反滲透膜技術的應用

摘 要：本文介紹了反滲透膜技術的分離原理和分離特點，詳細闡述了反滲透膜技術制備的高純水在鍋爐用水、電子工業、金屬飾面、封裝等工業上的應用，以及反滲透膜技術在工業污水處理、海水脫鹽、苦咸水淡化、食品工業用水、油水乳液分離等各個領域的應用，由此可見反滲透膜技術具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：反滲透膜；技術；工業應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.019

20世紀80年代反滲透膜技術已在歐美國家廣泛地應用于工業、生活用水的凈化處理，20世紀90年代中后期反滲透膜技術開始在國內得到大規模的應用，它主要集中用于電廠鍋爐補給水處理、食品醫藥用水處理和瓶裝飲用水處理[1]。近年來新興的工業污水回用裝置和化工行業工藝用水都將反滲透膜技術作為核心工藝。

1 反滲透膜分離原理

當半透膜稀溶液側與濃溶液側壓力相同時，稀溶液中的水透過半透膜進入濃溶液側使濃溶液濃度降低的現象稱為滲透。此時，單位時間內從稀溶液側透過半透膜進入濃溶液側的水分子數多于從濃溶液側透過半透膜進入稀溶液側的水分子數，使得濃溶液濃度降低。當單位時間內，從兩個方向透過半透膜的水分子數相等時，滲透即達到平衡[2]。若在濃溶液側外加一定的壓力，恰好能使稀溶液側和濃溶液側的滲透達到平衡，這個外加的壓力即稱為滲透壓。滲透壓的大小不僅取決于溶液系統，且與溶質濃度及溫度有關，若在濃溶液側的外加壓力超過了滲透壓，則會使單位時間內從濃溶液側透過半透膜進入稀溶液側的水分子數多于從稀溶液側透過半透膜進入濃溶液側的水分子數，此過程稱為反滲透。

反滲透膜技術的分離過程是利用半透膜只允許水通過而截留溶解固形物的性質，以膜兩側的滲透壓差為推動力，使水從濃溶液側透過半透膜進入稀溶液側從而實現濃溶液側溶質和溶劑進行分離的膜過程[3]。因此，反滲透膜技術的分離過程應具備如下條件：一是所用的半透膜應具有滲透性高和選擇性高的特性，二是半透膜兩側的凈壓差大于零。

2 反滲透膜技術的特點[4]

（1）具有較高的鹽脫除率和水回用率。

（2）膜分離裝置簡單且便于實現自動化。

（3）分離過程中，易產生膜污染，因此需定期對膜進行清洗。

（4）反滲透膜分離過程需在高壓下進行，因此工藝流程中要配備高壓泵與高壓管路。

（5）為防止膜污染，原水需進行一定的預處理各項指標達標后進入反滲透膜分離裝置。

（6）反滲透膜分離過程能耗低、無變相，可在常溫下進行，因此可較好地用于熱敏感性物質的分離和濃縮。

（7）采用反滲透膜分離技術，能有效去除水中的離子、分子、有機膠體、細菌等，因此它是一種高效、低能耗、無污染的水處理技術，適合處理含鹽量較高的水質。

3 反滲透膜技術的工業應用

3.1 反滲透膜技術制備高純水的工業應用

（1）鍋爐用水。反滲透膜技術可生產高純水為鍋爐供水，將高純水加入鍋爐，鍋爐通過燃燒油、煤、天然氣或利用核能將水轉化為蒸汽，然后將有壓蒸汽輸送至汽輪機，汽輪機通過消耗蒸汽的部分熱能，將其轉化為軸轉動形式的機械能，機械能被送往發電裝置，轉化為電能。在此應用中，鍋爐用水需采用高純水的主要原因是蒸汽中如有鈉、氯化物或二氧化硅等污染物，能引起汽輪機葉片的腐蝕或污染。

（2）電子工業。電子工業用水需考慮水中的各種污染物，包括離子、粒子、二氧化硅和有機物。通常電子工業用高純水作表面清洗。在集成電路生產過程中，裸露的硅經歷多達30～40道生產工序，且在每一道工序中，導電的或絕緣的材料層均需加到硅的表面，因此在下一層加到硅的表面之前，需采用腐蝕性的化學藥品蝕刻掉表面的一部分。為了保證硅片表面的化學藥物被徹底移除，在整個化學蝕刻過程中的各個工序都需用高純水[5]。

（3）金屬飾面。日常生活中的許多用品都需采用金屬電鍍來提高其美感和耐用度，在電鍍作業前，一般采用高純水來漂洗最初的表面，清洗掉影響電鍍效果的臟物和化學藥品，以確保鍍層能更好地粘附于表面。在電鍍鍍層干燥前，用高純水漂洗掉過量的電鍍溶液[5]，而用劣質水漂洗或漂洗不當都會減少鍍層的光澤或弄污表面。

（4）封裝。許多家用產品需要用高純水稀釋，這是由于大多數自來水中的離子能和產品中的某些成分發生反應產生沉淀，影響其性能和外觀。如織物柔軟劑、窗戶清洗劑和洗發香波等的生產均采用高純水稀釋[5]。

