反滲透技術在多種水處理應用中的分析

孫 芮

上海清寧環(huán)境規(guī)劃設計有限公司

1 引言

當前，社會經(jīng)濟、工業(yè)領域迅速發(fā)展，水污染問題的嚴重程度隨之提升，為了更好地實現(xiàn)生態(tài)文明建設，滿足資源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實要求，必須要落實有效地水處理。其中，反滲透工藝發(fā)揮出了較高優(yōu)勢，在當前的水處理中得到了廣泛應用，特別是在城市水污染治理、飲用水處理等方面得到了重點應用。

2 反滲透水處理技術的基本原理概述

依托透過/半透過膜的功能，在壓力的作用下實現(xiàn)反滲透（圖1），本質上來說，反滲透水處理技術屬于一種膜分離技術。實踐過程中，為了克服自然滲透壓，需在進水側進行操作壓力的施加，促使水分子自然滲透的流動方向發(fā)生改變；依托反滲透膜，出水成為稀溶液側的凈化產(chǎn)水，實現(xiàn)水處理。

圖1 反滲透水處理技術的基本原理

3 反滲透水處理的基本工藝分析

第一，一級一段處理工藝。液體進入膜組件后，將純水與濃度液引出。相比于其他反滲透水處理工藝來說，該工藝的整體流程更加便捷、操作簡單，但是有著較高的局限性，無法滿足更高的水質要求。

第二，一級多段處理工藝。在一級一段處理工藝的基礎上，對液體進行多步濃縮。相比于一級一段處理工藝來說，該工藝的復雜性更高，可以滿足更高的水質要求，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。

第三，兩級一段處理工藝。在使用一級方法難以達到實際水質要求的情況下，可以使用二級一段處理工藝。相比于上述兩種一級工藝來說，二級一段處理工藝的使用可以延長反滲透膜的應用年限，且不需要過多的人力操作，相應處理成本也有所降低。

4 反滲透在水處理方面的具體應用場景探究

4.1 在城市水污染深度處理中的應用

當前，城市化建設加速推行，城市中的生活用水量大幅增長，且表現(xiàn)出逐年上升的趨勢。在城市水污染深度處理中，反滲透水處理技術得到了廣泛應用，促使污水回收率增高。

不同材質的反滲透膜所產(chǎn)生的水污染深度處理效果存在差異。通常來說，在城市水污染深度處理中，在城市居民生活污水的處理達標后，對處理后水質的要求更高（例如進行中水回用），此時，三醋酸纖維素中空纖維膜、螺旋卷式聚乙烯醇復合膜等能夠發(fā)揮出更好地效果。相比于其他材質的反滲透膜來說，上述兩種材質的反滲透膜對糞便大腸菌類的截留率均達到100%、色度不高于1 度、滲透液在1mg/L～2mg/L。同時，這兩種材質的反滲透膜有著更高的水通量，抗污染能力更強。在相應反滲透膜發(fā)生污染后，使用化學清洗即可完成處理，并使得水通量99%以上恢復[1]。

另外，反滲透水處理技術在垃圾滲濾液的處理中也發(fā)揮出較高優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，我國雖然已經(jīng)推行了垃圾分類處理的方式，但是垃圾處理場中依舊存在著大量的垃圾滲濾液，其中包含得成分相對復雜（有機物、高濃度氨氮、重金屬離子等），若是不進行及時有效地處理，則會隨著滲入地面而污染地下水及周邊環(huán)境。而常規(guī)的污水治理技術不能保證垃圾滲濾液廢水處理達標。此時，使用常規(guī)污水處理技術與反滲透水處理技術相結合的方式，就能夠實現(xiàn)較好地垃圾滲濾液廢水處理效果。

4.2 在工業(yè)給水中的應用

在工業(yè)生產(chǎn)中，純水發(fā)揮著重要作用，作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要原料，純水的制備與提煉也受到了重點關注。將反滲透水處理技術應用于純水的制備與提煉過程，能夠達到提升純水質量的效果。依托反滲透水處理技術，純水制備與提煉的成本有所下降，對環(huán)境的污染程度大幅緩解，且相應的制水質量得到增強?？梢哉f，在純水制備與提煉的過程中，反滲透水處理技術的使用優(yōu)勢更為明顯，實現(xiàn)了酸、堿消耗量的降低[2]。

基于反滲透的純水制備與提煉工藝流程主要如下：在原水泵的加壓后，原水移動至多介質過濾器區(qū)域展開粗濾操作；在SDI 達到不高于4 的條件下，加入適量的阻垢劑，并由管道混合器實現(xiàn)充分混合；混合后的液體進入安保過濾器中；經(jīng)過預處理且達到標準的原水由高壓泵加壓，促使壓力提升至1.05MPa～1.2MPa 的范圍內(nèi)，移動至反滲透裝置；脫出二氧化碳后，部分移入混床展開進一步處理，并提供至電解與電站應用；部分移入聚合水箱，濃水移入濃水箱，用于多介質濾器的反洗，達到節(jié)約水資源消耗量的效果。

