反渗透技术及应用的海水淡化

反渗透技术是20世纪60年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。该技术是从海水、苦咸水淡化而发展起来的，通常称为淡化技术。由于反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、占地面积小、投资省、耗电低等优点，因此在水处理中得到了大量的运用。反渗透膜分离技术对水中的无机盐、有机盐、微生物、热源、胶体等具有良好的去除效果。随着反渗透技术的发展，反渗透技术的应用也越来越广泛，已广泛应用于海水苦咸水淡化，纯水、超纯水制备，化工分离、浓缩、提纯等领域，工程遍布电力、电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业。目前，我国的反渗透技术有了快速的发展，产业初具规模。

（一）海水和苦咸水淡化

反渗透技术起步于海水和苦咸水淡化，而又发展于海水和苦咸水的应用。目前，反渗透用膜和膜组件已相当成熟，组件脱盐率可高达99.5％以上，有约20年的经验积累，反渗透海水淡化（SWRO）工艺过程也逐渐成熟。近年来，功交换器和压力交换器的开发成功使能量回收效率都高达90％以上，从而使反渗透海水淡化的本体能耗在3kW·h/m3以下，成为从海水制取饮用水最廉价的方法，进一步增强了反渗透海水淡化的竞争力。近几年来，在国际海水淡化招标中，反渗透海水淡化以投资最低、能耗最省、成本最低、建造周期短等优势而屡屡中标。反渗透海水淡化所以能如此成功，与其在膜、组器、设备和工艺等方面的创新性开拓是分不开的。

苦咸水通常指含盐量在1000～5000mg/L的湖水、河水和地下水，也包括含盐量高于5000mg/L或含盐量接近海水的高浓度苦咸水。由于苦咸水一般含有较高的钙、镁、重碳酸根、硫酸根等微溶无机盐离子，在反渗透苦咸水淡化工程中，抑制和控制微溶盐的结垢沉淀是十分重要的。目前常用的方法有添加阻垢剂、离子交换软化、加酸去除进水中的碳酸根和重碳酸根，以及降低水回收率，避免超过溶度积。

苦咸水淡化是反渗透最早成功实用范例之一，而反渗透也是苦咸水淡化工程最具竞争力的方法，技术相对成熟。迄今为止，我国已有上千套规模不等的反渗透苦咸水淡化装置应用在国民经济各个领域积累了丰富的成功经验。

（二）纯水、超纯水制备

纯水、超纯水是现代工业中一种十分重要的原材料，已被广泛应用于半导体、微电子、电力、化工、医药等领域。我国从20世纪80年代起，在纯水、超纯水制备系统中，采用以反渗透—离子交换为主导的工艺，比单一离子交换工艺造水成本约下降30％，节省酸、碱耗量约90％，提高树脂再生周期造水量约20倍。反渗透膜法分离技术的先进性，经济效益和环保社会效益已被大量反渗透工程实际运行结果所证实。而近年来直饮水的反渗透工艺所形成的技术与消费浪潮，极大地促进了反渗透技术的普及，进而对工业进步起到了一定的促进作用。目前纯水、超纯水制备系统反渗透膜工艺的市场占有率高达95％以上。

1.电厂中、高压锅炉补给水制备

大型纯水、超纯水制备系统较集中应用于电厂中、高压锅炉补给水制备，其主要工艺由原水前处理、反渗透除盐、离子交换深度除盐或电去离子三部分组成。根据原水水质和产水水质要求设计工程的工艺流程和设备配置。

由于反渗透膜元件除盐率大于97％，而且还能去除水中大部分微粒、有机物、胶体等杂质，所以电厂中、高压锅炉补给水制备系统中，特别对高含盐量的原水，应用反渗透膜法除盐工艺，能获得显著的经济效益和环境效益。

2.电子工业用纯水、超纯水制备

电子元器件的制造需要大量高品质的纯水、超纯水，电子级超纯水是目前世界上纯净品质要求最高的水。在电子级超纯水制备系统中汇集了当前水处理技术最先进的工艺和设备，如超滤、微滤、反渗透、膜脱气、电去离子（EDI）等。其中，反渗透装置是整个纯水、超纯水制备系统工程中关键的设备，它能有效地去除原水中97％以上的溶解性无机物质、99％以上的相对分子质量大于300的有机物、99％以上的包括细菌在内的各种微粒和95％以上的二氯化硅。反渗透工艺在纯水、超纯水制备系统工程中的应用，不但能提高产水品质、降低生产成本，而且能防止环境污染，有力地推进了电子工业的进步，同时也促进了纯水、超纯水制造技术的发展。(www.xing528.com)

