膜分离技术与水资源再利用
1. 膜分离技术与水资源再利用
水是生命的源泉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源，也是社会和经济发展的命脉。水资源的匮乏和日益严重的水污染已成为制约社会进步和经济发展的瓶颈，解决这一难题，对我国可持续发展是非常迫切的和极其重要的。除水资源的科学管理和优化配置之外，充分发挥高新科技手段在水再利用中的作用也是十分关键的。
膜分离作为一高新技术在近40年来迅速发展为产业化的高效节能分离过程。40年来，电渗析、反渗透、微滤、超滤、纳滤、渗透汽化、膜接触和膜反应等过程相继发展起来，在能源、电子、石化、医药卫生、重工、轻工、食品、饮料行业和人民日常生活及环保等领域均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。社会的需求使膜技术应允而生，也是社会的需求促使膜技术迅速发展，使膜技术不断创新、进步、完善，成为单元操作，成为集成过程中的关键。下面就膜技术在水再利用中的作用简述如下，包括海水和苦咸水淡化，饮用水净化，地下水补救，废水深度处理回用与资源化，传统工艺改造和实现清洁生产等，这些已成为社会的共识，而且发展潜力很大，前景诱人。
2. 水资源开发、保护和饮用水净化
2.1 海水和苦咸水淡化
50年代提出反渗透(RO)的研发的目的是为了海水淡化，现在反渗透已成为海水和苦咸水淡化制取饮用水最经济的手段，世界上反渗透淡化的水日产量达1千万吨，是中东、沙漠地区、滨海和岛屿地区社会和经济发展的生命线。我国部分海岛，舰船，滨海电厂，众多苦咸水地区，包括西部地区，也用淡化水解决饮用水和工业的急需，可以预期，不久的将来，北方滨海城市会将海水淡化作为应急用水和补充用水。
近几年来,在国际海水淡化招标中，SWRO以投资最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等优势而屡屡中标。是从海水制取饮用水最经济的方法，一般电耗4-5 kWh/m3淡水。就是用二级RO生产含盐量小于20mg/L的水，与离子交换结合生产纯水，其经济性也可与其他方法竞争的。SWRO所以能如此成功，与其在膜、组器、设备和工艺等方面的创新性开拓是分不开的。
在反渗透膜的发展方面，不对称膜和复合膜是创新的两个范例；反渗透膜组器技术的创新，使膜的性能得以充分的发挥，这里主要的是中空纤维反渗透器和卷式反渗透元件；与此同时，膜脱盐用的关键设备，如高压泵和能量回收装置也得到快速的发展，特别是第三代能量回收产品---压力交换器，它直接将压力由浓海水传给新进的海水，效率大于90％，这样反渗透海水淡化的本体耗电降到3kWh/m3以下；据反渗透膜和组器技术的进步，SWRO工艺也不断地发展，除上世纪80年代一级海水淡化工艺外，近年来又提出两项新工艺---- 高压一级海水淡化工艺和高效两段法工艺， 进一步提高回收率达60％，这样海水预处理省了，试剂用量少了，能耗更低了。
2.2 饮用水净化
环境的污染影响到饮用水的质量，饮用水的质量直接影响人们的健康，而人们生活水平的提高，对饮用水水质要求越来越高，世界各国都在不断改进饮用水的制备技术，如日本的MAC-21和新MAC-21计划对微滤(MF)、超滤(UF)和纳滤(NF)在除菌、去浊、去大分子胶体、TXM、农药、异味及部分SO42-、NO3-、F-、As等方面的作用进行了深入研发和肯定；反渗透几乎可除去各种杂质……家用MF、UF、NF和RO净水器以及瓶装、桶装纯净水和矿泉水等，在国内已很普遍。另外，电渗析可脱盐和除氟，电化膜过程可对水消毒及可产生酸性水和碱性水，膜接触器（MC）可去除水中挥发性有害物质。所以，随着城市化进程的加快，膜技术作为饮用水的预处理和深度处理，其作用也越来越显著，将成为本世纪饮用水净化的优选技术之一。
2.3 地下水补救
北方地区甚至苏、浙地区的主要城市地下水超采十分严重，造成地下水位下降、呈漏斗形分布，地壳下降、地面塌陷，海水入侵和地下水污染等，仅靠天然降水难以弥补其欠缺，除控制开采量外，将污水或废水进行高级处理后回灌是一良策，美国加州等地的实践表明，这一措施十分有效。我国在有必需和有条件的地区，也应尽早考虑这一问题。
