摘要：近年來(lái)隨著水資源污染的日益嚴(yán)重，及淡水資源的不斷短缺，拓展新的水資源供給模式成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的主要問(wèn)題之一。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，海水淡化逐漸成為解決這一問(wèn)題的有效途徑。本文將重點(diǎn)分析海水淡化技術(shù)中反滲透法的市場(chǎng)占比、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和膜的使用參數(shù)。

　　水資源問(wèn)題在工業(yè)聚集的沿海地區(qū)尤為嚴(yán)峻，一方面工業(yè)生產(chǎn)需要大量的淡水資源，企業(yè)對(duì)淡水資源不斷超采，使得水資源大量流失;另一方面人們對(duì)生態(tài)環(huán)境及淡水資源保護(hù)力度趨緊，多項(xiàng)政策限制工業(yè)淡水的使用，這也加劇了工業(yè)生產(chǎn)與水資源保護(hù)矛盾的不斷加深。地球水資源儲(chǔ)量中海水占到97%左右，尤其是在沿海地區(qū)，海水資源豐富，合理利用這一部分水資源，進(jìn)行海水的淡化處理將有效緩解當(dāng)前的矛盾。

　　反滲透法為主要海水淡化主流技術(shù)之一 應(yīng)用占比達(dá)到65%

　　人們對(duì)于海水淡化的探索較早，早在16世紀(jì)，歐洲的航海者們就從海水中提取淡水，現(xiàn)代意義上的海水淡化技術(shù)則是在第二次世界大戰(zhàn)以后才逐漸興起，且隨著淡水資源的問(wèn)題的不斷凸顯，海水淡化技術(shù)也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前，全球已經(jīng)商業(yè)化或小規(guī)模使用的海水淡化技術(shù)有20多種，包括反滲透法、多級(jí)閃蒸法、電滲析法、真空冷凍法、熱膜聯(lián)產(chǎn)法及吸附法等，此外針對(duì)海水的預(yù)處理和后處理還有微濾、超濾、納濾法等。這些海水淡化方法可以歸為兩類(lèi)，蒸餾法和膜法，其中以多級(jí)閃蒸和反滲透膜法應(yīng)用最多，在全球海水淡化技術(shù)中應(yīng)用占有率分別在65%和21%，這兩種技術(shù)也被認(rèn)為是未來(lái)海水淡化技術(shù)發(fā)展的主要方向。

圖1 全球海水淡化技術(shù)應(yīng)用占比

(資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院)

　　反滲透(RO)技術(shù)，主要利用半透膜兩側(cè)溶劑和溶質(zhì)的透過(guò)率不同，以?xún)蓚?cè)液體的壓力差作為推動(dòng)力，使溶劑選擇透過(guò)膜而實(shí)現(xiàn)溶劑溶質(zhì)分離。以海水淡化為例，將海水與淡水分開(kāi)，中間以反滲透膜隔離，淡水會(huì)通過(guò)滲透膜進(jìn)入到海水中，這一過(guò)程稱(chēng)為滲透，然后再對(duì)海水一側(cè)施加壓力，海水中的淡水將會(huì)反滲透到淡水中，從而實(shí)現(xiàn)海水中淡水的分離，反滲透法淡化海水的的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此考慮到綜合成本，反滲透法逐漸成為淡化海水的主流方式，經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，目前反滲透海水淡化(SWRO)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，反滲透膜的脫鹽率達(dá)到99.8%，脫硼率達(dá)到95%，且膜的抗污染和抗氧化能力不斷提高，生產(chǎn)成本逐漸降低。除了應(yīng)用在海水淡化之外，反滲透技術(shù)在苦咸水淡化、垃圾滲濾、超純水制備及廢水濃縮等方面都有著重要作用。

