正渗透技术研究现状及进展

作为一种新型膜处理技术,正渗透技术自20世纪50年代建立以来,在环保、能源、海水淡化等领域受到越来越广泛的关注;其经历了从实验室研究,中试实验,到少量的商业化应用,技术日臻完善.本文综合了国内外相关文献的信息,从正渗透膜制备、浓差极化、汲取液及正渗透应用等四方面对正渗透技术的研究现状及进展进行了综述,并分析了其应用过程中存在的缺陷和未来发展趋势.正渗透技术的研发虽取得了显著进展,但仍存在应用瓶颈.正渗透膜仍存在对某些污染物的截留率不高、支撑层内浓差极化大、造价较贵等问题;影响浓差极化的因素尽管已经比较清楚,但至今尚无有效大幅度降低甚至消除内浓差极化的方法;汲取液存在反向渗透较重、回收过程能耗较大等问题;正渗透技术的应用范围,特别是在工业废水处理领域还需拓展.     

正渗透膜技术在水处理中的应用进展

<正>渗透是浓度驱动型的膜过程,它依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水在膜中的传递。相比于压力驱动的膜分离过程如微滤、超滤技术,正渗透膜过程具有低压或无压操作、低能耗和低膜污染等一系列优点。作为一种新型的膜技术,近年来受到国内外专家的极大重视。文章介绍了正渗透膜过程的原理和技术特点,并综述它在海水淡化、水净化和废水处理领域的应用进展。在此基础上,对正渗透膜技术的发展方向做了展望。     

聚砜膜制备及正渗透处理酸性矿井水试验研究

采用正渗透(FO)工艺处理酸性矿井水(AMD),以NaCl为原料液、MgCl2为汲取液,研究了汲取液浓度、膜取向、流速等操作条件对正渗透水通量及反向溶质扩散的影响。结果表明:FO对AMD中的Al3+、Fe2+、Cu2+、Zn2+等金属离子的截留率分别达到99.8%、100%、98.9%和99.5%,硫酸盐的截留率达到97.5%;采用纳滤工艺回收正渗透汲取液,对于Mg2+的截留率达到73.3%。     

剩余污泥胞外聚合物回收:藻酸钠正渗透分离的影响因素

剩余污泥中胞外聚合物（EPS）具有巨大的回收价值。然而,回收的EPS溶液含水率接近100%,其浓缩脱水是亟待解决的关键问题。正渗透（FO）膜分离具有膜污染小、浓缩率高、耐高浓度等特点,已成为新兴的节能脱水技术。提出了一种新型的死端FO浓缩方式,调查了模拟EPS（藻酸钠）的正渗透脱水行为。结果显示:FO膜活性层朝向料液侧时水通量下降速率小;类似于外加压力驱动,扫流模式可以减轻FO膜污染,提高水通量;为防止FO膜的拉伸变形,隔板需进行合理设计（如适宜的开孔率）,以缓解水通量的下降;不同于外加压力驱动,尽管Ca2+也可减轻膜污染,但效果有限。     

超声波强化膜分离及清洗的研究进展

综述了超声波强化膜分离与膜清洗的机理,国内外超声波强化膜分离与清洗的研究现状以及影响该技术运用的问题所在。现有的研究成果表明:通过低功率超声波辐射处理污染膜可以减缓运行过程中的浓差极化及膜污染,而如何优化操作参数、如何减小超声波对膜体损害是近期的研究重点。     

水力条件对PRO工艺效能影响及膜污染机理

研究以单宁酸和海藻酸钠为模型污染物,考察了有效渗透压差、汲取液侧操作压力、错流剪切力等水力条件对压力阻尼渗透工艺效能的影响,并利用XDLVO理论分析了膜污染机理.结果表明,相比海藻酸钠,单宁酸主要吸附在膜的多孔支撑层内部,造成的膜污染更为严重.当PRO过滤单宁酸时,较高的有效渗透压差和较大的错流剪切力提高了PRO工艺的水通量和功率密度水平,同时加重了膜污染,但是PRO膜对单宁酸的截留率均在85%以上.汲取液侧施加较高的操作压力,一方面减小了有效渗透压差,降低了水通量水平;另一方面提高了功率密度水平并缓解了膜污染,当操作压力从1bar增至4bar时,初始水通量降至10.5L/m2h,而产能提高了200%.XDLVO计算结果表明,单宁酸的界面自由能更高,更容易相互聚合并粘附在PRO膜上,结合水力条件的影响,其造成的通量损失比海藻酸钠更严重.     

膜污染及其防治措施研究

膜污染是膜生物反应器的主要问题,严重影响了废水处理的效果.膜生物反应器中膜污染的问题是不可避免的,并且有很多因素影响着膜污染.在充分研究膜污染的原因和特征的基础上,可以通过选择最优的膜生物反应器类型,对料液进行预处理以及优化膜分离的操作条件来预防污染的形成.另外,膜的定期清洗和再生也是减轻膜污染所不可缺少的.通过合理的防治措施可以有效的减轻膜污染,使膜技术不断进步和完善,以便使其在水处理技术方面得到更广泛的应用.     

