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        反滲透技術(shù)在環(huán)境工程當(dāng)中的應(yīng)用

        2018-12-31 00:00:00蔡蓉淇王琪蘭釗
        健康科學(xué) 2018年14期

        摘要:隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,城市化進(jìn)程的加快,我國(guó)環(huán)境污染尤其是水資源的污染情況加劇,而反滲透作為一種先進(jìn)的污水處理技術(shù),是一項(xiàng)當(dāng)前較為先進(jìn)的液體分離技術(shù),目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用與眾多的領(lǐng)域,具有操作簡(jiǎn)便,能耗低,無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。在環(huán)境工程方面發(fā)揮了重要的作用。

        關(guān)鍵詞:反滲透技術(shù);環(huán)境工程;應(yīng)用

        一、反滲透技術(shù)原理

        它是一種逆向分離過(guò)程,完成反滲透分離過(guò)程需要滿足兩個(gè)條件:1、操作壓力必須大于溶液的滲透壓;2、反滲透膜需要有較為良好的選擇性及脫水性。反滲透膜表面具有直徑小于1mm的微孔,故可以對(duì)無(wú)機(jī)鹽、溶解性有機(jī)物、溶解性固體以及膠體保持極高的去除率。但反滲透膜對(duì)原水PH、以及溫度較為敏感,所以進(jìn)水PH值應(yīng)該控制在4~10之間,水溫小于40℃。原水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)前需要進(jìn)行預(yù)處理,待原水水質(zhì)條件滿足反滲透膜處理要求之后,利用加壓泵將原水送入膜組件,使原水經(jīng)過(guò)反滲透么成為產(chǎn)水,原水中的無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物等被截留在進(jìn)水一側(cè)而形成濃液。濃液可以被回收或者進(jìn)行再處理。

        二、反滲透技術(shù)的特點(diǎn)

        優(yōu)點(diǎn):(1)反滲透操作僅依靠壓力作為推動(dòng)力,相對(duì)于其他傳統(tǒng)物理處理手段具有最低的能耗;(2)反滲透在室溫環(huán)境下即可進(jìn)行,無(wú)需發(fā)生相變;(3)無(wú)需使用化學(xué)處理試劑,無(wú)化學(xué)廢液的排放,幾乎沒(méi)有環(huán)境污染;(4)操作設(shè)備所需空間較小,設(shè)備占地面積小,操作簡(jiǎn)單,無(wú)需頻繁維護(hù)。

        三、反滲透技術(shù)常用的工藝技術(shù)流程

        1、一級(jí)一段的方法

        一級(jí)一段就是在料液進(jìn)到膜組件以后,濃縮液(濃水)與產(chǎn)水被連續(xù)不斷地引出,這種方式對(duì)水的回收率不夠高,因此,在工業(yè)中的應(yīng)用也就比較少。還有一種形式就是一級(jí)一段的循環(huán)型的工藝技術(shù),主要就是其濃水中的一部分有回到了料液的槽內(nèi),這樣就會(huì)不斷地提升其濃縮液的濃度,所以產(chǎn)水量就會(huì)很大,可是水質(zhì)會(huì)在一定程度上有所降低。

        2、兩級(jí)一段的方法

        在一級(jí)的方法無(wú)法達(dá)到水質(zhì)要求的時(shí)候,我們就可以分成兩步來(lái)進(jìn)行。如果膜除鹽的效率低,而這時(shí)候水的滲透性升高時(shí),就可以使用兩步的方法。這在一定程度上節(jié)約了成本,同時(shí)其也能夠在很低的壓力與濃度之下運(yùn)行,提升其膜的壽命。

        3、一級(jí)多段的方法

        應(yīng)用反滲透技術(shù)在濃縮過(guò)程中時(shí),如果一次的濃縮無(wú)法達(dá)到要求,還可以使用多步的濃縮方式。這樣的方式會(huì)在一定程度上減小濃縮液的體積,但是又會(huì)在一定程度上使?jié)饪s液的濃度有所提升,從而使產(chǎn)水量增加。

        四、反滲透技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用

        1、海水淡化

        反滲透技術(shù)于20世紀(jì)60年代應(yīng)用到海水脫鹽,是目前海水淡化的一項(xiàng)主流技術(shù),近十年來(lái)發(fā)展極為迅速。目前全球海水淡化裝置中有30%采用反滲透技術(shù)。利用反滲透技術(shù)去除海水中99%以上的鹽離子以獲得飲用水。進(jìn)入21世紀(jì)后,能量回收技術(shù)迅猛發(fā)展,這使得反滲透技術(shù)的生產(chǎn)成本急劇降低,并且提高了反滲透系統(tǒng)的能源使用效率。另外,高通量反滲透膜以及大直徑卷式膜組件等新型反滲透膜組件的出現(xiàn)也使系統(tǒng)的運(yùn)行成本得到降低。全球最大的反滲透海水凈化廠位于以色列阿什克倫市,日產(chǎn)量達(dá)到3.3×105msup3;占以色列全部需水量的15%,成本為每立方米0.53美元。我國(guó)于1997年在浙江省嵊泗縣建成國(guó)內(nèi)首個(gè)反滲透海水淡化工程,工程采用透平式能力回收裝置,將生產(chǎn)能耗控制在5.5kWh/t,使我國(guó)在反滲透海水淡化領(lǐng)域的空白得以填補(bǔ)。目前我國(guó)最大的反滲透海水凈化廠位于大連市長(zhǎng)??h,生產(chǎn)規(guī)模為1000m3/d, 淡水成本6元/m3。隨著反滲透系統(tǒng)的各個(gè)階段的不斷優(yōu)化,反滲透在海水淡化方面的生產(chǎn)成本以及能量利用效率的優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加明顯。

