膜分離技術(shù)與水資源再生利用

時間：2007-03-08 來源： 作者：

1. 前言

水是生命的源泉，是人類寶貴的、不可替代的自然資源，也是社會和經(jīng)濟發(fā)展的命脈。水資源的匱乏和日益嚴重的水污染已成為制約社會進步和經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，解決這一難題，對我國可持續(xù)發(fā)展是非常迫切的和極其重要的。除水資源的科學管理和優(yōu)化配置之外，充分發(fā)揮高新科技手段在水再利用中的作用也是十分關(guān)鍵的。

    膜分離作為一高新技術(shù)在近40年來迅速發(fā)展為產(chǎn)業(yè)化的高效節(jié)能分離過程。40年來，電滲析、反滲透、微濾、超濾、納濾、滲透汽化、膜接觸和膜反應(yīng)等過程相繼發(fā)展起來，在能源、電子、石化、醫(yī)藥衛(wèi)生、重工、輕工、食品、飲料行業(yè)和人民日常生活及環(huán)保等領(lǐng)域均獲得廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟和社會效益。社會的需求使膜技術(shù)應(yīng)允而生，也是社會的需求促使膜技術(shù)迅速發(fā)展，使膜技術(shù)不斷創(chuàng)新、進步、完善，成為單元操作，成為集成過程中的關(guān)鍵。下面就膜技術(shù)在水再利用中的作用簡述如下，包括海水和苦咸水淡化，飲用水凈化，地下水補救，廢水深度處理回用與資源化，傳統(tǒng)工藝改造和實現(xiàn)清潔生產(chǎn)等，這些已成為社會的共識，而且發(fā)展?jié)摿�很大，前景誘人。

 2.水資源開發(fā)、保護和飲用水凈化

    2.1　海水和苦咸水淡化[1,2,3,4,5,6]

    50年代提出反滲透(RO)的研發(fā)的目的是為了海水淡化，現(xiàn)在反滲透已成為海水和苦咸水淡化制取飲用水最經(jīng)濟的手段，世界上反滲透淡化的水日產(chǎn)量達1千萬噸，是中東、沙漠地區(qū)、濱海和島嶼地區(qū)社會和經(jīng)濟發(fā)展的生命線。我國部分海島，艦船，濱海電廠，眾多苦咸水地區(qū)，包括西部地區(qū)，也用淡化水解決飲用水和工業(yè)的急需，可以預(yù)期，不久的將來，北方濱海城市會將海水淡化作為應(yīng)急用水和補充用水。

    近幾年來,在國際海水淡化招標中，SWRO以投資最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等優(yōu)勢而屢屢中標。是從海水制取飲用水最經(jīng)濟的方法，一般電耗4－5 kWh/m3淡水。就是用二級RO生產(chǎn)含鹽量小于20mg/L的水，與離子交換結(jié)合生產(chǎn)純水，其經(jīng)濟性也可與其他方法競爭的。SWRO所以能如此成功，與其在膜、組器、設(shè)備和工藝等方面的創(chuàng)新性開拓是分不開的。

    在反滲透膜的發(fā)展方面，不對稱膜和復(fù)合膜是創(chuàng)新的兩個范例；反滲透膜組器技術(shù)的創(chuàng)新，使膜的性能得以充分的發(fā)揮，這里主要的是中空纖維反滲透器和卷式反滲透元件；與此同時，膜脫鹽用的關(guān)鍵設(shè)備，如高壓泵和能量回收裝置也得到快速的發(fā)展，特別是第三代能量回收產(chǎn)品---壓力交換器，它直接將壓力由濃海水傳給新進的海水，效率大于90％，這樣反滲透海水淡化的本體耗電降到3kWh/m3以下；據(jù)反滲透膜和組器技術(shù)的進步，SWRO工藝也不斷地發(fā)展，除上世紀80年代一級海水淡化工藝外，近年來又提出兩項新工藝---- 高壓一級海水淡化工藝和高效兩段法工藝，　進一步提高回收率達60％，這樣海水預(yù)處理省了，試劑用量少了，能耗更低了。

    2.2 飲用水凈化[1,2]

    環(huán)境的污染影響到飲用水的質(zhì)量，飲用水的質(zhì)量直接影響人們的健康，而人們生活水平的提高，對飲用水水質(zhì)要求越來越高，世界各國都在不斷改進飲用水的制備技術(shù)，如日本的MAC-21和新MAC-21計劃對微濾(MF)、超濾(UF)和納濾(NF)在除菌、去濁、去大分子膠體、TXM、農(nóng)藥、異味及部分SO42-、NO3-、F-、As等方面的作用進行了深入研發(fā)和肯定；反滲透幾乎可除去各種雜質(zhì)……家用MF、UF、NF和RO凈水器以及瓶裝、桶裝純凈水和礦泉水等，在國內(nèi)已很普遍。另外，電滲析可脫鹽和除氟，電化膜過程可對水消毒及可產(chǎn)生酸性水和堿性水，膜接觸器（MC）可去除水中揮發(fā)性有害物質(zhì)。所以，隨著城市化進程的加快，膜技術(shù)作為飲用水的預(yù)處理和深度處理，其作用也越來越顯著，將成為本世紀飲用水凈化的優(yōu)選技術(shù)之一。

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