反滲透污染及能耗的探討

1、反滲透污染及能耗的探討反滲透膜污染膜污染一直以來就是人們關(guān)注的熱點問題，它影響著膜 的穩(wěn)定運(yùn)行和出水水質(zhì)，并將縮短膜的使用壽命，因此 被認(rèn)為是制約膜技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前，人們 在研制和開發(fā)新型反滲透膜的同時，也對膜污染問題進(jìn) 行了更加深入的研究，并不斷尋找解決辦法。在這個方面，碟管式反滲透（DTRO）的應(yīng)用避免了一 些污染的產(chǎn)生，因為碟管式反滲透具有特殊的流道設(shè) 計，采用開放式流道，料液通過增壓泵經(jīng)進(jìn)料口打入 DTRO膜柱內(nèi)，從導(dǎo)流盤與外殼之間的通道流到組件的 另一端，在另一端法蘭處，料液通過8個通道進(jìn)入導(dǎo)流 盤中被處理的液體以最短的距離快速流經(jīng)過濾膜，然后 180度逆轉(zhuǎn)到另一膜面，再

2、從導(dǎo)流盤中心的槽口流入到 下一個導(dǎo)流盤，從而在膜表面形成由導(dǎo)流盤圓周到圓中 心，再到圓周，再到圓中心的雙”渺路線，濃縮液最 后從進(jìn)料端法蘭處流出。料液流經(jīng)過濾膜的同時，透過 液通過中心收集管不斷排出。濃縮液與透過液通過安裝 于導(dǎo)流盤上的O型密封圈隔離。因為采用帶凸點支撐的 導(dǎo)流盤，料液在過濾過程中形成湍流狀態(tài)，沒有滯留區(qū) 域，所以能最大程度上減少膜表面結(jié)垢、污染及濃差極 化現(xiàn)象的產(chǎn)生，允許SDI值高達(dá)20的高污染水源，仍 無被污染的風(fēng)險。由微生物在膜面生長造成的反滲透膜污染現(xiàn)象很普遍， 它會使水分子滲透過膜所需要的壓力急劇上升，這一問 題可以通過一些常用的生物殺傷劑，例如活性氯、臭氧 以及紫外

3、線滅菌等方法得以解決，但是頻繁的化學(xué)洗滌 又會降低膜的使用壽命，并給系統(tǒng)中引入一些滅菌副產(chǎn) 物，例如臭氧處理富漠鹽廢水的過程中產(chǎn)生的漠酸鹽就 被世界衛(wèi)生組織和美國環(huán)境保護(hù)署列為一種致癌物。所 以需要針對各自的實際情況選擇最優(yōu)的預(yù)處理過程。無機(jī)鹽也是一類很重要的污染物，對于這方面機(jī)理的研 究也很多，主要集中在考察錯流流率和壓力等操作參 數(shù)，以及膜孔隙率和粗糙度等對無機(jī)鹽在膜表面結(jié)品的 影響，然而也有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為污染過程還會受到膜組件 的幾何構(gòu)型以及膜材料等因素的影響。膜剖析(membraneautopsy)是尋找膜污染成因的一種常 用方法，它通過分析污染后的膜元件，尋找污染的原因 及其機(jī)理，當(dāng)污

4、染過程很復(fù)雜而又對其缺乏了解時，這 項技術(shù)就顯得非常有效。通過膜剖析對一套老舊的反滲 透膜組件的污染過程進(jìn)行了研究，評估了它的膜老化程 度，最終使得膜組件的再生變得可能。除了對污染過程以及抑制方法的研究外，從提高膜本體 性能出發(fā)，開發(fā)新型的耐氧化、耐污染反滲透膜也是非 常必要的。通過在膜表面接枝海因衍生物，其耐氯功能 的可再生性以及與抑菌功能之間的轉(zhuǎn)化，賦予了改性復(fù) 合反滲透膜持續(xù)高的耐氯和抗微生物污染性能。而在膜 材料方面，針對反滲透脫鹽過程開發(fā)了用于制膜的新型 耐氯聚合物。除了實驗考察膜污染過程的研究之外，許多學(xué)者還從理 論的角度全面分析了反滲透膜過程中出現(xiàn)的污染問題。 通過模擬一個大型反

5、滲透裝置的運(yùn)行過程，研究了傳質(zhì) 動力學(xué)、膜污染以及反滲透技術(shù)中的工程放大問題。他 們所建立的模型為更加深入地研究大型反滲透過程提 供了有力工具。另外，他們還指出利用一些新穎的監(jiān)測 方法，可以幫助我們進(jìn)一步了解反滲透過程中的影響因 素，有利于全面和綜合的研究反滲透系統(tǒng)。對海水淡化 過程中幾種不同的物理化學(xué)預(yù)處理方法脫除海水中有 機(jī)物的能力進(jìn)行了評估。這些研究也為針對不同水源選 擇最適宜的預(yù)處理方法提供了指導(dǎo)。反滲透膜系統(tǒng)能耗 目前，相對于其他傳統(tǒng)的化工分離技術(shù)，反滲透膜技術(shù) 在能耗方面仍然具有很大的優(yōu)勢，研究發(fā)現(xiàn)，在食品加 工業(yè)中，與傳統(tǒng)的蒸發(fā)工藝相比，通過反滲透膜濃縮果 汁中糖分的能耗被大幅度

6、的降低；除此之外，反滲透膜 分離過程也避免了因為加熱蒸發(fā)所導(dǎo)致的糖分損失。脫鹽作為反滲透膜技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，如何降低能耗 一直備受關(guān)注。研究了在低水回收率的條件下發(fā)展高通 量的反滲透膜，發(fā)現(xiàn)這可以有效地降低反滲透苦咸水脫 鹽的制水成本。但與此同時，低水回收率又會導(dǎo)致預(yù)處理和鹽水管理費 用的增加。另一方面，海水淡化過程中，能耗成本遠(yuǎn)大 于膜成本，所以提高膜通量的經(jīng)濟(jì)效益十分有限。因此， 他們提出未來降低反滲透制水成本的首要驅(qū)動力不再 是提高膜通量，而應(yīng)該從提高膜的抗污染能力，降低原 料預(yù)處理和鹽水管理費用，改進(jìn)控制計劃，優(yōu)化過程， 以及利用可再生供能源降低生產(chǎn)成本等方面進(jìn)行考慮。雖然提高反滲透系統(tǒng)能量利用效率是減輕反滲透大規(guī) 模利用帶來的能源壓力的一個有效途徑，但是從根本上 解決這一問題則需要另辟蹊徑，將可再生能源引入反滲 透系統(tǒng)。目前，已經(jīng)有人提出以太陽能、風(fēng)能和水能等 可再生能源作為反滲透系統(tǒng)的供能源，并且已經(jīng)對實施 這種構(gòu)想的基本原則、裝置設(shè)計、設(shè)備安裝、數(shù)學(xué)模型 計算以及經(jīng)濟(jì)可行性等方面做了分析。如上所述