反渗透膜技术研究与应用进展
水,由于其*特的结构,能够以分子簇的形式与几乎任何物质相互作用或是将其溶解,孕育了地球上几乎所有的生命形式。地球上水的起源至今仍然是个谜团,但是有一点已经非常清楚,那就是地球上水资源的有限性,干净而适于生活和生产用的水已经远远无法满足人类的需求。在许多地区,人口增长迅速,对水资源的需求量已经远远**出了传统水资源所能负担的程度。据世界银行估计,到2025年将会有**过48个国家和地区面临严重水资源短缺的问题,涉及到的人口将达到14亿,并且主要是在一些欠发达地区。到2035年,预计会有30亿人生活在严重缺水的地区。21世纪水资源正在变成一种宝贵的**资源,水资源问题已不仅仅是资源问题,更成为关系到各个国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。
今天,如何得到洁净的新生水(newater)已经成为世界关注的热点,人类一直以来都在不断地寻找解决办法。反渗透膜技术正是在这种背景下应运而生的,它为人类解决淡水资源短缺问题开辟了一条光明大道。反渗透是压力驱动的过程,所以它不涉及能量密集的相变或是价格昂贵的溶剂和吸附剂等,相对于其他传统的分离过程,反渗透具有设计和操作简单的优势,再加上其所具有的净化效率高、建造周期短以及环境友好等优点,已广泛应用于海水淡化与苦咸水淡化、纯水与**纯水的制备、饮用水净化、工业水处理、污废水处理,以及医药、化工和食品等工业料液处理和浓缩等。
反渗透是渗透的逆过程,它主要是在压力的推动下,借助半透膜的截留作用,迫使溶液中的溶剂与溶质分开的膜分离过程。早在1748年法国科学家Nollte和其他许多学者就开始研究渗透现象,然而反渗透作为一项新型的分离技术却还相对年轻,早是在1953年由美国佛罗里达大学C.E.Reid教授发现了醋酸纤维素(CA)具有良好的半透性,并提出了用反渗透膜技术淡化海水的构想。与此同时,美国加利福尼亚大学的Loeb和Sourirajan博士也发现了醋酸纤维素优良的半透性,并于1960年制成了具有历史意义的高脱盐、高通量的非对称醋酸纤维素反渗透膜。此后,美国Monsanto、DuPont以及Filmtech等公司发展了以聚酰胺为膜材料的反渗透复合膜,与纤维素膜相比,具有较大的水通量和盐截留率,大大促进了反渗透膜技术的应用。到20世纪80年代末,高脱盐的交联芳香聚酰胺复合膜已经实现工业化。20世纪90年代中,**低压高脱盐交联芳香聚酰胺复合膜也开始进入市场。在这个过程中,反渗透膜及其组件的制备工艺不断进步,性能也持续提高。
如何确定系统回收率
工业用大型反渗透装置由于膜元件的数量多、给水流程长,实际系统回收率一般均在75%以上,有时甚至可以达到90%。对于小型反渗透装置也要求较高的系统回收率,以免造成水资源的浪费。
应该主要根据以下两点来确定系统的回收率:
① 根据膜元件串联的长度。
② 根据是否有浓水循环以及循环流量的大小。
在系统没有浓水循环时,一般按照以下规定决定膜元件和系统回收率:
膜元件串联数量 / 支
1
2
4
6
8
12
18
系统回收率 / %
<18
<32 <50 <58 <68 <80 <90
家用反渗透膜元件的主要技术要求及发展方向,是向**低压、大通量、抗污染、耐氧化、**命、高回收率发展。
1、**低压:
反渗透膜元件进水0.1MPa可出水,进水0.15~0.2MPa即可满足家用反渗透净水器的额定产水量。反渗透净水器可以不用泵、不用电。其优点十分明显:
(1)电气安全;
(2)节电节能;
(3)降水成本;
(4)低压运行可以减小漏水和爆管、爆桶等概率
(5)降低噪音
2、大通量:
现在市场上早已有200、300、400、500、600、700、800、1000、1300G等各种规格的家用反渗透膜,以适应大膜无桶家用反渗透净水器、一级二段家用反渗透净水器之所需;
3、高回收率:
(1)反渗透膜的改进:某公司通过对膜的材质、表面电荷、表面光洁度、性能等等进行改进,研发生产低浓水膜,膜的浓水与纯水正常比例为2:3,用这种RO膜制成RO机回收率为60%。
(2)膜元件水流道的改进:此类膜元件(左)与常规膜元件水流道(右)的对比图。改变流道,从直流改为侧流,大大增加水在膜面的流程,增加膜面与水的接触面积,加快水的流速。
4、抗污染、**命
采用改进RO膜表面电荷、膜表面涂层、膜表面光洁度、流道布载银塑料等等各种措施,提高反渗透膜的抗污染性能,延长反渗透膜的使用寿命。
5、耐氧化、抗余氯