【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 米級(jí)的小孔中穿過，然 后在薄膜另一側(cè)的冷卻中凝結(jié)。研究人員表示，薄膜分離技術(shù)的基本原理已經(jīng)是眾所周知。人和動(dòng)物體內(nèi)的腸道就可以被視為半滲透的薄膜，科學(xué)家對(duì)薄膜分離技術(shù)的早期研究就是利用動(dòng)物的這些組織來進(jìn)行的。薄膜分離技術(shù)大多應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)、生物工藝學(xué)、化學(xué)、食品、石化、制藥和水處理工 業(yè)領(lǐng)域，來進(jìn)行分離、凈化和濃縮液體溶液或是氣體。目前的薄膜分離技術(shù)主要依賴于對(duì)薄 膜和薄膜組件的設(shè)計(jì)能力。其中薄膜上小孔的尺寸是重點(diǎn)考慮的因素，它將決定液體或氣體 中的哪種分子能夠穿過薄膜，特別是在分子從一個(gè)高濃度的環(huán)境流向一個(gè)低濃度的環(huán)境時(shí)。薄膜兩邊壓力和濃度的不同就會(huì)引起分離現(xiàn)象的發(fā)生，而且當(dāng)薄膜上小孔的尺寸縮小時(shí)，薄膜的有效性和選擇性都會(huì)增加，如這種海水淡化技術(shù)中分離薄膜小孔的尺寸還不足幾納米。研究人員表示，這種淡化海水的新技術(shù)在未來有廣闊的應(yīng)用前景，如通過淡化海水來凈 化出適合飲用的水有廣大的用戶，并刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展。三、日本積極研發(fā)合成纖維膜海水淡化技術(shù)日本《FujiSankeiBusinessi.》2008 年 5 外海月 23 日?qǐng)?bào)道，化學(xué)纖維生產(chǎn)廠家致力于海水淡化和排水處理等水處理業(yè)務(wù)。在經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的新興國(guó)家，許多因?yàn)樗Y源不足而苦惱，加上生活水平的提高和環(huán)境意識(shí)的高漲，預(yù)測(cè)相關(guān)市場(chǎng)急劇擴(kuò)大。日本廠家的優(yōu)勢(shì)是以合成 纖維等開發(fā)培育的“膜”技術(shù)應(yīng)用。跳出“只有水”意識(shí)留傳的日本，在世界尋求業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)。在位于地中海沿岸另一方的內(nèi)陸部幾乎沒有水資源的阿爾及利亞，非洲最大的海水淡水 月開始運(yùn)轉(zhuǎn)。制造能力高達(dá)每天 20 萬立方米。在中東的萬立方米 化裝置 沙特阿拉伯，的裝置也將從來年開始運(yùn)行。兩個(gè)裝置訂貨了東麗從使用的海水除去鹽分和雜質(zhì)的“反滲透（中精力使“水處理事業(yè)的銷售額從 2007 的1000 億日RO）膜”。該公司正集420 億日元，在 2015 增長(zhǎng)到元以上”。在所謂“水比油貴”的中東各國(guó)，迄今，是燃燒豐富的石油使海水蒸發(fā)分離鹽分的“蒸 發(fā)法”為主流，但是，由于原油價(jià)格的高漲等費(fèi)用上升，RO 法在急劇擴(kuò)大。在沙特阿拉伯，2005 RO 微小到年的造水量中，已增長(zhǎng)到占 15％。 微米薄度的超微細(xì)孔除去離子等分子級(jí)的雜質(zhì)。與滌綸非織造布等粘貼使用，以提高強(qiáng)度，是對(duì)將膜在內(nèi)部卷成傘狀的管 子用高壓通水，分離成超純水和含雜質(zhì)水的結(jié)構(gòu)。是比由將膜重疊過濾器的“過濾法”進(jìn)展最高度的水處理技術(shù)。而且，設(shè)備費(fèi)用是蒸發(fā)法的大約一半，而淡水化率為4 倍，能源消費(fèi) 量為五分之一。每單位的淡水化費(fèi)用便宜 2 日本廠家自豪在 份額。