水处理膜技术制高点

□ 江苏和氏璧环保科技有限公司  谢建慧         

　　我国的水资源一直存在两大主要问题：一是水资源短缺，二是水污染严重。人均淡水资源量远低于世界平均水平。目前中国有三分之二城市供水不足，六分之一严重缺水，其中包括天津、北京等特大城市。突出的水稀缺与水污染问题逐步地威胁到中国的经济与社会安全，是当前亟待解决的问题。根据水利部官方统计，“我国当前水资源短缺情况十分突出，全国669座城市中有 400座供水不足，110座严重缺水；在32个百万人口以上的特大城市中，有30个长期受缺水困扰。在46个重点城市中，45.6%水质较差，14个沿海开放城市中有9个严重缺水。北京、天津、青岛、大连等城市缺水最为严重；农村还有近3亿人口饮水不安全。”随着我国人口膨胀、工业发展、城市化、集约农业的发展和人们生活的改善，人们赖以生存的水资源问题再次受到关注。尤其对污水排放治理的监管不力更进一步加重了水体的污染，面对目前日益复杂的局面我国急需要对水资源管理方式进行彻底反思。
　　但由于海水淡化和工业废水处理过程中能源需求十分庞大，目前的技术尚无法很好地处理人们迫在眉睫的问题。相对于传统的反渗透技术，研究人员找到了能更好解决能耗问题的替代性选择——正渗透技术。正渗透是一种新型的膜分离处理技术，与超滤、微滤和反渗透等常用膜分离技术相比，其不需要外加压力作为驱动力（或者在较低的外加压力下即可运行），主要靠膜两侧的渗透压差推动正渗透分离过程。此外，相对于传统膜分离技术，其还具有高回收率及有效防止膜污染等显著优点。目前最好的商业化正渗透膜材料是美国水化技术创新公司（Hydration Technology Innovations）（以下简称HTI）的支撑型高强度膜，膜为3层结构：致密皮层，多孔支撑层和网格支撑结构。
　　正渗透是利用渗透梯度和独特空间几何构造进行较难的分离，而传统压力驱动膜不能。HTI率先在高固体、高污染和高TDS环境开发正渗透膜。HTI正渗透膜的高耐污染性不断地为困难分离要求的成功提供了基础。
　　正渗透膜低结垢性是与驱动水流过膜的渗透压有直接关联，所以水面情况影响着靠近膜表面的微小颗粒，不同于物理驱动膜，如RO膜。另外穿过膜的离子平衡力，由于盐水驱动力原因纯净水被引向高含盐侧，与RO相反。因此，表面电荷的工作依靠嵌入膜孔隙极性和/或微小带电粒子。最终工业应用的正渗透膜有非常好的亲水性及自然抗疏水性污染。
　　正渗透技术经过多年的经验，HTI已开发出正渗透的废水处理系统装置。油气废水、工业废水和垃圾渗漏液回收过滤分离系统。HTI开发的混合正渗透/RO系统已超过15年，这个先进的正渗透/RO系统能够解决高悬浮固体和污染废水，并生产出可饮用水质的渗透水，没有过多的清洗需求或很长一段时间降低水生产的流通量。
　　正渗透膜处理是使用HTI OsMemTM 正渗透膜。正渗透处理是通过自然能耗技术，非常低的能耗要求。因为正渗透是由所选择的渗透液或提取液的渗透压驱动，不需要由泵产生的机械压力而达到所希望的分离，所以污垢不会嵌入到膜里面。简单地说提取液是过滤过程的动力源。有许多物质可以用作渗透液。由于氯化钠（NaCl）容易获取、低成本和良好的渗透压，它一直是高容量废水系统提取液的首选。140g/L NaCl溶液将提供相等于超过125bar的机械压力。提取液的势能是正渗透处理的低能耗需求的基础。正渗透膜处理工艺流程见图1。
　　通过配有专门设计开放进料间隔材料，在超级亲水性的外膜之间，并结合提高的水流速度以保持固体在悬浮液中，正渗透系统能处理通常不能被压力驱动膜系统处理的原料液，并减少预处理需求。尽管HTI膜产品关于结垢有上述提到的有利特点，原料液对正渗透膜有可能引起有限的结垢。然而正渗透处理享有超过压力驱动膜的优点，在处理过程中渗透反洗（Osmotic Backflush）可以被用来去除膜表面的污垢。渗透反洗通常不需要清洁剂去完成。在很短时间内，只需运行干净低TDS的RO渗透水穿过正渗透膜元件提取液侧，正渗透水流逆转及水反向穿过膜除去膜元件原料液侧的结垢，污垢会被流入的原料液冲走。当把这过程设定为定期自动化，渗透反洗会在整个正渗透系统抗污染及处理困难废水方面变成简单有效。
　　正渗透膜主要特征如下：
　　①致密的、低孔隙率的皮层，高截留率；②膜的皮层具有较好的亲水性、较高的水通量；③膜支撑层尽量薄，高孔隙率；④较高的机械强度；⑤不需要外界的压力推动分离过程，能耗低；⑥具有耐酸碱的抗化学腐蚀能力，可以在较宽的pH范围以及各种不同组成的溶液条件下正常运行。
　　为了实现工业废水真正意义上的“零排放”及解决废水处理中能耗问题，和氏璧化工子公司——江苏和氏璧环保科技有限公司于2014年年初正式把HTI的正渗透膜引入中国。和氏璧环保公司除代理HTI的正渗透膜，还经营了其他知名产品：英国庄信万丰的车用三元催化剂和煤化工催化剂为核心的空气污染治理产品；美国陶氏化学的FlimTec反渗透膜、超滤膜、离子交换树脂、电透析为核心的水资源处理产品；美国水化学品公司的阻垢剂、防污剂、杀菌剂、清洗剂为核心的膜处理产品等；更为重要的是，江苏和氏璧环保科技有限公司还将根据客户的实际需求为其量身定制立体式的、一站式的循环经济解决方案并指导实施，提供全程技术支持。