1.7　反渗透的相关技术

随着反渗透膜技术的发展，以反渗透工艺为核心衍生出了一系列相关技术与工艺，其中主要包括能量回收、超微滤预处理、膜生物反应器、电去离子装置、系统浓水利用、压力容器制造等多项工艺技术。

1.7.1　能量回收技术

反渗透膜系统的输入功率为给水压力与给水流量的乘积，系统的有功能耗为沿系统流程的给浓水压力与产水流量的积分，系统中最大的能量损失为浓水压力与浓水流量的乘积。高工作压力及低系统收率的海水淡化系统的能量损失几乎占到了输入能量的一半，故海水淡化工艺的经济性主要决定于对浓水径流中的能量回收。

早期的涡流、透平、水轮等离心式能量回收装置的回收率仅为50％～80％，而美国Energy Recovery等企业开发的正位移式转轮能量回收装置可使系统浓水能量的回收率达到97％，进而使海水淡化的电耗指标降至2.4kW·h/m3。高效能量回收装置的应用还可以扩展到高含盐量的亚海水甚至苦咸水淡化领域。

1.7.2　超微滤预处理

反渗透系统的预处理工艺目前面临着两大局面：一是提高预处理工艺水平以保证反渗透工艺的运行稳定性；二是环境污染造成预处理系统的原水水质在不断恶化。随着国内水资源短缺现象的加剧，反渗透工艺一改以给水深加工为主要目标的历史面目，转而以污水资源化处理为主要目标的崭新形象立于水处理工艺之林。20世纪末，火电厂中反渗透工艺的目标仅为锅炉补给水除盐，而21世纪以来北方电厂反渗透工艺的主题已转至冷却循环水浓缩排放水体的淡化回收。

针对预处理工艺面临的两大局面，超微滤工艺更显现出作为反渗透预处理工艺的优越性。超微滤预处理工艺的出现，不仅彻底改变了反渗透系统传统的预处理工艺模式，充分发挥出了膜集成工艺技术的优势，甚至引起了反渗透膜系统设计与运行领域的一系列变革。超微滤工艺不仅展宽了反渗透处理水源范围，消减了反渗透膜系统的污染负荷，延长了膜元件的清洗周期与更换周期，甚至提高了反渗透工艺的设计通量，从而降低了反渗透系统的设备投资。美国Koch公司提出的使用传统预处理工艺与超滤预处理工艺对于反渗透膜产水通量影响的具体数值见于表1.1。

1.7.3　膜生物反应器

随着水资源短缺形势的日益严重，生化处理已不再只是污废水达标排放的基本工艺，而开始成为污废水资源化回收处理的重要环节。污废水的生物降解处理与反渗透的资源化处理全过程中，膜生物反应器（MBR）起着重要的作用。

在生化反应工艺中，膜生物反应器较传统活性淤泥法具有污泥浓度高、水力停留时间长、抗冲击负荷能力强、无污泥膨胀现象及出水水质稳定等特点。随着各类膜生物反应技术的日臻成熟，膜生物反应器与反渗透的联合工艺将成为市政及工业污水资源化处理的典型工艺。

1.7.4　电去离子技术

电渗析技术与离子交换技术结合而成的电去离子技术，作为离子交换复床的替代技术，更高效地解决了从1～15MΩ水平的高纯水制备过程。该技术因具有性能稳定、维护量低、节能环保及无需频繁再生等优势，已经成为对一级或两级反渗透系统产水进行深度除盐的成熟工艺技术。

1.7.5　浓水利用技术

目前国内反渗透系统的规模已超过2000m3/h量级，加之水源短缺严重，大型系统中约25％排放浓水的进一步回收利用也成为反渗透工艺的典型问题。浓水回收的传统工艺是用石灰法使浓水中过饱和的碳酸钙析出沉淀，经过对沉淀物的过滤，降低水体硬度，并再次进行更高工作压力反渗透工艺的脱盐处理，以提高整个脱盐工艺的回收率。

膜蒸馏等浓水回收工艺的新型技术，可将反渗透浓水得到更高水平的浓缩处理，以达到更高减排水平，从而更加接近或真正实现工业污废水的零排放。

1.7.6　压力容器技术

反渗透膜组件一般由膜元件与膜容器（又称压力容器或膜壳）组成，为满足强度、耐压、平直及成本等要求，8in膜容器基本采用玻璃钢（FRP）材质。目前，哈尔滨乐普实业发展中心等企业在国内率先开发出了1.5in、2.0in、2.5in、3.0in及4.0in等给浓水接口直径系列的8in膜容器，为系统的管路形成壳联结构、降低系统造价创造了有利条件。乐普公司还开发出多膜壳组合单元结构，该结构将多只膜壳并联后用特制的连接管与捆带集束形成膜壳组合，节省了卡箍及短管等并联膜壳部件，减少了膜堆占用空间，特别适用于大型系统膜堆。图1.1示出该结构的剖面。

由于国产玻璃钢膜容器的规模化生产及其价格的不断降低，其用途从原来高压的反渗透配套设备，扩展到了低压的超滤甚至超低压的精滤配套设备，促进了水处理成套设备的集成化与模块化。

早期的4in膜容器均为玻璃钢材料，20世纪末期开始出现用不锈钢有缝装饰管加工出的卷边式膜容器。目前更为流行的是不锈钢无缝管经卷边制成的膜容器，因其价格低廉、性能优良，而成为4in膜容器的主流形式之一。

1.7.7　膜清洗与保运

随着反渗透技术应用的推广、工程规模的扩大及膜清洗问题的普遍压力，早期由广大工程企业或应用企业分散完成的膜清洗作业，已开始转由少数专业的膜清洗企业集中完成，从而大幅提高了膜清洗的水平。而且，一些专业清洗企业，不仅承担业主系统的药剂供应与专业的在线清洗与离线清洗，甚至发展出保运业务，以保运年费形式收取服务费用，负责业主系统的药剂、清洗、换膜及运行指导，甚至直接参与运行管理。专业的清洗企业及保运企业的出现，代表了膜工艺服务行业的产生，不仅更加细分了膜工业行业，也有效提高了膜工程系统的运行水平、维护水平与清洗水平，提高了系统运行的连续性与可靠性，是膜法水处理行业走向成熟的重要标志。

正是由于膜工艺相关技术的不断发展与进步，降低了工艺设备成本，改善了给水水质，提高了系统运行效率，为充分发挥反渗透技术优势创造了良好的环境，加速了膜技术的推广，扩展了膜技术的应用领域。