超濾與反滲透是水處理中的一種膜分離技術(shù)，稱為近年來國內(nèi)水處理行業(yè)應(yīng)用最成功、發(fā)展最快、普及最廣的一種技術(shù)。隨著膜技術(shù)的成熟及膜產(chǎn)品的不斷完善，超濾及反滲透技術(shù)不僅在純水制備領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，在海水淡化、污水處理及利用、工業(yè)廢水處理等方面得到廣泛的應(yīng)用，被食品、制藥、化工、電力等各行業(yè)廣泛接受。當(dāng)然在應(yīng)用的過程中，還存在一些各種各樣的問題。湖北恒創(chuàng)環(huán)保根據(jù)多年行業(yè)經(jīng)驗，對超濾與反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用，提出一些看法，以期與大家交流。

一、概述；

  水資源短缺和水污染已成為制約社會發(fā)展的世界性問題，多方面進(jìn)行治理是解決水資源短缺問題的重要方法。隨著人口的增加和工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，人們對高質(zhì)量水的需求越來越多。超濾與反滲透是水處理中的一種膜分離技術(shù)，稱為近年來國內(nèi)水處理行業(yè)應(yīng)用最成功、發(fā)展最快、普及最廣的一種技術(shù)。隨著膜技術(shù)的成熟及膜產(chǎn)品的不斷完善，超濾及反滲透技術(shù)不僅在純水制備領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，在海水淡化、污水處理及利用、工業(yè)廢水處理等方面得到廣泛的應(yīng)用，被食品、制藥、化工、電力等各行業(yè)廣泛接受。

二、超濾與反透滲的原理；

1、超濾原理

  超濾是一種流體切向流動和壓力驅(qū)動的過濾過程，并按分子量大小來分離顆粒。超濾膜的孔徑大約在0.002-0.1微米范圍內(nèi)。溶解物質(zhì)和比膜孔徑小的物質(zhì)能作為透過液透過濾膜，不能透過濾膜的物質(zhì)被濃縮于排放液中。因此產(chǎn)水中含有水、溶解固體及小分子量物質(zhì)，而膠體、懸浮顆粒、高分子量有機物、細(xì)菌、病毒和原生動物將被過濾去除。

  原水在進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)之前先進(jìn)行預(yù)處理，水質(zhì)達(dá)到要求后再經(jīng)加壓泵進(jìn)入膜組件。預(yù)處理方案的選擇主要依據(jù)是原水的水質(zhì)情況進(jìn)行選擇，現(xiàn)在一般采用超濾作為反滲透的預(yù)處理。超濾作為反滲透預(yù)處理具有以下優(yōu)點：

  膜過濾精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)過濾，可全部去除大于0.1μm的膠體和顆粒物；

  對懸浮顆粒、膠體、微生物、細(xì)菌、病毒的去除率近100%；

  對有機物的去除率達(dá)10~30%；

  受原水水質(zhì)波動影響小，出水水質(zhì)穩(wěn)定；

  運行壓力低，節(jié)能效果顯著；

  設(shè)備占地空間小，僅為傳統(tǒng)工藝的1/5~1/3，可全自動運行；

  預(yù)處理化學(xué)藥劑用量小，降低污染排放。

2、 反滲透原理

  反滲透亦稱逆滲透（RO），是用一定的壓力使溶液中的溶劑通過反滲透膜（或稱半透膜）分離出來。因為它和自然滲透的方向相反，故稱反滲透。根據(jù)各種物料的不同滲透壓，就可以使大于滲透壓的反滲透法達(dá)到分離、提取、純化和濃縮的目的。