五孔支撑膜的次临界通量运行特征及膜污染阻力分析

以自制的五孔支撑中空纤维膜为研究对象,采用五孔和单孔膜的膜生物反应器处理模拟印染废水,在次临界通量的运行下考察膜污染特性。在水力停留时间为15 h,MLSS为4 g/L,曝气量为200 L/h的操作条件下,采用通量阶式递增法测得五孔膜和单孔膜的临界通量区域分别为18~21 L/(m2·h)和15~18 L/(m2·h);在10 L/(m2·h)的次临界通量下运行两组膜组件,五孔膜和单孔膜的稳定运行时间分别为13 d和9 d;通过对膜阻力的计算分析,发现五孔膜和单孔膜的总阻力值分别为57.04×1011m-1和68.45×1011m-1。膜阻力主要由浓差极化阻力和滤饼层阻力造成,且五孔膜的浓差极化阻力所占的比例大于单孔膜,而滤饼层阻力的比例小于单孔膜,因此五孔膜较单孔膜耐污染。     

新形势背景下管式膜在电镀污水中的应用与发展

针对电镀行业的生产,现在国际上已经开发了很多解决电镀废水的相关技术,但是这些技术多数本身都具有某些不足。而作为一种处理电镀废水领先技能——膜处理技术,针对需要处理的高浓度料液以及高固体物质,管式膜显示出特殊的优势,不易发生浓差极化、不怕阻塞,能够大范围的调节改变流速。其给电镀工业漂洗废水处理提供了"绿色"的解决措施,获得了空前的发展以及广泛的应用。     

超滤处理含聚污水过程中通量衰减机理的研究

研究了超滤处理含聚合物污水过程中操作压力、膜面流速、聚合物浓度、料液流变性、阻力等影响因素对膜通量的影响,并进行理论分析,揭示了通量衰减机理.研究结果表明,通量衰减的机理是聚合物的浓差极化和凝胶层的形成,其次是原油和无机物对膜孔的堵塞.     

正渗透处理生活污水过程中的膜污染研究

采用海水为驱动液,研究了正渗透处理生活污水过程中的通量变化和膜污染行为.结果表明,采用分离层朝向原料液(AL-FS)的膜过滤方向可以降低膜污染程度,并获得稳定的通量.长时间(144h)的运行下膜两侧均出现不同程度的污染.膜污染分析显示支撑层的污染程度较低.但海水中的硅酸盐可能在其表面形成沉积物.相比之下,分离层形成了厚的污染层,主要是由污水中的物质如有机物、微生物、胶体类、盐类等沉积在膜表面造成,是通量降低的主要原因.正渗透膜对营养物质具有高的截留率,运行结束后海水的总有机碳、氨氮和总磷含量为2.49,2.40,0.05mg/L.说明正渗透采用海水为驱动液处理生活污水具有一定的应用前景.     

Fouling distribution in forward osmosis membrane process

Fouling behavior along the length of membrane module was systematically investigated by performing simple modeling and lab-scale experiments of forward osmosis （FO） membrane process. The flux distribution model developed in this study showed a good agreement with experimental results, validating the robustness of the model. This model demonstrated, as expected, that the permeate flux decreased along the membrane channel due to decreasing osmotic pressure differential across the FO membrane. A series of fouling experiments were conducted under the draw and feed solutions at various recoveries simulated by the model. The simulated fouling experiments revealed that higher organic （alginate） fouling and thus more flux decline were observed at the last section of a membrane channel, as foulants in feed solution became more concentrated. Furthermore, the water flux in FO process declined more severely as the recovery increased due to more foulants transported to membrane surface with elevated solute concentrations at higher recovery, which created favorable solution environments for organic adsorption. The fouling reversibility also decreased at the last section of the membrane channel, suggesting that fouling distribution on FO membrane along the module should be carefully examined to improve overall cleaning efficiency. Lastly, it was found that such fouling distribution observed with co-current flow operation became less pronounced in counter- current flow operation of FO membrane process.     

正渗透去除地表水中DOM的效能研究

采用经砂滤处理后的滆湖水作为原料液,氯化钠溶液作为汲取液,在不同影响因素条件下进行正渗透试验,并对试验后的膜片进行清洗,探究膜污染的可逆性.结果表明:提高汲取液浓度、运行温度及膜面流速均可有效增加膜通量;正渗透对滆湖水体中的溶解性微生物代谢产物、类色氨酸、类富里酸和腐殖酸四种主要DOM成分均有较好的去除效果,DOC、UV₂₅₄截留率均在96%以上;短期运行通过水力清洗几乎可以完全恢复膜通量,而长期运行通过超声清洗可以基本恢复全部膜通量,通过分析膜清洗液可知造成膜污染的主要物质为类色氨酸类和类富里酸类物质.     