在使用反滲透水處理技術生產(chǎn)純水的過程中，要著重關注兩點內(nèi)容，即具有選擇性的膜（半透膜）與壓力。在反滲透膜中，包含大量的孔洞，這些孔洞的大小與水分子的大小基本一致。由于病毒、細菌、多數(shù)有機污染物和水合離子的大小比水分子更大，因此無法透過反滲透膜。當前，溶解性鹽類的清除難度較大，此時需要應用具備更高選擇性的反滲透膜。實踐中，較高選擇性的反滲透膜除鹽率可以達到99.7%。

4.3 在工業(yè)廢水處理中的應用

4.3.1 重金屬物質的處理

隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)廢水量也隨之增長，其中含有大量的重金屬物質，若是直接排放于生態(tài)水系統(tǒng)中，則會造成大范圍的、嚴重地水資源污染與環(huán)境污染。因此，必須要對工業(yè)廢水進行有效地處理，降低其中的重金屬物質、硫化物、懸浮物、氰化物、石油類物質等。相比于其他廢水來說，工業(yè)廢水的處理與回收方法較多，且具有針對性，需結合其中成分的不同完成差異性處理回收方案的設計。依托工業(yè)廢水處理與回收，不僅能夠實現(xiàn)水資源利用率的提升（水資源的循環(huán)使用），還可以降低工業(yè)生產(chǎn)對水資源、環(huán)境的污染程度。

通過將反滲透水處理技術應用于工業(yè)廢水處理中，能夠達到較好地效果，該處理方法符合工業(yè)經(jīng)濟合理的總體設計原理，可以達到能耗、運行成本、工程投資、管理操作難度降低的效果。現(xiàn)階段，用于工業(yè)廢水處理的反滲透裝置普遍使用了內(nèi)壓管式或是卷式的組件，壓強一般穩(wěn)定在218MPa 左右，在重金屬離子回收方面發(fā)揮出了更好效果。其中，基于內(nèi)壓管式組件的反滲透裝置操作壓力穩(wěn)定在217MPa，此時，鎳的回收率在99%以上、鎳的分離率在97.12%～97.17%的范圍內(nèi)。

4.3.2 火電廠水污染處理

目前，風力發(fā)電、水力發(fā)電等在我國得到了迅速發(fā)展，但是在一些城市，火力發(fā)電依舊為主要的發(fā)電形式。而在火電廠的日常生產(chǎn)運行中，會產(chǎn)生大量廢水，直接排入生態(tài)水系統(tǒng)中會引發(fā)嚴重地環(huán)境污染，必須嚴格落實火電廠水污染的處理。實踐中，火電廠水污染處理可以分為沉淀、過濾、超濾、反滲透、電滲析這幾項關鍵環(huán)節(jié)，相應的水污染處理系統(tǒng)可以劃分為廢水處理系統(tǒng)、廢水回收系統(tǒng)兩個模塊[2]。其中，廢水處理系統(tǒng)在實際的運行中主要完成了反滲透、弱酸與外排功能，依托反滲透水處理技術實現(xiàn)微濾，相應回水進入管網(wǎng)中。此時，不僅實現(xiàn)了水資源利用率的提升（水資源循環(huán)使用），也避免了資源的浪費。廢水回收系統(tǒng)在實際的運行中主要完成了火電廠生產(chǎn)中所產(chǎn)生的所有廢水的收集，結合除塵、除渣作用完成廢水的直接利用?？傮w來說，通過將反滲透水處理技術應用于火電廠水污染的處理中，能夠降低水資源的消耗量，避免對水系統(tǒng)與環(huán)境造成污染，推動火電廠污染防治的工作升級[3]。

4.3.3 含油廢水的處理

就當前的工業(yè)生產(chǎn)來看，含油廢水的產(chǎn)出量相對較大，若是不對其展開處理并直接排入生態(tài)環(huán)境中，則會造成嚴重地生態(tài)污染問題?；诖?，含油廢水必須要經(jīng)過相應的處理后才能進行排放。通常來說。含油廢水中的油分主要以三種形式存在，包括乳化油、分散油、浮上油。相比較來說，分散油、浮上油的處理方法較為簡單，依托機械分離、沉淀、活性炭吸附處理后，即可促使相應油分的含量大幅降低。但是，對于乳化油來說，其包含有機物，能夠發(fā)揮出表面活性劑的作用，且油分普遍以微米數(shù)量級大小的粒子存在，因此具備極高的穩(wěn)定性，難以有效、迅速實現(xiàn)水油分離。針對這一情況，應用反滲透水處理技術就能夠解決上述問題，實現(xiàn)含乳化油廢水的處理。在反滲透水處理技術的支持下，可以在不破壞乳化液的情況下實現(xiàn)濃縮分離，隨后，對濃縮液展開焚燒處理、對滲透液進行回收利用或排放即可。