原來，RO 膜的開發(fā)在RO成左右，由于原油貴，其差正在擴(kuò)大。膜的世界市場(chǎng)占約 7 年代成的壓倒美國(guó)作為國(guó)策先行，杜邦公司等一直在進(jìn)行。受水資源恩惠的日本雖然開始晚了，但在 80年代使用超純水的半導(dǎo)體制造用的需求擴(kuò)大，使生產(chǎn)正式化，積蓄了技術(shù)。在海外，不僅是海水，處理生活排水確保飲用水的動(dòng)向活躍化。除去比海水鹽分更大的病毒和雜菌的“納米過濾（NF）膜”和“限外過濾（UF）膜”等的需求也正在擴(kuò)大，日本 產(chǎn)品很受歡迎。進(jìn)而，在日本生產(chǎn)廠家之間，以合作的相乘效果對(duì)技術(shù)精益求精，增強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的動(dòng)向活躍化?？蓸符愐按?microscience 月與親手培育工業(yè)用超純水設(shè)備的合作，開始組合可樂麗膜年銷技術(shù)和野村設(shè)備技術(shù)的排水回收再生事業(yè)。可樂麗的伊藤文大社長(zhǎng)期待“預(yù)定 2015 售額從 150 億日元提高到200 億日元，以最快的增長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)”。三菱人造絲與日東電工也在去年攜手，以“膜”合作的互相補(bǔ)充等尋求競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)化。三菱將水處理事業(yè)置于與采用碳纖維的汽車相關(guān)事業(yè)等并駕齊驅(qū)的下一代核心事業(yè)，鐮原正直社長(zhǎng)稱，努力“推進(jìn)合作，擴(kuò)大向亞洲和歐洲等的事業(yè)展開”。支撐日本制造業(yè)的生產(chǎn)廠家的高技術(shù)能力隨著貢獻(xiàn)消除水不足，正在席卷世界市場(chǎng)。世界嚴(yán)重的水不足正在進(jìn)行，2007 年個(gè)國(guó)家和地區(qū)的代 月，亞洲太平洋地區(qū)約 40表集中在日本大分縣別府市，在首次召開的“亞洲太平洋水首腦會(huì)議”上，提出了在該地區(qū)得不到安全水的人超過 7 億以上的嚴(yán)重問題。億人中，以赤道為中24 億人，得 億人。據(jù)世界衛(wèi)生組織（進(jìn)而，全世界人口心沒有下排水等衛(wèi)生設(shè)備的人為不到含生活用水在內(nèi)的飲料水的人超過 11WTO）等介紹，為了得1天必要的 20 水的疾病而死亡升水，11 億人要強(qiáng)行 30 分鐘以上的徒步跋涉。因?yàn)殛P(guān)于340萬人，其幾乎都是兒童。97％是海水，淡水只有3％。而且其多數(shù)以冰河％。海水淡水化是消除水的人數(shù)每年達(dá)另一方面，地球上的水約 等形式存在，人類能夠使用的淡水僅僅是 不足的王牌。聯(lián)合國(guó)提出了到 2015 飲料水的人的比例控制在半數(shù)的方針。橫濱市召開的第 4 的飲料水將成為主要議題，政府表明了技術(shù)合作援助的方針。年將不能利用安全28 日在屆非洲開發(fā)會(huì)議（TICADIV）上也預(yù)測(cè)，確保為提高貧困階層生活水平所謂受水恩惠國(guó)家的日本，但由于澳洲的干旱陷入了飼料用谷物不足，世界的乳制品的 價(jià)格高漲。國(guó)內(nèi)也產(chǎn)生了黃油缺乏等，世界的水不足對(duì)于日本人的生活來說也不是沒有關(guān)系。要求日本在技術(shù)和資金方面做出進(jìn)一步的貢獻(xiàn)。四、德國(guó)海水淡化技術(shù)取得新成就世界著名的泵閥制造商德國(guó) KSB集團(tuán)，最近推出了一種用于逆滲透海水淡化過程的新”的新技術(shù)技術(shù)。這一被稱為“ SalTec 解決方案，能夠有效降低海水淡化過程中的能源消耗。在海水淡化工程方面，使用純機(jī)械脫鹽方式、無需依賴發(fā)電廠及其廢熱資源的逆滲透加工廠，在全世界正變得越來越重要。