利用水通道蛋白正渗透膜浓缩生活污水

为从生活污水中回收水资源并同时减少后续处理的反应器容积,本研究采用水通道蛋白正渗透膜对生活污水进行浓缩,并探究不同汲取液对生活污水的浓缩效果和膜污染的影响.在污水体积浓缩至初始的1/10时,氮、磷等浓度浓缩倍数仅为1~3左右,而有机物和金属离子浓度浓缩倍数约为4~7,浓缩后污水COD/TN从2.9增至10.9,生物脱氮潜力明显提高.由于汲取液的盐反向扩散和原料液中污染物浓度的升高,高离子强度是影响污染物截留率的重要原因.浓缩时采用高浓度汲取液会导致膜表面出现结垢,膜污染严重.采用MgCl₂作为汲取液可有效减轻浓缩过程中的盐度累积,且Mg²⁺的作用还可促进微生物活性,但这也可能导致水通道蛋白的分解.     

印染废水回用的反渗透预处理技术

针对印染废水回用时水中有机物浓度、盐度和色度高等问题,以苏南某污水处理厂中试试验基地(70%以上为印染废水)二级生化出水为研究对象,对混凝沉淀-超滤(以下称组合工艺1)、BAC(生物活性炭滤池)-超滤(组合工艺2)和混凝沉淀-BAC-超滤(组合工艺3)3种工艺进行比较研究,系统考察其作为反渗透预处理技术的可行性. 结果表明:组合工艺3对印染废水二级生化出水中COD_Cr、TCU(真色)及浊度的平均去除率分别为53.0%、49.2%和99.5%,UV₂₅₄下降了50.0%,均高于其他2个组合工艺. 对超滤膜表面污染阻力分布的测定可知,组合工艺3中不可逆污染造成膜污染的程度最轻. 此外,3种组合工艺的出水通过反渗透装置后的平均脱盐率分别为98.0%、97.5%和98.2%. 可见,针对该研究中涉及的二级生化出水,组合工艺3预处理工艺是反渗透预处理的最佳工艺.      

印染废水反渗透脱盐系统运行性能及膜污堵特性

反渗透(RO)脱盐工艺对实现印染废水再生利用具有重要的意义.膜污堵却制约了RO工艺应用.对广东省某工业园区印染废水RO脱盐系统运行性能及膜污堵特性进行了研究.结果表明,印染废水生化处理出水经臭氧氧化-砂滤-超滤(UF)预处理后,RO进水COD平均浓度为12.4 mg·L~(-1),浊度1 NTU.RO系统脱盐率稳定在98%,RO产水高锰酸盐指数约为0.7 mg·L~(-1),浊度约为0.12 NTU.但RO系统运行3 a后,跨膜压差高达0.6 MPa,产水量下降至120 m~3·h~(-1),且不能通过化学清洗恢复,在RO膜面沉积了不可逆的污堵物.RO膜面的有机物占总污堵物干重的(53.5±0.2)%,无机物占(46.5±0.2)%,RO膜面有机污堵与无机污堵贡献相近.Si、Al与Ca是RO膜面主要的无机元素.碱液(Na OH溶液)对沉积在RO膜面的Si与Al及有机物提取效果较好.     

正渗透膜分离技术及其在水处理中的应用与研究

渗透是一种仅依靠渗透压驱动的分离过程,基于渗透现象发展起来的正渗透膜分离技术,目前在国际上得到了广泛的研究。文章综述了正渗透膜分离过程的基本原理、影响因素以及国际上的应用研究现状,并展望了未来该领域的研究方向。     

半导体行业废水的反渗透膜污堵机制与控制策略

半导体行业是我国大力发展的高精尖产业,废水产生量大、再生处理难度高.半导体行业废水再生处理过程中,反渗透(reverse osmosis, RO)是重要的污染物去除单元,但面临的膜污堵问题严重影响了其效率与经济性.本文梳理了半导体行业废水的种类与典型污染物,总结了半导体行业废水导致反渗透膜污堵的主要机制及控制手段,提出了针对半导体行业废水特点的膜污堵控制策略.半导体生产的不同工序会产生多种废水,包括含氟废水、含磷废水、含氨废水、重金属废水、有机废水与酸碱废水等.废水中污染物种类多且可生化性普遍较差.通常,不同种类废水分类经分质收集后,进行相应的预处理,之后部分合流处理并进入RO系统.半导体行业废水中的金属离子或氟离子易在反渗透膜面形成无机结垢,表面活性剂易形成有机污堵.反渗透膜污堵可通过预处理、膜清洗与运行条件调控等手段进行控制,如超滤、EDTA清洗剂与pH调节等,但大部分现有手段对半导体行业废水造成的污堵控制能力有限.建议未来开发针对关键污染物的预处理技术与定制化的膜清洗方案;并结合半导体生产工序,提出针对污染物关键相互作用关系的废水收集与再生处理整体策略.