        2、純水、超純水的制備

        純水與超純水在現(xiàn)代工業(yè)中是一種極其重要的生產(chǎn)原料,在化工、電子、半導(dǎo)體、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,我國(guó)在20世紀(jì)80年代開(kāi)始將反滲透與離子交換相結(jié)合應(yīng)用在純水與超純水的制備中,與單純的離子交換技術(shù)相比,其節(jié)約酸堿消耗量約為90%,樹(shù)脂再生產(chǎn)周期造水量提升近20倍,總體造水成本下降約30%。由于其具有客觀的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益,目前純水與超純水膜工藝純水與超純水制備系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率已經(jīng)在95%以上。清華紫光古漢集團(tuán)衡陽(yáng)制藥廠采用混床技術(shù)+反滲透處理技術(shù)對(duì)原來(lái)的全離子交換工藝進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)后產(chǎn)水增加,水質(zhì)改善,制水成本得到降低。另外,出水純度會(huì)隨著反滲透級(jí)數(shù)的增加而提高,但會(huì)導(dǎo)致出水量減少,為此,反滲透裝置連用一般不多于二級(jí)。為了克服出水不能徹底除鹽的缺陷,常在反滲透的過(guò)程中加以電去離子技術(shù),以提高整體凈水效果。

        3、城市污水的深度處理

        反滲透技術(shù)在城市污水的深度處理的應(yīng)用在眾多國(guó)家受到高度重視。許多缺水國(guó)家在利用反滲透淡化海水的同時(shí)將該技術(shù)引入污水的二級(jí)處理以擴(kuò)大淡水水源。悉尼在舉行奧運(yùn)會(huì)期間,各體育場(chǎng)館日產(chǎn)廢水2200t,利用微濾系統(tǒng)對(duì)所產(chǎn)生的污水進(jìn)行深度處理后得到?jīng)_廁用中水,部分中水再進(jìn)行反滲透系統(tǒng)處理用于場(chǎng)地周邊綠化。此舉節(jié)約了大量自來(lái)水,并大大減少了市政污水處理負(fù)擔(dān),充分展現(xiàn)了綠色奧運(yùn)理念。

        利用超濾+反滲透+連續(xù)電去離子模塊聯(lián)合工藝對(duì)城市污水處理廠二級(jí)出水進(jìn)行深度處理,出水供給大連泰山熱電廠440t/h超高壓鍋爐。該系統(tǒng)采用陶氏化學(xué)公司的BW30-400FR復(fù)合反滲透膜以及BW30-365FR抗污染復(fù)合反滲透膜,單膜脫鹽率高達(dá)99.6%,出水水質(zhì)充分滿足超高壓鍋爐的補(bǔ)給水水質(zhì)要求,保證了其生產(chǎn)的可靠性及安全性。

        五、反滲透技術(shù)研究重點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)展望

        1、操作壓力的降低

        由于反滲透分離的主要?jiǎng)恿閴毫?,操作壓力的大小直接決定著生產(chǎn)能耗的大小。目前,在海水淡化生產(chǎn)中反滲透所需的壓力成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于膜組件成本。因此,降低操作壓力,提高膜通量成為當(dāng)前反滲透技術(shù)的一個(gè)研發(fā)熱點(diǎn)。目前降低操作壓力的一個(gè)較為實(shí)際可行的方法是對(duì)于出水要求不太嚴(yán)格的廢水處理,將反滲透膜置換為納濾膜,這樣可在保證出水水質(zhì)的前提下降低能耗。

        2、膜污染問(wèn)題

        反滲透技術(shù)應(yīng)用于城市污水處理時(shí),其作用原理是利用空間排阻作用及電荷斥力來(lái)移除水中的化合物。若使用時(shí)間較長(zhǎng)或污水負(fù)荷過(guò)大,膜表面便易形成沉積層,降低膜性能。為此,膜污染的防治、膜清洗工藝與膜清洗劑的開(kāi)發(fā)、預(yù)處理工藝的優(yōu)化將會(huì)是反滲透系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域的關(guān)注重點(diǎn)。

        3、設(shè)備防霉問(wèn)題

        反滲透技術(shù)應(yīng)用與海水淡化與苦咸脫鹽時(shí),由于兩者的原水都具有鹽離子濃度極高的特點(diǎn),故設(shè)備難免被腐蝕。當(dāng)下建成投產(chǎn)的反滲透海水淡化工程中,大部分的設(shè)備及管道都發(fā)生了明顯的銹蝕。這個(gè)問(wèn)題一定要引起重視,否則會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的使用壽命以及淡化效率。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王開(kāi)亮. 反滲透技術(shù)在環(huán)境工程當(dāng)中的應(yīng)用[J]. 能源與節(jié)能,2013,05:75-76.

        [2]馬天翔. 環(huán)境工程中反滲透技術(shù)的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2013,(16):22.

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