3. 改造传统工艺、实现清洁生产
与国外工艺相比，我国许多传统产业是耗水大户，也是污水排放大户。用高新技术改造传统工艺，降低能耗和水耗，实现清洁生产势在必行。用全氟磺酸羧酸离子膜电解取代传统的汞阴极法和石棉隔膜法从NaCl水溶液制备NaOH和氯气，该工艺电流效率高，能耗低，转化率高，原料省，纯度高，无污染及投资少。用RO、电渗析（ED）和电除离子技术(EDI)代替离子交换，可大大减少甚至消除废酸、碱的排放并节约大量洗涤、再生用水。以超滤和纳滤技术替代或部分替代传统的沉降和离心工艺，进行蛋白、酶、染料、多糖和医药中间体等的纯化浓缩，以及果汁、茶汁的澄清和浓缩等。以渗透汽化(PV)替代或部分替代传统的蒸馏，进行脱水和除去少量挥发组份……都有显著的节水、降耗效果。这些技术的推广，必将在改造传统工艺和节水减污中发挥更重大的作用。
4. 污水、废水深度处理回用与资源化
近年来，我国每年排放污水量约400-500亿m3，经处理后排放的仅15-25%左右，由于污水到处横流，使我国各大水系都产生不同程度的污染，水环境严重恶化，所以，加强污水治理，使之不仅达标排放，而且可大量回用，非常必要，这对消除污染，改善水环境，缓解水资源的不足，节约宝贵的水资源，及促进环保产业的发展等都是十分重要的；同时污水回用的经济和社会效益，又反过来促进和带动污水再用的进一步发展，这样既实现了污水的资源化，又推动了清洁生产。
城市污水主要由生活污水和工业废水组成，大体各占一半。现主要用集中的生物法（常规活性污泥法，A-B法，A2/0，水解一氧化，SBR，氧化沟等）处理，使之达标排放。为了实施污水资源化和清洁生产，除作好集中处理排放污水的回用外，一些点污染源的污水治理与回用也相当重要，点污染源治理既可减轻集中处理的负担，又可保证集中处理的水质，有时还可实现清洁生产。用传统工艺与膜技术集成，可将污水或废水变为不同水质标准的再用水，或使之循环回用，这样既缓解了供求矛盾，又减少了污染，还促进了环保产业的发展。目前污水回用已有作工业冷却水、灌溉用水和市政用水的大量实践，经济社会和环境效益显著。
浸没式膜生物反应器对生活、食品和医药工业污水的处理，使之回用；超滤实现了涂装行业（特别是汽车工业和铝加工业）电泳漆和淋洗水的回收；用超滤处理纺织业和印染业中的退浆废液和印染废水使之分别返回上浆系统和印染系统再用，效果显著，是较理想的处理技术；反渗透和纳滤使电镀废水（镀镍、镀铬、镀镉、镀金等）实现漂洗水中贵重电镀药剂的回用，以及漂洗水回用，基本可实现零排放的闭路循环；渗析回收冶金、化工、采矿等行业的废酸、碱使之再用，极大地减少了污染；用超滤处理含油污水，如油田回注水，原油污水，乳化油废水和合纤油剂废水等，也是值得大力推广的工艺。
污水综合深度处理方面，污水处理用膜技术可除去悬浮微粒、病原菌，各种有机、无机物等，反渗透二级污水综合深度处理，所得的不同等级的再生水可分别用于杂用水（消防、洗车、路面洒水……），灌溉用水，建筑用水，工业冷却水，地下水回注，以至锅炉用水。这些在技术上和经济上都是可行的。经济、环境效益显著。地下水回注，既阻挡了海水入侵，又补充了地下水源，改进流域水质，
城市污水回用对缓解城市供水不足，节省珍贵的水资源，减轻水污染和改善水环境的作用是非常显著的，大量的实践证明了污水回用的可行性和经济性，随着人们环境意识的增强和生活水平的提高，对污水回用要求也会越来越高，由于膜技术的特点，技术的不断进步以及处理成本的不断下降，膜技术在污水回用领域今后更将大有用武之地，发挥更大的作用。
5. 结束语
早在50年代，为解决“水的危机”，提出了膜分离技术，随着膜技术的不断进步和水资源匮乏的日益严重，膜技术作为可持续发展的关键共性技术之一，必将倍受重视，并继续在水资源开发和保护、饮用水净化、改造传统产业和推进清洁生产等方面发挥更大的作用。
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