20世紀(jì)80年代初,美國(guó)政府實(shí)驗(yàn)室就開發(fā)出第一張復(fù)合聚酰胺膜。與纖維素膜相比,具有高而多的水通量和鹽截留率,大大促進(jìn)了反滲透技術(shù)的應(yīng)用。目前已從最初的海水、苦咸水脫鹽及各種純水制造向水污染控制領(lǐng)域發(fā)展。反滲透已在城市污水、垃圾填埋場(chǎng)、電鍍、食品和制藥等行業(yè)的廢水處理或回用中獲得應(yīng)用。

1　重金屬?gòu)U水的處理
       
        含重金屬離子的廢水處理,國(guó)內(nèi)一般采用各種化學(xué)方法?；瘜W(xué)反應(yīng)沉淀具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),但也存在污泥處理處置困難,當(dāng)水質(zhì)復(fù)雜時(shí)難操作控制等缺點(diǎn)。離子交換法不僅運(yùn)行費(fèi)用高,預(yù)處理復(fù)雜,再生廢液的回用難度也大,容易產(chǎn)生二次污染。國(guó)內(nèi)外均對(duì)反滲透法處理重金屬?gòu)U水進(jìn)行了廣泛深入的研究。目前,我國(guó)約有100套反滲透裝置應(yīng)用于電鍍廢水的治理,組件多采用內(nèi)壓管式或卷式。采用內(nèi)壓管式組件,在操作壓力為2.7 MPa時(shí),Ni3+分離率在97.2%~97.7%,水通量為0.4 m3/(m2•d),鎳回收率大于99%。
     
        UJANG Z.采用復(fù)合低壓反滲透膜對(duì)含Zn2+和Cu2+的廢水進(jìn)行處理研究,不投加EDTA,進(jìn)水pH在3~5之間,水溫25℃,水回收率為40%,操作壓力450 kPa時(shí),Zn2+和Cu2+的去除率93%~96%。投加EDTA后,由于與Zn2+和Cu2+形成絡(luò)合離子,在其它條件相同時(shí),反滲透膜對(duì)Zn2+和Cu2+的截留率穩(wěn)定在95%,當(dāng)投加EDTA適宜時(shí),二者的截留率均達(dá)到99%以上。研究還發(fā)現(xiàn)對(duì)Zn2+的截留率略高于Cu2+,采用的反滲透膜組件見表1。
　　 

        CHAI X 340 mg/L時(shí),透過(guò)液中銅質(zhì)量濃度低于4 mg/L。SCHOEMAN J.J.分別采用南非產(chǎn)管式醋酸纖維素膜(膜面積1.75 m2)、杜邦卷式聚酰胺膜(組件為417 mm×71 mm)和FilmTec的卷式復(fù)合膜(組件為614 mm×80 mm)對(duì)鎳清洗廢水與混合電鍍廢水、鎘清洗廢水和鉻清洗廢水進(jìn)行了中試規(guī)模研究,結(jié)果表明,對(duì)于處理規(guī)模為5 m3/h的鎳、鎘和鉻清洗廢水,RO系統(tǒng)運(yùn)行1.3、3和7 a后可以收回投資。

2　高礦化度礦井廢水的處理
       
        du PLESSIS G.H.采用管式反滲透膜對(duì)礦井廢水進(jìn)行中試規(guī)模(膜面積達(dá)40.25 m2)的研究,預(yù)處理包括投加量為5 mg/L的次氯酸鈉消毒除藻類、15 mg/L的FeCl3(以Fe計(jì))的絮凝澄清去除懸浮物和膠體、雙層過(guò)濾去除濁度以及5 mg/L的Flocon阻垢劑。當(dāng)膜面流速在1~2 m/s,水最大回收率為70%,壓力4 MPa時(shí),平均水通量為700 L/(m2•d),除鹽率穩(wěn)定在96%。值得注意的是預(yù)處理后,廢水的SDI(污染指數(shù))高達(dá)5.6~6.2,但每運(yùn)行350 h后的清洗可保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
       