KSB 研制的新技術(shù)，能夠使?jié)饪s鹽水的能量直接轉(zhuǎn)移到尚未處理的海水那里，而不需要再經(jīng)過機(jī)械變換，由此避免了損耗，達(dá)到降低每立方米淡化海水的單位能源消耗目的。德國(guó) KSB 三大泵閥制造公司之一，目前在我國(guó)上海和大連也建有生產(chǎn)基地集團(tuán)是全球，已成為中國(guó)泵閥市場(chǎng)的一個(gè)主要廠家。在海水淡化方面，它是世界上第一家為逆滲透海水淡化處理提供這種全套解決方案的廠商，并已在埃及和馬耳他等國(guó)安裝使用，有著極佳的表現(xiàn)。第二節(jié)一、關(guān)于滲透、反滲透的相關(guān)概念、滲透(osmosis)反滲透膜法海水淡化技術(shù)是指水分子以及溶劑通過半透性膜的擴(kuò)散。水的擴(kuò)散同樣是從自由能高的地方向自由能 低的地方移動(dòng)，如果考慮到溶質(zhì)的話，水是從溶質(zhì)濃度低的地方向溶質(zhì)濃度高的地方流動(dòng)。更準(zhǔn)確一點(diǎn)說，是從蒸汽壓高的地方擴(kuò)散到蒸汽壓低的地方。被半透膜所隔開的 象，種液體,當(dāng)處于相同的壓強(qiáng)時(shí)純?nèi)軇┩ㄟ^半透膜而進(jìn)入溶液的現(xiàn)稱參透。參透作用不僅發(fā)生于純?nèi)軇┖腿芤褐g，而且還可以在同種不同濃度溶液之間發(fā)生，低濃度的溶液通過半透膜進(jìn)入高濃度的溶液中。砂糖，食鹽等結(jié)晶體之水溶液，易通過半透膜，而糊狀，膠狀等非結(jié)晶體則不能通過。、反滲透當(dāng)純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時(shí)膜純水 側(cè)的水會(huì)自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動(dòng)將受到抑制而減慢，當(dāng)施加的壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，水通過膜的凈流量等 于零，這個(gè)壓力稱為滲透壓力，當(dāng)施加在膜鹽水側(cè)的壓力大于滲透壓力時(shí)，水的流向就會(huì)逆轉(zhuǎn)，此時(shí)，鹽水中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)是利用壓力表差為動(dòng)力的膜分離過濾技術(shù)，源于美 國(guó)二十世紀(jì)六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉(zhuǎn)化為民用，目前已廣泛運(yùn)用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。RO 下，反滲透膜孔徑小至納米級(jí)（1 H2O 分子可以通過納米 =109 米），在一定的壓力RO 膜，而源水中的無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)無法通過 RO 膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開來。一般性的自來水經(jīng)過 RO 膜過濾后的純水電導(dǎo)率 5μs/cm（RO 膜過濾后出水電導(dǎo)=進(jìn)水 電導(dǎo) 除鹽率，一般進(jìn)口反滲透膜脫鹽率都能達(dá)到 99%以上，597%以上。年內(nèi)運(yùn)行能保證2 ，級(jí)反滲透，對(duì)出水電導(dǎo)要求比較高的，可以采用 再經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理，水電導(dǎo)能小于 1μs/cm），超過國(guó)家實(shí)驗(yàn)室一級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn)（GB 6682 —92）。