3.饮用纯净水的制备

反渗透膜是饮用水净化和纯化的最佳手段，使用反渗透膜可以去除水中的悬浮物、细菌、有毒金属物质和有机物，大大提高人们饮用水的质量。

饮用纯净水的主要工艺流程为：自来水→机械过滤器→活性炭过滤→保安过滤→反渗透除盐→杀菌消毒→饮用纯净水。GB 17323—1998《瓶装饮用纯净水》、GB 17324—1998《瓶装饮用纯净水卫生标准》和CJ 94—1999《饮用净水水质标准》标准的颁布，使饮用纯净水水质和卫生指标得到了有效的控制，有力地促进了饮用纯净水产业的健康发展。目前，饮用纯净水制备中的反渗透装置单机产水容量虽然不大，产量多数处于数10m3/h以下的中、小规模，但总数量不小。

（三）分离、提纯和浓缩

反渗透组合工艺广泛用于食品工业和医药工业的分离、提纯和浓缩，反渗透主要用于料液的脱水。食品工业中，糖类、果汁、蔬菜加工的脱水浓缩已达到先进的工业化程度。从渗透压考虑，反渗透特别适于质量分数在10％以下的食品料液的浓缩。与传统的蒸发法相比，反渗透的主要优点是降低能量消耗。纳滤对甜叶菊苷预浓缩后，再用反渗透浓缩，提高了浓缩倍数，可直接喷雾干燥制成成品。反渗透与超滤等组合工艺用于干酪乳清的浓缩，得到乳清蛋白浓缩液和乳糖，固含量质量分数可达20％～25％，并发现其更适于后续的电渗析脱盐。在医药工业方面，膜组合技术成功地用于抗生素的提炼。抗生素相对分子质量一般在200～1000之间，发酵液经超滤去除大分子后，用反渗透浓缩。目前，我国在中成药制造过程中，采用反渗透脱水浓缩也有不少实例。在医药辅料甘露醇生产工艺中，将超滤净化的料液进入反渗透预浓缩，可将甘露醇含量质量分数1.3％～1.5％浓缩到4.2％左右，再经电渗析脱盐、蒸发结晶制成成品。木糖醇是玉米芯的提取物，可用二级反渗透工艺浓缩。反渗透用于酒类脱醇已在啤制造业投入应用。

节能、产品纯度高、便于开发高附加值的新产品是反渗透技术在分离、提纯和浓缩工艺中迅速扩展应用的主要原因。因其过程是在常温、无相变环境下进行，特别适于热敏物质和pH值敏感物质的分离，能保持原料的固有香气和天然气味。反渗透透过水可以回用，既节约水源，整个生产过程又无环境污染。生体料液可能含有细菌、固体颗粒、多肽、蛋白或者糖胶、鞣质等复杂成分，需优化前处理步骤。在反渗透组合工艺的设计中，应合理分配各段的载留负担，保证系统的平衡运转。

（四）废水资源化

废水资源化具有开发淡水资源与保护环境双重目的。反渗透技术在环境工程中主要应用于工业废水和城市污水处理与回用。在工业废水中，反渗透方法可使废水中的铜、铅、汞、镍、锑、铍、砷、铬、银、硒、铊、锌等离子脱除90％～99％。它主要对电泳漆废水、电镀、石油、化工、纺织、食品加工、造纸、机械加工等行业的废水处理与有价值物质的回收利用。城市污水处理与回用主要包括建筑物及生活小区污水处理与中水回用、城市污水处理厂二级出水深度处理及回用。

当前反渗透技术应用最普遍、最成熟的是回收电泳漆废水中的涂料，已广泛地应用于电泳漆自动化流水线。同时，电镀废水、印染废水、洗毛废水、印钞废水、大豆乳清废水、含油等类废水的处理已经进入工业化应用，其规模也在不断扩大。虽然某些废水的处理其经济性还存在一定的问题，但从工艺及技术上已日趋成熟。

目前，反渗透在城市污水深度处理方面的应用受到了高度重视，包括中水回用和污水处理厂二级出水的深度处理制取优质淡水。中东不少缺水国家，在大量采用反渗透海水淡化技术的同时，引入反渗透技术处理二级污水，一级反渗透出水水质含盐80mg/L，二级反渗透出水达到10mg/L，以扩大淡水水源。