　　反滲透膜經(jīng)歷三代技術(shù)革新 卷式反滲透膜效率最高

　　反滲透膜是反滲透海水淡化(SWRO)中的關(guān)鍵組件，海水淡化的轉(zhuǎn)化效率與反滲透膜的性能有著密切的關(guān)系。反滲透膜的發(fā)展經(jīng)歷三個(gè)階段，其主要產(chǎn)品為均質(zhì)對(duì)稱(chēng)膜、不對(duì)稱(chēng)膜和復(fù)合膜。其中均質(zhì)對(duì)稱(chēng)膜為初代產(chǎn)品，主要由6μm厚的均質(zhì)醋酸纖維素制得，其水通過(guò)量較少，且脫鹽率較低，目前均質(zhì)醋酸纖維素膜已經(jīng)被全面淘汰，但是它的誕生也開(kāi)啟了人們對(duì)于反滲透膜的探究。第二代反滲透膜為不對(duì)稱(chēng)醋酸纖維素膜，其主要結(jié)構(gòu)與第一代膜不同，主要由致密皮層與疏松支撐層構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)僅使得膜表皮呈致密性，厚度僅為0.2μm，大大提高了水的通過(guò)量，與第一代反滲透膜相比，傳質(zhì)速度提高了3個(gè)數(shù)量級(jí)，目前第二代反滲透膜仍在小范圍內(nèi)有所使用，但是使用量逐年降低。第三代反滲透膜主要采用復(fù)合膜，其優(yōu)化方向主要是膜的脫鹽層和支撐層分別由優(yōu)選的材料來(lái)制備，其脫鹽層主要由芳香族聚酰胺制備，厚度僅為0.1~0.2μm，支撐層則主要由聚砜制備，這種結(jié)構(gòu)使得反滲透膜的水通量大大提高，是均質(zhì)對(duì)稱(chēng)膜的10倍。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前使用的“高脫鹽型”復(fù)合膜，在5.52 MPa 操作壓力下，對(duì)35000 mg/L NaCl溶液淡化處理，脫鹽率達(dá)99.8%，水通量在40 L/m²·h 以上，淡化率十分優(yōu)越。目前第三代反滲透復(fù)合膜已經(jīng)應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，且市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。

　　目前，已商業(yè)化應(yīng)用的反滲透膜組件主要有四種類(lèi)型包括：中空纖維式、卷式、框式及管式，其中前兩類(lèi)性能最佳且應(yīng)用最廣。中空纖維式反滲透膜可以在高溫高壓下正常工作，具有較高的膜面積堆砌密度，可以有效提高淡化效率，同時(shí)中空纖維式具有很強(qiáng)的密閉性，可以有效避免微生物的侵蝕，因此在西亞海灣地區(qū)及中東地區(qū)市場(chǎng)占有率較高。卷式反滲透膜，是目前世界上使用最廣泛的反滲透膜應(yīng)用形式，膜組件裝填密度大，使用操作簡(jiǎn)便，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)較統(tǒng)一，成本相對(duì)較低。卷式反滲透膜中，界面聚合聚酰胺反滲透膜是目前的主流，卷式海水淡化膜脫鹽率最高可達(dá)99.8%，脫硼率可達(dá)95%，耐壓最高可達(dá)10MPa，功耗最低小于3kWh/m3，水通量最高可達(dá)38m3/d。

　　未來(lái)反滲透膜的研發(fā)方向除了提高現(xiàn)有膜的性能外，還需要開(kāi)發(fā)新型制膜原材料或提高膜材料改性的方法;針對(duì)卷式反滲透膜，要研發(fā)出提高膜面積的組件，提高產(chǎn)水量，降低單位產(chǎn)水能耗;同時(shí)也要加強(qiáng)海水預(yù)處理技術(shù)的研發(fā)，兩部分統(tǒng)一協(xié)作，提高淡化效率。

　　結(jié)語(yǔ)

　　近年來(lái)隨著水資源問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，工業(yè)用水和水資源短缺矛盾不斷加深，針對(duì)這一問(wèn)題，急需尋求新的水資源供給模式。全球海水資源豐富，且工業(yè)區(qū)多集中在沿海地區(qū)，海水淡化處理就成為解決水資源問(wèn)題的新途徑。目前已經(jīng)規(guī)模使用的海水淡化技術(shù)有20余種，其中多級(jí)閃蒸法和反滲透膜法為應(yīng)用最廣，反滲透膜法也是未來(lái)海水淡化技術(shù)的主流之一。反滲透技術(shù)中反滲透膜為關(guān)鍵部件，其決定了反滲透效果的優(yōu)劣性，反滲透膜已經(jīng)歷了三代技術(shù)革新，目前第三代復(fù)合膜應(yīng)用最多，反滲透膜組件主要有四種類(lèi)型，卷式反滲透膜為當(dāng)前的主流應(yīng)用，其脫鹽率最高可達(dá)99.8%，脫硼率可達(dá)95%，性能較為優(yōu)異。未來(lái)隨著淡水資源需求的不斷提高及海水淡化技術(shù)的不斷進(jìn)步，反滲透技術(shù)及反滲透膜將擁有更加廣闊的市場(chǎng)。