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环境工程中反渗透技术的概念和现状

来源:中国职称论文咨询网作者:kaiting时间:2018-10-31 10:41

  这篇环保工程师论文发表了环境工程中反渗透技术的概念和现状,近年来, 我国工业发展迅速, 大大小小的工厂遍布城市之中。工业的发展虽然促进了经济的增长, 但也给生态环境带来了巨大的破坏。为了减少工厂污水的排放量, 超滤反渗透技术开始应用于污水回用系统。

  【关键词】环保工程师论文,环境工程;反渗透技术;应用

环保工程师论文

  0 前言

  環境工程中,对水质的处理是一项重要的研究领域。对水中的胶体和悬浊物采用过滤的手段除去,但水中还含有大量的高溶解度无机盐离子和有机物,无论是采用化学试剂处理还是高温蒸馏技术都具有很高的成本与能耗。利用溶液在压差和反渗透膜下的反向扩散特性,可以研制出更加清洁、高效、低能耗的反渗透技术,对环境工程中的咸水淡化和污水处理工作都具有十分重要的意义。

  1 反渗透技术的基本概念

  1.1 反渗透技术的基本原理

  在从溶液中分离溶剂的过程中,根据不同溶剂渗透压不同的原理,利用压力使溶质从溶液中分离的技术称为反渗透技术。由于这种渗透过程是与自然渗透方向相反的,需要借助反渗透膜来进行,因此该技术又被称为膜分离技术。能够通过反渗透技术进行分离和过滤的物质很多,例如水溶液中的胶体大分子溶质以及各类无机离等,也可将有机溶液中的水分离,对有机物进行浓缩。关于渗透技术的基本机理,学术界提出了几种不同的模型。毛细孔流优先吸附理论认为,高分子多孔膜物质的吸附作用是有选择性的,优先吸附的物质会外压的作用下通过反渗透膜,而负吸附的物质就会被隔离开;而溶解扩散理论将反渗透模视为致密无孔的,物质能否透过反渗透膜,取决于在膜的表面活性皮层内的溶解性。

  1.2 反渗透技术在环境工程中的应用优势

  反渗透技术在环境工程中具有明显的应用优势,传统的分离工程大多具有较高的能耗,需要经过密集的能量交换。而反渗透技术只需要在溶液两侧形成压力差即可,这一过程只需要通过高压泵为水体提供一定的压力即可,消耗的能源极低;传统的分离技术在分离物质以后通常还需要大量的沉淀剂或吸附剂用于物质的收集,而反渗透技术可以直接得到纯度极高的溶液,流程设计和操作方法都更为简单,对于物理性质相似的物质,其通用性更好。另外,反渗透技术污染低、效率高,是一项环境友好型的化工生产技术。

  2 环境工程中反渗透技术的应用现状

  2.1 在海水与苦咸水的淡化中的应用

  海水是一种组成十分复杂的物质,其中含有的80多种化学元素大都以易溶的离子形式存在,而其中的主要成分如钠离子、氯离子、镁离子等,更是极为易溶且难以分离的物质。而随着淡水资源的不断紧张,海水淡化技术作为解决全球水资源危机的重要途径,越来越得到科研领域的重视。反渗透技术用于海水淡化领域已经数十年,是目前回收率最高、成本最低、最为清洁的海水淡化技术,其凭借高达99.5%的海水脱盐率以及90%以上的能量回收效率成为了目前市面上最具竞争力的海水淡化技术。首先利用海水供水泵将海水输入系统,并进行预处理去除海水中的生物以及固体悬浮物,以满足反渗透膜组的处理要求;接下来使用海水高压泵使海水压力至5-6MPa进行脱盐;完成后还需要对获得的淡水进行矿化、防腐蚀与消毒处理,满足要求后再接入市政管网。在海水以及苦咸水的分离过程中采用反渗透技术,可以在不发生相变的情况下对溶质与淡水进行分离,避免由于加热对反应容器以及溶质本身的结构造成损害。

  2.2 在工业废水处理中的应用

  处理工业废水,是反渗透技术在环境工程中最有应用前景的一项工作。在印染行业的生产过程中会产生大量的工业废水,这类工业废水具有很高的碱性,含有大量有机盐以及无机物类污染物,传统的废水处理方法难以承受如此高的成本,而利用反渗透技术可以较好的对印染废水中的有机物以及无机盐离子进行过滤。另外,我国作为钢铁生产大国,对炼钢过程中产生的废水也有很高的处理需求。钢铁废水中含有氮磷等有机污染物以及铁离子、镁离子以及大量的固体悬浮物,适合用反渗透技术进行处理。需要注意的是,反渗透膜对废水中的固体悬浮物较敏感,无论是在印染废水还是炼钢废水的处理之前,都需要通过絮凝、超滤等方法对废水进行处理,保证反渗透系统的进水符合要求。经过大量的实验以及实际生产应用验证,反渗透技术能够较好的处理工业废水中的有机物以及无机盐离子污染物,能够将脱盐率控制在90%以上,降低废水的电导率,减少其排放过程中对环境的污染。

