反渗透_纳滤膜及其在水处理中的应用_张烽

文章编号:1007-8924(2003)04-0241-06反渗透、纳滤膜及其在水处理中的应用张烽徐平(美国海德能公司北京代表处,北京100022)摘要:对反渗透和纳滤膜元件在国内外的发展过程,应用领域和应用现状进行了综述,认为反渗透和纳滤膜应用在全国乃至全世界均处于高速成长期,具有广泛的应用前景.但同时指出应及时总结目前的应用情况,开发潜在的应用领域,加强技术的国产化,确保该技术的良性高速发展.关键词:反渗透;纳滤;水处理;膜技术中图分类号:TQ028.8文献标识码:A1反渗透及其发展以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型的流体分离单元操作技术,30年来取得了令人瞩目的巨大发展.据有关文献估计,当今的分离膜世界市场规模已达到每年20亿美元以上.表1和图1分别给出了按分离原理和按被分离物质的大小区分的分离膜种类.从中可以看出,除了透析膜主要用于医疗用途以外,几乎所有的分离膜技术均可应用于石油、天然气及石油化工行业.反渗透和纳滤作为主要的水及其它液体分离膜之一,在分离膜领域内占有重要的地位.1953年,美国佛罗里达大学的Reid等人最早提出反渗透海水淡化,1960年美国加利福尼亚大学的Loeb和Sourirajan研制出第一张可实用的反渗透膜.此后,反渗透膜的开发有了重大突破.膜材料从初期单一的醋酸纤维素非对称膜发展到用表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜.操作压力也扩展到高压(海水淡化)膜,中压(醋酸纤维素)膜,低压(复合)膜和超低压(复合)膜.80年代以来,又开发出多种材质的纳滤膜.膜组件的形式近年来也呈现出多样化的趋势.除了传统的中空纤维式、卷式、管式及板框式以外,又开发出回转平膜、浸渍平膜式等.工业上应用最多的是卷式膜,它占据了绝大多数陆地水脱盐和越来越多的海水淡化市场.中空纤维膜在海水淡化应用中仍占有很高的份额.今天世界上反渗透、纳滤膜水处理装置的能力已达到每天数百万吨.目前世界最大的反渗透苦咸水淡化装置为位于美国亚利桑拿州的日产水量为28.8万t的运河水处理厂,最大的反渗透海水化装置,位于沙特阿拉伯,日产水量为17.1万t.最大的纳滤脱盐软化装置位于美国佛罗里达州,日产水量为15.1万t.2国内反渗透膜及其应用我国从60年代中期开始研制反渗透膜,与国外起步时间相距不远,但由于原材料及基础工业条件限制,生产的膜元件性能偏低,生产成本高,还没有形成规模化生产.相比而言,我国的超滤、微滤膜研制虽晚于反渗透,始于70年代,但目前已发展到数百个生产厂.虽然有品种少、质量、性能不够完善等问题,但因价格低廉,不仅有效地阻挡了国外同类产品的大量流入,而且也扩大了应用范围.国内反渗透应用始于70年代后期,最早多限于电子、半导体纯水,80年代以后逐渐扩大到电力及其它工业,90年代起在饮用水处理方面获得普及,现在反渗透已进入到家庭饮用纯水.最近10年是反渗透应用大发展阶段.根据保守收稿日期:2003-07-28作者简介:张烽(1964-),男,江苏通州市人,硕士,从事膜分离技术的应用和推广,电话:010-85803253.第23卷第4期膜科学与技术Vo1.23No.42003年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYAug.2003DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2003.04.045表1主要膜分离过程膜种类膜功能分离驱动力透过物质被截留物质微滤多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子压力差水、溶剂和溶解物悬浮物、细菌类、微粒子超滤脱除溶液中的胶体、各类大分子压力差溶剂、离子和小分子蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子反渗透和纳滤脱除溶液中的盐类及低分子物压力差水、溶剂无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等透析脱除溶液中的盐类及低分子物浓度差离子、低分子物、酸、碱无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子渗透汽化溶液中的低分子及溶剂间的分离压力差浓度差蒸汽液体、无机盐、乙醇溶液气体分离气体、气体与蒸汽分离浓度差易透过气体不易透过气体图1按孔径分类的分离膜的估计,各种反渗透膜元件2002年国内销售额在4亿～5亿人民币.随着国内几条引进行生产线的陆续开工生产,预计今后国产反渗透膜的市场份额会有上升.纵观国内反渗透应用市场,有以下方面的特点.2.1大型反渗透装置集中于锅炉补给水用途据不完全统计,我国已建成和在建的100t/h以上的反渗透装置已达数百套,但除少数电子等行业以外,大多数都集中于锅炉补给水用途.最早是火力发电厂,后来扩展到钢铁、炼油、石化、化肥、化工等行业.其中最大规模的系统已达到1800t/h.国内在此领域已积累了丰富的设计、施工和运行经验,现国内承建过100t/h以上规模反渗透装置的水处理工程公司已超过50家.2.2饮用水处理应用限