符合國(guó)家實(shí)驗(yàn)室三級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn)。再經(jīng)過原子級(jí)離子交換柱循環(huán)過濾，出水電阻率可以達(dá)到目前的主要困難是研制價(jià)格便宜、穩(wěn)定、長(zhǎng)期受壓無損的反滲透膜。中國(guó)從世紀(jì)初21開始掌握自主反滲透膜生產(chǎn)技術(shù)，在國(guó)家的大力支持下，將該計(jì)劃列入國(guó)家計(jì)委高新技術(shù)產(chǎn) 業(yè)化重點(diǎn)發(fā)展專項(xiàng)計(jì)劃，由國(guó)家海洋局下的杭州水處理研究開發(fā)中心的子公司——杭州北斗星膜制品有限公司承擔(dān)并研發(fā)成功。目前反滲透膜市場(chǎng) 膜，國(guó)產(chǎn)膜只占據(jù)了 5%95％為進(jìn)口左右的市場(chǎng)，中國(guó)的反滲透技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。二、反滲透膜法海水淡化技術(shù)的發(fā)展歷程海水淡化是從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程。早在 50 年代，為解決“水的危機(jī)”，美國(guó)52年起專設(shè)鹽水局，74 年后轉(zhuǎn)為資源技術(shù)局，不斷推進(jìn)水資源和脫鹽的技1953 年據(jù)膜和術(shù)進(jìn)步，其中反滲透法海水淡化（SWRO）就是海水界面有一純水層而提出的；73 年日本 化的發(fā)展，它們也都以膜法為重點(diǎn)。經(jīng)過近和產(chǎn)業(yè)化，SWRO 自 70 代進(jìn)入海水淡化市場(chǎng)之后，發(fā)展十分迅速。RO 件已相當(dāng)成熟，組件脫鹽率可高達(dá)％以上，有約 來，功交換器和壓 通產(chǎn)省下設(shè)造水促進(jìn)中心，專門研究節(jié)能的脫鹽技術(shù)，歐洲則在尤里卡等計(jì)劃下推動(dòng)海水淡年的研究、開發(fā)年用膜和組年的經(jīng)驗(yàn)積累，SWRO 工藝過程也逐漸成熟，近年90%以上[3]，從而使 SWRO 的本淡水以下，成為從海水制取SWRO 的競(jìng)爭(zhēng)力。以投資最低，能耗最省，成本最低，建造周期所以能如此成功，與其在膜、組器、設(shè)備和工藝等方面的力交換器的開發(fā)成功使能量回收效率都高達(dá) 體能耗在3kWh/m3 引用水最廉價(jià)的方法，進(jìn)一步增強(qiáng)了近幾年來，在國(guó)際海水淡化招標(biāo)中，SWRO 短等優(yōu)勢(shì)而屢屢中標(biāo)。SWRO 創(chuàng)新性開拓是分不開的。三、反滲透膜法海水淡化技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)新進(jìn)展（一）反滲透膜的進(jìn)步在反滲透膜發(fā)展的歷史中，不對(duì)稱膜和復(fù)合股的研發(fā)是創(chuàng)新的兩個(gè)范例。不對(duì)稱膜Loeb 酸纖維素 和 Sotrirajan 于 1960年制得了世界上第一高股鹽率，高通量，不對(duì)稱醋lmrn厚），傳質(zhì)速度CA）反滲透膜，其創(chuàng)新在于，以往的膜皆為均相致密膜（約 0．極底，無實(shí)用價(jià)值，而不對(duì)稱膜僅表皮層是致密的（約 厚）就這一點(diǎn)，是傳質(zhì)速度提高了近個(gè)數(shù)量級(jí)，表1 給出了 1968 年研制的 CA－CTA 膜的性能。目前通用的CA 反滲透膜多用于表面水處理，表 2 給出了其基本的膜性能。復(fù)合膜不對(duì)稱膜在高壓下中間過渡層有壓密現(xiàn)象，使水通量下降，為此在1963年提出了復(fù)合膜的概念，其創(chuàng)新點(diǎn)在子膜的脫鹽層和支撐層分別由優(yōu)選的材料來制備，如脫鹽層（）是芳香族聚酰胺，支撐層是聚砜，這是膜的性能進(jìn)一步提高，表3給出了復(fù)合膜的典型性能。