3.2 反滲透膜技術在工業污水處理中的應用

工業污水的各個組分可視作污染物，也可視作資源，其所含組分常常具有可利用價值，所以工業污水的處理不僅要降低排放量，還要考慮資源的重復利用。

（1）電鍍行業產生的污水。電鍍行業產生的電鍍廢水一般含有大量的有害重金屬離子，采用一般處理方法很難去除，造成環境污染，但反滲透膜技術卻能很好地去除電鍍廢水中的重金屬離子，并且離子價數越高越易被去除，而分離出的重金屬能夠被回收利用，處理后的達標水即排放，具有良好的經濟效益。

（2）電廠污水。火力發電廠中產生的污水量最大的是冷卻塔排污，若將冷卻塔循環排污水直接排放，極大地浪費水資源，由于冷卻塔循環用水量很大，若將冷卻塔循環排污水采用反滲透膜技術進行處理達標后回用于循環水系統，可節約資源、提高水利用率。

（3）紙漿及造紙工業產生的廢水。紙漿及造紙工業在生產過程中產生的廢水具有高濃度、高色度、高生化需氧量等特性，且通常含有害雜質，對環境影響極大。采用反滲透膜技術處理紙漿及造紙工業產生的廢水，可有效去除廢水中的污染物，也可提取其中的有用物質回收利用[6]。

（4）放射性廢水。核電廠廢水與火力發電廠廢水都具有水量大的特點，但因核電廠以放射性核燃料為能量來源，其廢水還具有放射性。由于反滲透膜技術處理廢水的效果與廢水中金屬鹽是否具有放射性無關，因此反滲透膜技術非常適合處理此類廢水。另外，反滲透膜技術處理核電廠加壓水反應堆操作中的蒸汽發生器的排污水，能顯著減少其排污量[6]。

3.3 反滲透膜技術在海水脫鹽和苦咸水淡化領域的應用

（1）在海水脫鹽中的應用。隨著淡水資源的日益匱乏，很多國家尤其是嚴重缺水的中東地區已將海水脫鹽作為其取得淡水的重要途徑。由于海水含鹽量較高，用反滲透膜技術進行海水脫鹽時，一般均需采用兩級反滲透系統，因此海水脫鹽成本費用較高，但其處理后的水可達到飲用級標準。海水在進反滲透裝置之前，需經殺菌、凝聚及過濾等處理流程，并需將pH值調節至6左右，如果采用氯殺菌，對耐氯性能差的膜組件，還需用活性炭去除余氯或用亞硫酸氫鈉進行還原處理[6]。

（2）在苦咸水淡化中的應用。與海水相比，苦咸水含鹽量一般低很多，通常是指含鹽量在1500～5000mg/L的天然水、地表水和自流井水。在世界很多缺水地區，苦咸水通常是可利用水的主要部分。

3.4 反滲透膜技術在食品工業用水中的應用

（1）在奶制品加工中的應用。采用反滲透膜技術處理分出奶酪后的乳漿，可將乳漿中的溶質和溶劑進行分離，得到含有蛋白質、乳糖和乳酸等成份的濃縮組分，同時也對乳清進行脫鹽處理，減少了環境污染。

（2）在果汁和蔬菜汁加工中的應用。采用反滲透膜技術可對果汁和蔬菜汁在常溫下加工濃縮，濃縮后的果汁和蔬菜汁仍具有原有的營養成分和口感特征，而采用其它處理方法，如蒸發法濃縮果汁和蔬菜汁會造成各種營養物質流失，使得濃縮汁質量降低。

3.5 反滲透膜技術在油水分離中的應用

在加工金屬的過程中，需采用油水乳液潤滑和冷卻加工工具及工作臺面。采用反滲透膜技術處理油水乳液時，不僅可使排放水達標，還可得到濃縮的油相[4]。濃縮的油相可焚燒處理也可經精練制得能回用的油，這樣既降低了環境污染，又提高了乳液中油的利用率。

4 結語

反滲透膜技術在制備高純水、工業污水處理、海水脫鹽和苦咸水淡化、食品工業用水、油水乳液分離等領域中均得到了廣泛的應用，由此可見反滲透膜技術具有很好的應用前景。

參考文獻：

[1]梁艷華，孫彥輝.反滲透技術在純水制備中的應用[J].聚氯乙烯，2008，36（05）.

[2]張菊青，靳玉川，王小敏.反滲透膜在高純水制備中的應用[J].氯堿工業，2008，44（02）.

[3]徐紹東，安占強，張志嶺.反滲透制取純水技術[J].中國氯堿，2008（02）.

[4]李海鳳，孫艷榮.反滲透水處理技術的應用[J].北京航天工業學院學報，2008，18（05）.

[5]殷琦，華耀祖.反滲透—膜技術.水化學和工業應用[M].北京：化學工業出版社，1998（03）.

[6]張永勝，張向榮.膜分離技術及其在水處理中的應用與前景[J].河北理工大學學報，2008，30（03）.

作者簡介：丁姍姍（1986-），女，湖北荊州人，碩士，工程師。