反渗透膜技术的应用

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摘 要：本文介绍了反渗透膜技术的分离原理和分离特点，详细阐述了反渗透膜技术制备的高纯水在锅炉用水、电子工业、金属饰面、封装等工业上的应用，以及反渗透膜技术在工业污水处理、海水脱盐、苦咸水淡化、食品工业用水、油水乳液分离等各个领域的应用，由此可见反渗透膜技术具有广阔的应用前景。
关键词：反渗透膜；技术；工业应用
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.019
20世纪80年代反渗透膜技术已在欧美国家广泛地应用于工业、生活用水的净化处理，20世纪90年代中后期反渗透膜技术开始在国内得到大规模的应用，它主要集中用于电厂锅炉补给水处理、食品医药用水处理和瓶装饮用水处理[1]。近年来新兴的工业污水回用装置和化工行业工艺用水都将反渗透膜技术作为核心工艺。
1 反渗透膜分离原理
当半透膜稀溶液侧与浓溶液侧压力相同时，稀溶液中的水透过半透膜进入浓溶液侧使浓溶液浓度降低的现象称为渗透。此时，单位时间内从稀溶液侧透过半透膜进入浓溶液侧的水分子数多于从浓溶液侧透过半透膜进入稀溶液侧的水分子数，使得浓溶液浓度降低。当单位时间内，从两个方向透过半透膜的水分子数相等时，渗透即达到平衡[2]。若在浓溶液侧外加一定的压力，恰好能使稀溶液侧和浓溶液侧的渗透达到平衡，这个外加的压力即称为渗透压。渗透压的大小不仅取决于溶液系统，且与溶质浓度及温度有关，若在浓溶液侧的外加压力超过了渗透压，则会使单位时间内从浓溶液侧透过半透膜进入稀溶液侧的水分子数多于从稀溶液侧透过半透膜进入浓溶液侧的水分子数，此过程称为反渗透。
反渗透膜技术的分离过程是利用半透膜只允许水通过而截留溶解固形物的性质，以膜两侧的渗透压差为推动力，使水从浓溶液侧透过半透膜进入稀溶液侧从而实现浓溶液侧溶质和溶剂进行分离的膜过程[3]。因此，反渗透膜技术的分离过程应具备如下条件：一是所用的半透膜应具有渗透性高和选择性高的特性，二是半透膜两侧的净压差大于零。
2 反渗透膜技术的特点[4]
（1）具有较高的盐脱除率和水回用率。
（2）膜分离装置简单且便于实现自动化。
（3）分离过程中，易产生膜污染，因此需定期对膜进行清洗。
（4）反渗透膜分离过程需在高压下进行，因此工艺流程中要配备高压泵与高压管路。
（5）为防止膜污染，原水需进行一定的预处理各项指标达标后进入反渗透膜分离装置。
（6）反渗透膜分离过程能耗低、无变相，可在常温下进行，因此可较好地用于热敏感性物质的分离和浓缩。
（7）采用反渗透膜分离技术，能有效去除水中的离子、分子、有机胶体、细菌等，因此它是一种高效、低能耗、无污染的水处理技术，适合处理含盐量较高的水质。
3 反渗透膜技术的工业应用
3.1 反渗透膜技术制备高纯水的工业应用
（1）锅炉用水。反渗透膜技术可生产高纯水为锅炉供水，将高纯水加入锅炉，锅炉通过燃烧油、煤、天然气或利用核能将水转化为蒸汽，然后将有压蒸汽输送至汽轮机，汽轮机通过消耗蒸汽的部分热能，将其转化为轴转动形式的机械能，机械能被送往发电装置，转化为电能。在此应用中，锅炉用水需采用高纯水的主要原因是蒸汽中如有钠、氯化物或二氧化硅等污染物，能引起汽轮机叶片的腐蚀或污染。
（2）电子工业。电子工业用水需考虑水中的各种污染物，包括离子、粒子、二氧化硅和有机物。通常电子工业用高纯水作表面清洗。在集成电路生产过程中，裸露的硅经历多达30～40道生产工序，且在每一道工序中，导电的或绝缘的材料层均需加到硅的表面，因此在下一层加到硅的表面之前，需采用腐蚀性的化学药品蚀刻掉表面的一部分。为了保证硅片表面的化学药物被彻底移除，在整个化学蚀刻过程中的各个工序都需用高纯水[5]。