現(xiàn)階段，在含油廢水的處理中，出于是對最終處理效果、出水水質的考量，普遍會將反滲透水處理技術與其他處理方法結合使用。例如，采用自配的DEMUL-B1作為破乳劑對高濃度的O/W型紡絲油劑廢水進行破乳，然后以OSMONICS 公司的SE反滲透膜對破乳后的水樣進一步處理。結果表明：經(jīng)“破乳-反滲透”處理凈化后的水質，其COD的去除率達到99.96%，含油量幾乎檢測不出[4]。

4.4 在淡化苦咸水中的應用

在淡化苦咸水的過程中，通過引入反滲透水處理技術，能夠有效地抑制咸水中包含的鎂離子、鈣離子等無機鹽離子，實現(xiàn)純凈水質量的增強，以此達到強化城市居民飲用水安全性的效果。現(xiàn)階段，人們對純凈水的質量要求提升，原有的處理方式（在咸水中加入阻垢劑）難以滿足人們的現(xiàn)實要求，基于此，引入反滲透水處理技術為必然選擇，實現(xiàn)苦咸水淡化工作的升級。

在使用反滲透裝置展開苦咸水淡化操作中，需要定期測試SDI指數(shù)、嚴格控制回收率、關注膜組件之間的壓差、并實時測定產(chǎn)水量與脫鹽率的變化。實踐中，反滲透裝置的脫鹽率穩(wěn)定在96%以上，淡化后的水質符合我國生活飲用水標準，值得重點探究與推廣。

4.5 鍋爐水補給處理中的應用

在化工企業(yè)或電廠中常涉及鍋爐的使用，而反滲透技術能對鍋爐補給水進行妥善處理，由此最大化提升水源品質，且降低鍋爐水污染性。在實際應用過程中，反滲透技術主要是運用脫鹽手段對補給水中水所含有的無機物進行凈化，便于鍋爐內(nèi)部減少更多水體雜質。然而，單純性應用反滲透技術將增加電廠等企業(yè)的投入成本。故而，常將反滲透技術與脫鹽系統(tǒng)融合在一起對鍋爐補給水加以處理。在反滲透技能促使鍋爐將產(chǎn)生較強的供熱效果。同時，為了促使鍋爐補給水真正達到凈化目的，還應合理設計高壓泵，防止在應用反滲透技術時出現(xiàn)水流速度與流量無法達到技術應用要求的狀況而影響最終水處理結果。另外，還可在實踐應用中適量投放除垢劑等物質，這樣可確保鍋爐在正常運行狀態(tài)下不會發(fā)生堵塞問題[5]。

比如在某電廠中，為了保證鍋爐設備中補給水不含有氨氮等有害成分，它專門借助反滲透技術在補給水管道中設置過濾裝置，對0.01μm的蛋白質等物質以及直徑為0.001μm的無機鹽等物質加以處理，由此確保該電廠在鍋爐補給水處理方面節(jié)約了一定經(jīng)濟成本[6]。因此，反滲透技術在水處理中有著重要實用價值。

4.6 設備維護中水處理的應用

當在水處理過程中應用反滲透技術時還能提高設備維護水平，由此避免企業(yè)遭受較大的設備維修經(jīng)濟壓力。比如在電廠中常需要采用儲水設備對水源進行儲存，但沉淀下來的雜質若得不到有效處理，將增加設備的維修頻率。因此，可在其中應用反滲透技術，一來可以對設備中零部件的腐蝕影響加以削弱；二來還能幫助設備強化水源品質。一般在應用反滲透技術時主要是借助過濾裝置，在濾網(wǎng)處結合反滲透原理對水源進行凈化、過濾，以便在后期分流階段保證水質達標。因此，針對企業(yè)水處理設備應用反滲透技術能有效延長設備維護周期，促使企業(yè)在反滲透技術的輔助下實現(xiàn)長遠發(fā)展目標，為企業(yè)提高自身經(jīng)濟效益帶來更大的保障。對此，應結合每個企業(yè)的具體規(guī)模與經(jīng)濟實力引進反滲透水處理技術。

5 總結

綜上所述，反滲透工藝有著較高的優(yōu)勢，在當前的水處理中得到了廣泛應用。其處理工藝多樣，能夠適應不同的應用條件與水質要求[7]?，F(xiàn)階段，在城市水污染深度處理、工業(yè)純水制備、工業(yè)廢水處理、火電廠水污染處理、淡化苦咸水、鍋爐補給水等領域中，反滲透水處理技術均得到了較好應用，降低了水污染及環(huán)境污染程度，實現(xiàn)了水資源的循環(huán)使用。