超滤与反渗透的工艺机理

  对原水进行处理和加工后使之符合纯水的指标是当前人们对水资源需求的基本要求。随着技术的不断提升，水处理行业中先后引入了大批的成熟的技术和产品，促进了水处理行业的良性及稳定发展。超滤与反渗透技术是一项在纯水制备过程中应用最广泛的技术，该项工艺技术同时也在污水处理、海水淡化及工业废水处理等领域受到业界的广泛使用。对此，我们针对超滤与反渗透工艺在纯水制备工艺中的应用就机理、简单应用及常见问题开展探究，希望国内众多水处理公司能更好的运用该项技术，促进业内更好的发展。

1.超滤工艺的机理

  传统的水处理工艺相对简单，首先是对原水进行简单预处理，其次在水中加入一定的净化及消毒剂去除异味，再次放入沉淀池中将悬浮在水表面的颗粒去除，最后再做过滤杂质、沙粒等处理，这样的水处理工艺无法将水中残存的有害物质进行有效清除，如果人们长期饮用此类水质一定会改变身体素质，为了提升水质量，超滤技术应运而生。超滤的基本原理就是利用流体的自身压力驱动和切向流动而发挥出的过滤功能，其可以按照分子量颗粒的实际大小来分离。在这一过滤过程中当然会使用到超滤膜。超滤膜就是利用压力活性膜，其在压力的推动下可截留一些分子量较高的物质。当原水受外界压力影响下按照一定的流速经过超滤膜时，分子量在300―500以下的溶质会直接通过该超滤膜，而大于该指标的分子量则被截留，这就是水净化的基本原理。一般情况下超滤膜的孔径大小大约是在（0.002-0.1）μm，因此水中含有的小分子量溶质、悬浮颗粒、细菌、胶体、病毒等物质均可以有效去除。水处理工艺不会单单只是超滤，还需进入反渗透膜系统，而进入该系统之前必须先做好预处理，使水质达到反渗透的进水指标要求后经对应加压泵后进入膜组件。而反渗透的预处理通常是选择超滤，主要是因超滤膜说可以全部清除超过0.1μm的溶质，有机物的清除率也达到10%-30%，悬浮颗粒、病菌、微生物等清除率为100%，最值得一提的是其处理过程中所使用到的化学制剂用量最小，可有效降低污染排放量，是当前预处理设计的首选。

2.反渗透（RO）工艺的机理

  RO技术在未来环境工程中有很大的发展空间，其可促进环境效益和经济效益的增加。RO技术也称为逆渗透技术，其基本机理就是利用外界的压力将水溶液中的所有溶剂通过反渗透膜后将溶剂成功分离，其与自然渗透的机理相反，因此称为反渗透。反渗透膜的孔径大小大约为（0.1-1）nm，是由高矩阵的聚合纤维素构成，可截留盐分。RO技术是当前效率最高、最节能环保的一种分离技术，在大于渗透压的外界压力下，利用只允许水分子通过的反渗透膜而将溶剂与溶质进行分离，达到净水的目标。根据不同的渗透压，将大于渗透压的溶液进行分离、纯化和浓缩。关于反渗透膜的脱盐原理当前有不同的说法，如氢键理论、优先吸附-毛细管流动理论和溶解-扩散理论等。RO技术在应用过程中有两个关键点，一个是有反渗透膜，一个是有外界压力。在水溶液中最难清除的杂质当属溶解性盐类物质。人们通常将反渗透的除盐率效果来判断该技术的净水效果。而RO技术的除盐率主要由反渗透膜的选择性来决定。高选择性的反渗透膜其除盐效果可达到99%。现有的反渗透系统中，期除盐率通常是设置在95%-99%之间，而SiO2的清除率是99%以上。同时也有专家指出，针对反渗透膜的研制工作，应制作出具有更高抗压、抗酸、抗氧化及耐酸性等效果，同时也要容易清洗，加强反渗透膜的分离效果和其他膜之间的结合方式，改善各种膜组件，使反渗透膜在使用过程中得到更好的保护，延长寿命。

3.超滤-反渗透工艺在饮用水处理中的应用

  当前水资源受到严重污染，居民饮用水的安全也受到影响。对水进行处理和净化是当前应用水工程工作的重心。实现饮用水的净化需要有效去除水溶液中的病菌、悬浮物及各种微生物等，使水质达到饮用标准。而在这一净化和处理过程中，超滤-反渗透技术发挥着其巨大的作用。传统的饮用水处理及净化步骤多是先混凝，再沉淀、过滤，最后是氯消毒。其净化处理过程中需要用到的混凝剂、化学制剂等量特别大，若是稍有使用不当不仅无法控制，而且还会产生严重的污染问题。特别是使用氯气进行消毒不仅会引发畸形和致癌，还会导致突变的CHCl3，因此传统工艺不宜再使用。与传统的工艺不同，超滤-反渗透技术可以有效去除水溶液中的米级颗粒和细菌悬浮物，并能大量去除各类有害物质，在提升饮用水的质量上比传统工艺有着更明显的效果。超滤-反渗透技术在饮用水中的应用主要是对原水做脱盐处理，使水达到纯水相关指标。为了提高除盐率，应对水溶液做深度处理，现采用两级两段反渗透，具体处理流程。需要注意的是在原水进入水箱之前应使用杀菌剂做杀菌处理，超滤出水进入反渗透之前应加入阻垢剂，这样可提高水质的PH值。

4.应用过程中常见问题的具体分析

  超滤-反渗透系统在应用过程中有可能出现下述几个问题：一个是关于超滤运行方式的选择问题。超滤运行方式有错流和全流过滤两种。前者指的是水进入超滤膜之后，该膜会部分成为产水，而另一部分会夹带其他杂质排除成为浓水，后者是指水进入超滤膜之后，该膜会全部成为产水而经过滤液流出。两者各有优势，前者可处理悬浮物更高的进水，后者运行成本低。笔者认为当超滤进水的悬浮物和浑浊度较高时可选择错流过滤方式，可用于污水处理工艺中；当超滤进水的悬浮物和浑浊度较低时，可选择全流过滤方式，可用于净化自来水、井水工艺中。二个是反渗透膜型号、数量及排布方面的问题。型号上应结合原水水质情况适宜选择，而后两者可结合系统的水通量及回收率对膜件数量进行确定和排布。

5.结束语

  我国的水处理工艺相对简单，而超滤与反渗透技术以其特有的高效异味清除率和过滤有害物质等优势而在纯水和超纯水制备中不断被广泛应用。超滤膜技术具有强大的物化和分离效果，同时利用反渗透的分离与浓缩效果使水环境得到进化、污染控制及水再生等，因而该项技术能否在纯水制备工艺中发挥更大的效用是业界重点研究的问题。上文针对超滤与反渗透技术的应用机理、简单应用及应用存在的问题等进行了详细的阐述与解析，这说明了该项技术在水处理过程中有着举足轻重的效果，应加大该项技术的推广和研究，更好的解决水资源短缺问题。

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