  2.3 在生活污水处理中的应用

  在城市生活污水的处理中的反渗透技术,主要采用只能透过水而不能透过溶质的反渗透膜对水中的溶解性污染物进行去除。反渗透技术适用于含有溶解性无机盐与有机污染物的生活废水处理,从处理效果上看,一级两段式的产水率高达70%,脱盐率高达95%。不过反渗透技术对预处理的要求较高,在进行反渗透处理之前,需要利用超滤或微滤等技术调整污水中的悬浮物。从实际应用经验上看,虽然反渗透技术在工业领域的废水处理较为广泛,但在城市污水处理的推广上却并不理想。部分污水处理厂引进反渗透技术后,不知如何针对城市污水进行调试,使得处理效果不理想,处理成本也偏高。因此在反渗透技术投产之前,首先要解决设备与工艺的问题。在试车过程中观察水处理的效果,并先用一到两个月时间在系统中培养出活性污泥,活性污泥是在系统内形成的微生物群落,用于污水处理过程中的生物反应。除了培养活性污泥意外,还要针对水质处理要求对污泥进行驯化,将无用的微生物淘汰掉。实际上对于城市生活废水处理中应用反渗透技术的主要难点源于城市生活废水成分的复杂性,其中许多污染成分是难以预测的,因此也难以制定合理的反渗透膜处理方案。要想提高过滤效果,有待于耐污染的反渗透膜技术研发与应用。

  2.4 在纯水与超纯水制备中的应用

  纯水是指对水中电解质含量有一定要求的水,在测试过程中用电阻率予以表征。为了制备纯水,首先要去除原水中的有害物质:水中的悬浮物与胶体是对反渗透膜产生损耗的最主要物质;另外水中的细菌、微生物等也容易影响膜的使用效果。根据实际生产经验来看,影响反渗透技术制备纯水与超纯水效果的因素主要包括:进水的水质,水中的杂质尽量是溶解性且不容易结垢的,化学性质温和,避免造成膜的污染;进水的温度,进水温度过低使得反渗透过程减缓,降低生产效率温度过高会导致微生物大量繁殖,使得难溶盐在微生物表面沉积;另一方面水处理过程中的运行压力也会影响产水量,要让水压保持在较高产水速率又不破坏反渗透膜的水平。当怀疑反渗透膜发生污染或破坏时,就需要进行化学清洗并测试膜的工作状态。

  3 反渗透技术在环境工程中的应用展望

  3.1 低压反渗透技术的发展展望

  常规的反渗透膜需要3~4MPa的工作压力才能正常工作。要想达到这一压力,需要高压泵对原水进行泵送,且对膜的耐受性能有一定的挑战。而低压反渗透膜只需要0.7~1.5MPa的工作压力。理想的低压反渗透膜只要使得压力略高于物质的渗透压,就可以得到较高的透水量与脱盐率,对水中的重金属、有机物有较好的分离作用。低压反渗透膜适用于需要减少设备成本或提高对某些特殊溶质分离能力的工作,例如制药、电子或食品加工等。但低压反渗透技术也存在一定缺点:低压膜技术的产水通量的均衡性不好,当系统各个部位水环境条件存在差异时,产水量会失衡。随着节能降耗需求的增加,低压反渗透技术必将成为研究的重要方向。

  3.2 耐极端环境的反渗透技术的发展展望

  在废水处理技术中,尤其是针对部分工业废水,其出水温度很高。常规的做法是将废水降温后采用膜分离技术处理。但降温后废水中的污染物溶解性能也响应下降,部分物质将析出成为悬浊物,不仅提高了预处理的成本,还容易造成膜的污染。而耐高温极端环境的反渗透膜可以在污水具有较高的温度时直接处理,提高了处理效率并降低了膜的损耗。但常规的反渗透膜耐高温性能不好,已经研制并实验过的耐高温反渗透膜如杂萘联苯聚芳醚腈酮复合膜,在高温时具备更高的脱盐率,膜上的有效孔数饱和且稳定;另外,部分废水中的污染物含量较大,一般的反渗透膜抗污染能力差,需要经过繁复的预处理才能开始过来,而开发抗污染反渗透膜可以延长膜的使用寿命,降低清洗频次,降低了使用成本与维护难度。针对特种处理需求,耐高温、腐蚀、酸碱性的反渗透膜技术也会得到长足的发展。

  3.3 带电荷的反渗透技术的发展展望

  带电荷的反渗透膜主要材质为芳香族聚酸胺,主要用于低压或超低压复合膜的制备。在制备高电阻率的纯水系统中,表面帶有正负电荷的反渗透膜得到广泛的应用。此类技术主要用于电子与半导体行业等对用水电阻率要求较高的行业中。

  4 结语

  要想扩大的反渗透技术在环境工程中的应用范围,提高其在污水处理与水体淡化中的应用效果,就要针对现目前反渗透技术在抗污染、耐高温极端环境下的缺陷进行研究,从材料与工艺等多方面出发解决问题。本文仅分析了反渗透技术在目前环境工程问题中的应用,对相关研究工作的推进具有一定的参考意义。

  【参考文献】

  [1]林黎宇.针对反渗透技术在环境工程中的运用[J].建筑工程技术与设计,2016(17).

  [2]邹定.反渗透技术在工业废水回用方面的应用[J].中国新技术新产品,2017(14):109-110.

  推荐阅读:《环保科技》曾用刊名:贵州环保科技,1979年创刊,立足贵州,面向全国,是开展环境科学领域学术交流、学术讨论的园地。



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