  對于反滲透膜的脫鹽機理，目前有幾種不同看法。主要是“選擇吸附-毛細(xì)管流動理論”和“篩分理論”，此外還有“氫鍵理論”以及“溶解擴散理論”�，F(xiàn)簡述“選擇吸附-毛細(xì)管流動理論”和“篩分理論”。當(dāng)含鹽的水溶液與多孔的半透膜表面接觸時，則在膜的溶液界面上選擇吸附一層水分子，在反滲透壓力的作用下，通過膜的毛細(xì)管作用流出純水，并連續(xù)地形成和流出這個界面純水層。該機理闡明在半透膜的表皮上布滿了許多極細(xì)的膜孔，在膜的表面選擇吸附了一層水分子，鹽類溶質(zhì)則被排斥，化合價越高的離子被排斥的越遠(yuǎn)，膜孔周圍的水分子在反滲透壓力的推動下，通過膜孔流出純水，因而達(dá)到除鹽的目的。當(dāng)膜孔大于反滲透膜孔范圍時，鹽的水溶液就泄漏過膜，其中的一價鹽泄漏較多，二價鹽次之，三價鹽更次之。“篩分理論”認(rèn)為：膜表面具有無數(shù)微孔，正是這些實際存在的不同孔徑的孔眼象篩子一樣截留住分子直徑相應(yīng)大于它們的溶質(zhì)和顆粒，從而達(dá)到分離的目的。至于對于有機物的去除，純屬篩分機理。反滲透膜能濾除各種細(xì)菌，如最小的細(xì)菌之一綠膿桿菌；也能濾除各種病毒，還能濾除熱源。反滲透與超濾的分離理論尚在不斷的發(fā)展和完善之中。

  反滲透運行關(guān)鍵有兩個，一是一個有選擇性的膜，我們稱之為半透膜，二是一定的壓力。在水中眾多種雜質(zhì)中,溶解性鹽類是最難清除的。因此,經(jīng)常根據(jù)除鹽率的高低來確定反滲透的凈水效果。反滲透除鹽率的高低主要決定于反滲透半透膜的選擇性。目前，較高選擇性的反滲透膜元件除鹽率可以高達(dá)99.6%。反滲透設(shè)備系統(tǒng)除鹽率一般為95-99％，對二氧化硅的脫除率可高達(dá)99.5％。采用反滲透作為主要的脫鹽裝置，可以節(jié)省大量酸堿消耗，和運行成本。

三、超濾及反滲透在水處理中的應(yīng)用；

  超濾及反滲透膜技術(shù)在給水及廢水處理方面都有廣泛應(yīng)用，結(jié)合本人近幾年來所設(shè)計幾個工程進(jìn)行說明。

1、鍋爐用水

  鍋爐供水要求水中不能含有成垢物、固體物質(zhì)和有機含水物。反滲透可去除水中膠體雜質(zhì)、有機物和大部分溶解鹽類。對于小型鍋爐僅用反滲透即可滿足要求，大型鍋爐則要求全脫鹽，此時可將反滲透與混床或EDI脫鹽裝置結(jié)合起來。如中煤能源黑龍江煤化工有限公司220噸/小時煤矸石循環(huán)流化床鍋爐擴能改造項目的鍋爐補給水處理系統(tǒng)，采用的工藝就是超濾+反滲透+混床。

2、工業(yè)工藝用水

  有些特殊行業(yè)的工業(yè)工藝用水，對水的含鹽量有極高要求。如成渝釩鈦科技有限公司釩資源綜合利用項目水處理中心除鹽水站工程，產(chǎn)品水用于威鋼新廠區(qū)煉鐵爐壁冷卻、中溫中壓及高溫高壓余熱爐窯所需的除鹽水。其項目對水質(zhì)要求很高，要求電導(dǎo)≤0.3μs/cm，采用的工藝流程為：超濾+一級反滲透+二級反滲透+EDI裝置。

3、飲用水處理

  傳統(tǒng)的飲用水處理大都采用混凝—沉淀—過濾氯消毒工藝。在這一傳統(tǒng)工藝中，混凝劑的用量大、最佳投量難以控制，且氯消毒還會產(chǎn)生致癌、致畸、致突變的三氯甲烷。為了對飲用水進(jìn)行深度處理，反滲透、超濾都得到了不同程度的應(yīng)用。采用以下處理工藝：自來水—砂濾—炭濾—超濾—保安過濾器—一級反滲透—二級反滲透—臭氧—精濾—灌裝。該工藝能長期穩(wěn)定運行，出水透明度高，口感好，細(xì)菌控制安全穩(wěn)定。