        PULLES W.對(duì)礦井廢水進(jìn)行了新穎的泥漿沉淀與再循環(huán)反滲透工藝(Slurry Precipitation And Re-cycle Reverse Osmosis,SPARRO)處理的中試研究。中試研究采用管狀醋酸纖維紗膜,結(jié)果表明,SPARRO的投資略高于常規(guī)反滲透工藝(高5.5%),但運(yùn)行費(fèi)用低得多,能耗僅3~4 (kW•h)/m3,除鹽率大于90%,水的回收率則高達(dá)95%。在該工藝中,進(jìn)水中包括硫酸鈣晶體泥漿,它在高壓下被水泵泵進(jìn)膜組件。當(dāng)?shù)望}廢水通過(guò)膜時(shí),溶解鹽得到濃縮,而當(dāng)溶解鹽過(guò)量時(shí),便會(huì)優(yōu)先沉積在結(jié)晶體上,從而防止在膜表面和系統(tǒng)管網(wǎng)上結(jié)垢,使得結(jié)垢型水可以在較高的水回收率情況下進(jìn)行脫鹽,硫酸鈣晶體的濃度則通過(guò)周期性外排得到控制。

3　生活污水的深度凈化處理
       
        SUZUKIY.等以反滲透膜的水通量、膜透過(guò)液水質(zhì)、水通量衰減系數(shù)和化學(xué)清洗后水通量恢復(fù)率為主要參數(shù),對(duì)不同組件形式、不同材質(zhì)的反滲透膜用于生活污水回用處理進(jìn)行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),螺旋卷式聚乙烯醇復(fù)合膜和三醋酸纖維素中空纖維膜在廢水回用工藝中具有較高的實(shí)用價(jià)值,不僅膜透過(guò)液水質(zhì)具有與城市給水相同的外觀:無(wú)色透明、無(wú)味,糞便大腸菌類的截留率為100%,滲透液COD為1~2 mg/L,色度≤1度,磷含量為0•01 mg/L,而且水通量較大。同時(shí),這些膜具有很強(qiáng)的抗污染能力,染膜通過(guò)化學(xué)清洗,水通量可100%恢復(fù)。
        
        SLIMJ.A.采用管式反滲透膜對(duì)城市污水的三級(jí)處理(砂濾和氯化)出水制取可飲用水進(jìn)行了可行性研究。反滲透處理規(guī)模為610 m3/d,在20℃時(shí),水的回收率為70%,運(yùn)行12 000 h的結(jié)果表明,膜本身未出現(xiàn)不可控制的污染,除了酚和氨氮外,其它所有的化學(xué)指標(biāo)均能滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn),從微生物學(xué)指標(biāo)看,反滲透出水投加1 mg/L的余氯消毒可以滿足飲用水要求,但從毒理學(xué)角度分析,反滲透出水尚需進(jìn)一步深度處理以去除微量有機(jī)物和毒物。
      
        BILSTAD T.采用管式和卷式反滲透膜對(duì)城市污水進(jìn)行氮分離實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,總氮去除率可達(dá)95%,化學(xué)沉淀池的出水可以直接作為管式反滲透膜的進(jìn)水,但對(duì)卷式膜而言,化學(xué)沉淀出水尚需25~200μm的濾芯過(guò)濾器處理,同時(shí),卷式反滲透膜需每天進(jìn)行化學(xué)清洗,以確保在水溫為25℃,進(jìn)口壓力為35 kg/cm2的條件下水通量達(dá)到20 L/(m2•h)。

4　高質(zhì)量濃度有機(jī)廢水的處理
      
        反滲透膜技術(shù)用于牛羊屠宰廢水處理已經(jīng)從研究進(jìn)入小規(guī)模(25 m3/d)的商用階段。COWAN J.A.C.對(duì)經(jīng)過(guò)篩濾和去除脂肪的屠宰廢水采用超濾和反滲透膜分離進(jìn)行處理,膜分離情況如表2所示。
    