（3）金属饰面。日常生活中的许多用品都需采用金属电镀来提高其美感和耐用度，在电镀作业前，一般采用高纯水来漂洗最初的表面，清洗掉影响电镀效果的脏物和化学药品，以确保镀层能更好地粘附于表面。在电镀镀层干燥前，用高纯水漂洗掉过量的电镀溶液[5]，而用劣质水漂洗或漂洗不当都会减少镀层的光泽或弄污表面。
（4）封装。许多家用产品需要用高纯水稀释，这是由于大多数自来水中的离子能和产品中的某些成分发生反应产生沉淀，影响其性能和外观。如织物柔软剂、窗户清洗剂和洗发香波等的生产均采用高纯水稀释[5]。
3.2 反渗透膜技术在工业污水处理中的应用
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[6]。
（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，能显著减少其排污量[6]。
3.3 反渗透膜技术在海水脱盐和苦咸水淡化领域的应用
（1）在海水脱盐中的应用。随着淡水资源的日益匮乏，很多国家尤其是严重缺水的中东地区已将海水脱盐作为其取得淡水的重要途径。由于海水含盐量较高，用反渗透膜技术进行海水脱盐时，一般均需采用两级反渗透系统，因此海水脱盐成本费用较高，但其处理后的水可达到饮用级标准。海水在进反渗透装置之前，需经杀菌、凝聚及过滤等处理流程，并需将pH值调节至6左右，如果采用氯杀菌，对耐氯性能差的膜组件，还需用活性炭去除余氯或用亚硫酸氢钠进行还原处理[6]。
（2）在苦咸水淡化中的应用。与海水相比，苦咸水含盐量一般低很多，通常是指含盐量在1500～5000mg/L的天然水、地表水和自流井水。在世界很多缺水地区，苦咸水通常是可利用水的主要部分。
3.4 反渗透膜技术在食品工业用水中的应用
（1）在奶制品加工中的应用。采用反渗透膜技术处理分出奶酪后的乳浆，可将乳浆中的溶质和溶剂进行分离，得到含有蛋白质、乳糖和乳酸等成份的浓缩组分，同时也对乳清进行脱盐处理，减少了环境污染。
（2）在果汁和蔬菜汁加工中的应用。采用反渗透膜技术可对果汁和蔬菜汁在常温下加工浓缩，浓缩后的果汁和蔬菜汁仍具有原有的营养成分和口感特征，而采用其它处理方法，如蒸发法浓缩果汁和蔬菜汁会造成各种营养物质流失，使得浓缩汁质量降低。
3.5 反渗透膜技术在油水分离中的应用
在加工金属的过程中，需采用油水乳液润滑和冷却加工工具及工作台面。采用反渗透膜技术处理油水乳液时，不仅可使排放水达标，还可得到浓缩的油相[4]。浓缩的油相可焚烧处理也可经精练制得能回用的油，这样既降低了环境污染，又提高了乳液中油的利用率。
4 结语
反渗透膜技术在制备高纯水、工业污水处理、海水脱盐和苦咸水淡化、食品工业用水、油水乳液分离等领域中均得到了广泛的应用，由此可见反渗透膜技术具有很好的应用前景。
参考文献：
[1]梁艳华，孙彦辉.反渗透技术在纯水制备中的应用[J].聚氯乙烯，2008，36（05）.
[2]张菊青，靳玉川，王小敏.反渗透膜在高纯水制备中的应用[J].氯碱工业，2008，44（02）.
[3]徐绍东，安占强，张志岭.反渗透制取纯水技术[J].中国氯碱，2008（02）.
[4]李海凤，孙艳荣.反渗透水处理技术的应用[J].北京航天工业学院学报，2008，18（05）.
[5]殷琦，华耀祖.反渗透—膜技术.水化学和工业应用[M].北京：化学工业出版社，1998（03）.
[6]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）.
作者简介：丁姗姗（1986-），女，湖北荆州人，硕士，工程师。