4、中水回用

  中水主要是指城市污水或生產(chǎn)生活污水經(jīng)處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用雜用水。由于我國人均淡水資源嚴(yán)重匱乏，尤其是西部地區(qū)水資源更加稀少，中水回用水處理工藝具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著《中華人民共和國水污染防治法》的頒布，中水回用項目迅速增多，而超濾及反滲透技術(shù)在中水回用方面的應(yīng)用也越來越多。如新疆慶華煤化55億立方米/年煤制天然氣項目一期工程污水處理項目，污水處理后再經(jīng)過浸沒式超濾系統(tǒng)，實現(xiàn)了中水回用。

5、污水、廢水處理

  超濾技術(shù)在電泳涂漆水處理、含油廢水處理及城市污水的深度處理方面發(fā)揮著越來越大的作用。通過超濾將漆水分離以回收漆，清水返回清洗水箱繼續(xù)使用，漆返回漆槽回收，這樣既提高了漆的利用率又減少污水處理費用。采用超濾處理含油廢水時，不需要破乳直接將油水分離，超濾特別適用于高濃度乳化油的處理和回收。用超濾技術(shù)處理過濾后的城市污水，二級出水可進(jìn)一步降低水的濁度、色度及有機物。超濾出水可作為造紙用水、循環(huán)冷卻水等對水質(zhì)要求不太高的工業(yè)用水水源。將污水再利用不僅減輕環(huán)境污染，而且也是解決水資源短缺的有效方法。

四、超濾及反滲透常見問題分析；

  超濾及反滲透雖然已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但存在一些各種各樣的問題，現(xiàn)就幾個常見問題進(jìn)行分析。

1、超濾運行方式的選擇

  超濾按照運行方式，可分為全流過濾和錯流過濾。全流過濾指進(jìn)水進(jìn)入超濾膜組件，全部透過膜表面成為產(chǎn)水從超濾膜組件過濾液側(cè)流出。錯流過濾指進(jìn)水進(jìn)入超濾膜組件，部分透過膜表面成為產(chǎn)水，另一部分則夾帶懸浮物等雜質(zhì)排出膜組件成為濃水。全流過濾能耗低、操作壓力低，因而運行成本更低；而錯流過濾則能處理懸浮物含量更高的進(jìn)水。本人認(rèn)為當(dāng)超濾進(jìn)水懸浮物、濁度和COD 低時，比如潔凈的地表水、井水、自來水等水源，或者超濾前設(shè)置有較嚴(yán)格的預(yù)處理，比如有混凝/澄清器、砂濾器以及多介質(zhì)過濾器等較差水質(zhì)的水源時，超濾可按照全流過濾模式操作。當(dāng)超濾進(jìn)水懸浮物、濁度較高時，比如污水或者污水回用處理應(yīng)用，超濾可按照錯流過濾模式操作。

2、濃差極化現(xiàn)象

  溶液在膜的高壓側(cè)，由于水分子不斷透過膜，結(jié)果膜表面的溶質(zhì)或大分子物質(zhì)濃度不斷升高，產(chǎn)生膜表面與主體流的濃度差，并促使溶質(zhì)從膜表面向主體溶液反向擴散，濃差極化。超濾的水通量比反滲透大，因而更容易產(chǎn)生濃差極化。此時，由于高分子和膠體物質(zhì)在膜表面截留形成一個凝膠層，阻力增大。一旦凝膠層生成，水通量就不隨壓力的增大而增大，其與進(jìn)水溶液濃度的對數(shù)直線關(guān)系減小。所以，為了防止凝膠的生成，必須定期對膜進(jìn)行清洗以恢復(fù)膜的高水通量。另外，改變膜面的水力條件(如錯流、湍流)也有助于增大水通量。超濾可通過降低膜通量、反洗及加藥增強反洗來減弱濃差極化現(xiàn)象，反滲透可通過降低膜通量及停機低壓沖洗來減弱濃差極化現(xiàn)象。

五、結(jié)束語；

  當(dāng)前，膜分離技術(shù)已獲得巨大的進(jìn)展，反滲透與超濾膜技術(shù)在水處理過程中起著舉足輕重的作用，但它畢竟還是處于上升發(fā)展階段，將來反滲透與超濾膜技術(shù)將發(fā)揮更大的作用，非常值得大力的推廣與進(jìn)一步研究。

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