2] 曲磊等,反渗透技术在海水淡化工程中的应用[J].江西化工，2015,29-30 [3]张风丽,反渗透技术在锅炉补给水预处理中的应用[J].科技与企

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