膜組器技術(shù)的不斷發(fā)展反滲透膜組器技術(shù)的創(chuàng)新，伸膜的性能得以充分的發(fā)揮，這里特別提出的是中空纖維反滲透器和卷式反滲透元件。中空纖維反滲透器經(jīng)過多年的研究開發(fā)，1970年美國(guó) DuPont 公司推出B－9型苦咸水脫鹽用中空纖維反滲透器，作為重大化工進(jìn)展而獲得1971年美國(guó)化工學(xué)會(huì)獎(jiǎng)。其特點(diǎn)是：一支直徑4英寸的反滲透器可內(nèi)含90萬條φ084μm，φ142μm的中空纖維，表面積達(dá)150m2。卷式反滲透元件同樣地，自1964年提出卷式元件概念，經(jīng)十多年的多次更新?lián)Q代，卷式元件也于1970年代中商品化，其構(gòu)思是數(shù)個(gè)膜對(duì)繞中心多孔產(chǎn)品水管卷起來，呈筒狀，其中，膜對(duì)是由兩張膜（脫鹽層向外）和置于中間的產(chǎn)水流道布組成，除靠中心多孔產(chǎn)品水管的一邊外，其他三邊都用粘合劑密封；使用時(shí)，將其放入壓力容器中，這一構(gòu)型使膜片的使用和生產(chǎn)（特別是復(fù)合膜）得以急劇擴(kuò)展。目前廣泛使用的組件就是上述的這兩種，中空纖維組件堆砌密度達(dá)10000m2/m3，卷式元件的達(dá)1000m2/m3，雖然后者堆砌密度低些，但對(duì)進(jìn)水預(yù)處理的要求不像中空纖維組件那么嚴(yán)。目前廣泛應(yīng)用的中空纖維組件有DuPont 公司的芳族聚酸胺的（如B－10 型6845TR，產(chǎn)水量約26m3／d）和日本東洋紡的三醋酸纖維素的（如 HR8355，產(chǎn)水量約 12m3／d）。卷式元件多由美、日的數(shù)家公司生產(chǎn)如美國(guó)的Filmtec 和Hydranautics，日本的Nitto和Toray等，現(xiàn)多用復(fù)合膜制作，且以直徑為8英寸的居多（一般產(chǎn)水量約20m3／d）。關(guān)鍵設(shè)備的不斷改進(jìn)與此同時(shí)，膜脫鹽用的關(guān)鍵設(shè)備，如高壓泵和能量回收裝置也得到快速的發(fā)展。除高壓 泵的品種和型號(hào)不斷增多，容量不斷增大，以及效率不斷提高之外，特別應(yīng)提及的是能量回收裝置，反滲透海水淡化所以能成為有競(jìng)爭(zhēng)力的過程，能量回收裝置的作用功不可沒。第一代能量回收裝置是與高壓泵電機(jī)主軸相連的渦輪機(jī)，用脫鹽后的高壓濃海水沖擊來回收能量，效率約50％；第二代產(chǎn)品是水力渦輪增壓器，其優(yōu)點(diǎn)是不必與泵的主軸相連，安裝方面，效率也在50％左右；第三代產(chǎn)品為功或壓力交換器，互接將壓力由濃海水傳給新進(jìn)的海水，效率大于90％，這樣反滲透海水淡化的本體耗電降到3kwh／m3以上。工藝過程的持續(xù)開發(fā)據(jù)反滲透膜和組器技術(shù)的進(jìn)步，SWRO 工藝也不斷地發(fā)展，主要工藝過程如下：二級(jí)海水淡化工藝 1970年代商用RO膜脫鹽率僅在95 一98％時(shí)，為了從海水中制取飲用水而采用此工藝，第一級(jí)的產(chǎn)水（約 2000mg/L）,再經(jīng)第二級(jí)進(jìn)一步淡化為飲用水，第二級(jí)的濃水返回第一級(jí)作為部分進(jìn)水，顯然該過程能耗是高的，約10kwh/rn3以上。一級(jí)海水淡化工藝 1970年代末，特別是1980年代中期以后，%以上，這為一級(jí)SWRO創(chuàng)造了條件。海水經(jīng)一級(jí)RO后，產(chǎn)水即為飲用水（300－400mg/1），水回收率30—35%。高壓一級(jí)海水淡化工藝這是近年來，為了進(jìn)一步提高回收率而提出的新工藝之一。通常一級(jí)SWRO的操作壓力在 ， MPa下操作，則可達(dá)60％的回