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。
反渗透海水淡化
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。
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。
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。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。
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。
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。