   
        BUCKLEY C.A.報(bào)道了一個(gè)規(guī)模為40 m3/d處理高質(zhì)量濃度染洗廢水的反滲透處理廠。反滲透膜由兩級(jí)組成,每級(jí)包括6個(gè)卷式膜組件。第一級(jí)采用苦咸水反滲透膜,第二級(jí)采用海水反滲透膜。第一級(jí)的運(yùn)行壓力在2.7~3.1 MPa,總固體和鈉離子的去除率均大于96%,色度去除率為90%,總碳去除率為87%;第一級(jí)的濃水作為第二級(jí)的進(jìn)水,由于進(jìn)水溶液滲透壓高,第二級(jí)的運(yùn)行壓力為5.3~5.8 MPa,其總固體和鈉離子的去除率大于98%,色度去除率為94%。反滲透膜每周進(jìn)行一次化學(xué)清洗。
        
        畜禽糞便廢水處理一直是國(guó)內(nèi)的難題。其預(yù)處理一般糞便通過(guò)機(jī)械脫水后產(chǎn)生固體含量為25%的泥餅和含固率為1%的液體。BILSTAD T.采用反滲透膜對(duì)機(jī)械脫水的液體進(jìn)行處理的中試研究,反滲透膜組件由18根管狀聚酰胺膜組成,管狀膜的內(nèi)徑為12.5 mm,長(zhǎng)度1 219 mm,總有效膜面積0.861 m2。膜面流速2.5 m/s,運(yùn)行參數(shù)控在:p<7MPa,t<70℃,3<pH<11,化學(xué)清洗采用0.3%的硝酸,在40℃下循環(huán)45 min,隨后堿性洗滌劑(Ultra-sil 11)在40℃下循環(huán)45 min。根據(jù)中試建立的實(shí)際反滲透裝置,膜面積46•8 m2,處理規(guī)模10 m3/d,膜面流速2.9 m/s,壓力4 MPa,運(yùn)行結(jié)果表明,干凈膜水通量為60 L/(m2•h),N去除率為99%,當(dāng)每一次間歇操作結(jié)束時(shí),水通量降低為30 L/(m2•h),N去除率降低為90%左右,而K,COD,TP和TS的最低去除率一般大于95%。
       
        CARTWRIGHTP.S.介紹了油田廢水膜分離的應(yīng)用研究結(jié)果,實(shí)驗(yàn)研究中,第一級(jí)使用中空纖維納濾膜去除幾乎所有重油、濁度和主要溶解有機(jī)物。第一級(jí)的滲濾液直接進(jìn)入第二級(jí)卷式反滲透膜,反滲透膜產(chǎn)生的濾液能夠滿足再用或回灌地下,當(dāng)每級(jí)運(yùn)行回收率為90%,溫度18~22℃,運(yùn)行壓力7~25 kg/cm2時(shí),第一級(jí)穩(wěn)定后水通量為81 L/(m2•h),第二級(jí)穩(wěn)定后水通量為5.0 L/(m2•h),膜分離效果如表3所示。
 

5　垃圾滲濾液處理
       
        垃圾填埋場(chǎng)滲濾液水質(zhì)非常復(fù)雜,不僅含有各種有機(jī)物,還含有高濃度氨氮和各種重金屬離子,其可生化性隨填埋時(shí)間而變化,至今國(guó)內(nèi)尚無(wú)經(jīng)濟(jì)可行的處理技術(shù)。國(guó)外將反滲透膜分離與常規(guī)污水處理技術(shù)相結(jié)合對(duì)滲濾液廢水進(jìn)行了處理的應(yīng)用研究和工程實(shí)踐,表4是處理的研究情況。
 

6　存在的問題和應(yīng)用前景
      
        反滲透膜分離技術(shù)要在水污染控制中獲得大規(guī)模應(yīng)用尚需解決一些基本問題,如如何衡量允許進(jìn)入反滲透膜組件的進(jìn)水水質(zhì),SDI值是否同樣適用于廢水處理;開發(fā)適用于不同廢水處理的各種抗污染、預(yù)處理要求低的反滲透膜組件;解決實(shí)驗(yàn)室研究和實(shí)際規(guī)模應(yīng)用的放大問題。
    
        隨著水污染控制形勢(shì)的日益緊迫,反滲透膜分離在國(guó)內(nèi)各種工業(yè)部門的清潔生產(chǎn)、缺水地區(qū)的廢水處理回用、農(nóng)村微污染原水飲用水處理、難生物降解有機(jī)廢水處理領(lǐng)域?qū)@得突破。

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