试析正渗透技术在水和废水处理中的应用

2019年08月13日 16:45 来源: 《防护工程》 作者: 李小萍

本文以下主要对正渗透技术在水与废水处理中的应用进行探析,为技术的发展提供相应建议。

正渗透技术是渗透压进行驱动的膜技术,与过去传统机械压力驱动膜技术相比具有较多优点,例如出水水质良好、能耗较低、设备应用便捷性较高、污染低等基本特点。近些年我国在水与废水处理中开始对正渗透技术的应用进行探析,从实际应用中可以看出目前正渗透技术仍旧存在相应问题,使得技术全面推广受限。本文以下主要对正渗透技术在水与废水处理中的应用进行探析,为技术的发展提供相应建议。

随着社会各个领域的全面发展,针对水和能源可持续发展问题开始更加关注,净水生产是能量密度较高的过程,如何在低耗能前提下满足基本用水需求是社会发展新时期需要解决的重点问题。膜分离技术因出水水质较高,设备操作便捷等诸多优势当前在水处理领域中受到广泛关注,在现阶段水处理领域中常用的膜分离技术主要有超滤、微滤、反渗透和纳滤等。正渗透技术是一种渗透压驱动的新型膜技术,在水与废水处理中应用价值较高。

一、正渗透技术基本原理概述

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(图1 正渗透与反渗透原理示意图)

在正渗透技术应用过程中,水通过半透膜从原料液侧渗透到浓度较高的DS侧,或是离子不能全面通过半透膜。从而使得水和溶质之间产生分离。在实际应用中,水会不断进行渗透,逐步进入到DS侧,实际浓度值会不断被稀释,渗透压也会逐步降低,此时FS侧浓度值会不断提升,渗透压会逐步增加。等到膜两侧位置渗透压差和液面位差相等时,渗透过程结束。实际上,正渗透不需要添加相应外部压力,通过膜两侧渗透压差能够对此过程基本驱动力进行分析, 正渗透基本原理如图一所示[1]。

二、正渗透技术应用中存在的问题分析

正渗透技术与传统膜技术相比,在应用性能等诸多方面存在一定优势,但是也存在较多问题,此类问题对正渗透技术全面推广造成的一定限制性,所以需要重点对此类问题进行解决。正渗透技术应用中浓差极化是主要问题,浓差极化分为内部和外部浓差极化,又能分为浓缩型与稀释型。内外浓差极化产生的主要区别在于正渗透技术的支撑层内部与外膜部差。在应用AL-FS模式时,外部会产生浓缩型浓差极化,内部会产生稀释性浓差极化。浓差极化会在膜表面产生相应的边界层,使得水通量受到限制。在膜分离技术应用中膜污染问题是需要解决的重点问题。由于受到污染问题影响,正渗透水通量将会降低,在长时间应用中需要及时清洗污染层,目前主要污染是有机污染,还有无机污染和微生物污染。汲取液溶质返混也是需要解决的主要问题,汲取液体中溶质会通过膜进入到材料液体中,导致膜渗透压不断降低,产生膜污染问题。

三、正渗透技术在水和废水处理中的应用探析

(一)在海水淡化中的应用

正渗透技目前能够在海水淡化以及含盐水脱盐中进行应用,膜技术经过长期发展,在DS以及应用材料方面获取了较大进步。近些年随着膜技术快速发展以及水资源短缺等问题,相关比们开始将正渗透技术应用在海水淡化领域中。在研究初期阶段,相关人员通过采用适量浓度的Nacl来替代海水进行脱盐实验研究,但仅仅是对抵御污染以及调节水通量等方面进行探析,未能对正渗透技术应用中产生的能耗问题进行分析。而后随着关注领域的不断扩大,在应用中通过-二氧化碳溶液作为DS进行正渗透后续操作分解,从实践应用中可以看出能够有效清除溶质,此外正渗透技术与较多技术,例如膜蒸馏结合能够获取良好应用效果。目前有诸多实验室通过正渗透技术对海水脱盐、盐湖水脱盐、含盐地下水脱盐等进行全面研究,实际回收率良好,能够与蒸发浓缩技术进行比较[2]。

(二)在污水处理中的应用

随着社会经济的快速发展,社会化生产生活污水产量不断提升,对污水进行有效处理是相关部门需要关注的重点问题。随着膜技术全面发展,在污水处理过程中能够有效应用膜技术,应用膜生物反应器。膜生物反应器在产生初期阶段,应用过程主要是微滤和超滤,与传统污水处理技术相比稳定性更好,但是也存在一定不足之处,例如能耗较高以及膜污染较为严重,加上这两种膜对低分子量污染截留率较低,对MBR处理成效会产生不同程度影响。随着正渗透技术快速发展,有相关研究人员提出通过正渗透技术取代超滤和微滤,降低MBR处理中存在的问题。Os MBR与MBR在能耗以及抗污染等应用性能方面应用成果有效提升,但是也存在较多问题,比如溶质与溶解物在反应器中进行长期积累,使得渗透压差不断降低,对膜通量产生影响。从实验验证中可知,将正渗透技术与微滤等进行并联能够有效解决此类问题,具有较大可行性,能够解决沉积物等问题[3]。

结语:

总而言之,正渗透技术是一种通过渗透压差为主要驱动力进行分离的技术,与诸多膜分离技术相比自身具有诸多应用优势,但是也存在一定不足之处使其全面推广受到限制。目前需要从实践和实验基础上对正渗透技术应用进行探究,更好地拓宽其应用范围。

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