渗透膜分离技术

渗透膜分离技术的发展及其在城市污水处理中的应用 管向伟 摘要：本文首先简要地回顾了国内外反渗透膜技术的发展概况，然后详细论述了反渗透膜分离技术。通过介绍反渗透的基本原理、污染物去除机理、反渗透装置型式、主要性能参数与运行工况条件和基本流程，以美国和日本采用反渗透处理生活污水为例，探讨了反渗透膜分离技术在城市污水处理中的应用情况，最后就其发展方向作出了初步地归纳和展望。 关键词：城市污水处理 膜分离技术 反渗透膜 实际应用 前景展望 近来，物理化学处理技术、光照射技术及膜过滤技术已形成三大水处理技术。在这些技术中引人注目的是膜分离法污水处理技术[1]。膜分离是通过膜对混合物中各组分的选择渗透作用的差异，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分混合物的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集的方法。而反渗透膜分离技术作为当今世界水处理先进的技术，具有清洁、高效、无污染等优点，已在海水淡化、城市给水处理、纯水和超纯水制备、城市污水处理及利用、工业废水处理、放射性废水处理等方面得到广泛的应用。 膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，与传统分离操作(如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换树脂等)相比较，过程中大多无相变化，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小等特点。膜分离技术应用到污水处理领域，形成了新的污水处理方法，它包含微滤(MF)、超滤(UF)、渗析(D)、电渗析(ED)、纳滤(NF)、和反渗透(RO)等，本文仅对反渗透(RO)膜法对城市污水处理技术进行探讨。 1 反渗透膜发展概况 膜广泛的存在于自然界中，特别是生物体内。人类对于膜现象的研究源于 1748 年，但是人类对它的认识和研究则较晚。1748 年，Abbe Nollet 观察到水可以通过覆盖在装有酒精溶液瓶口的猪膀肌进入瓶中时，发现了渗透现象。然而认识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了 200 多年的漫长过程。人们对膜进行科学研究则是近几十年来的事。其发展的历史大致为；30 年代微孔过滤；40 年代透析；50 年代电渗析；60 年代反渗透；70 年代超滤和液膜；80 年代气体分离；90 年代渗透汽化[2]。 在国外，其发展概况为：1953 年美国的 Reid 提出从海水和苦盐水中获得廉价的淡水的反渗透研究方案，1960 年美国的 Sourirajan 和 Leob 教授研制出新的不对称膜，从此 RO 作为经济的淡化技术进入了实用和装置的研究阶段。20 世纪 70 年代初期开始用 RO 法处理电镀污水，首先用于镀镍污水的回收处理，此后又应用于处理镀铬、镀铜、镀锌等漂洗水以及混合电镀污水。1965 年英国首先发表了用半透膜处理电泳涂料污水的专利。此后美国 P.P.G 公司提出用 UF 和 RO 的组合技术处理电泳涂料污水，并且实现了工业化。1972－1975 年 J J .Porter 等人用动态膜进行染色污水处理和再利用实验。1983 年 L.Tinghuis 等人发表了用 RO 法处理染料溶液的研究结果。1969 年美国的 J . C. V Smith 首先报道了处理城市污水的方法。30年来，反渗透(RO)技术先后在含油、脱脂废水、纤维工业废水、造纸工业废水、放射性废水等工业水处理、苦咸水淡化、纯水和高纯水制备、医药工业和特殊的化工过程和高层建筑废水等各类污水处理中得到了广泛的应用。尤其是近几年，一些新型的膜法污水处理技术逐一问世，如膜蒸馏、液膜、膜生化反应器、控制释放膜、膜分相、膜萃取等[3]。 中国城镇水网www.chinacitywater.org在我国，膜技术的发展是从 1958 年离子交换膜研究开始的。1958 年开始进行离子交换膜的研究，并对电渗析法淡化海水展开了试验研究；1965 年开始对反渗透膜进行探索，1966 年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产，为电渗析工业应用奠定了基础。1967 年海水淡化会战对我国膜科学技术的进步起了积极的推动作用。1970 年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及组件进行研究开发，1980 年代进入推广应用阶段。1980 年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步，1985 年中国科学院大连化物所，首次研制成功中空纤维 N2/H2分离器，主要性能指标接近国外同类产品指标，现己投入批量...