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电渗析
电渗析(ED)是以直流电为推动力,利用阴阳离子交换膜对水溶液中阴阳离子的选择透过性,使一个水体中的离子通过膜迁移到另一水体中的物质分离过程。1952年,美国Ionics公司,根据电渗析原理,研制成功世界上第一台电渗析器,用于苦咸水淡化制取生活饮用水。70年代频繁倒极电渗析技术(EDR)开发成功,使电渗析装置运行更加方便,工作应用更加稳定;日本50年代末开发这一技术,60年代用于海水浓缩制盐和氯碱工业制浓盐水;我国1958年开始研究开发电渗析技术,1965年我国第一台电渗析装置试用于成昆铁路建设,1967年完成了异相离子交换膜的工业化生产,三十年来,已在海水、苦咸水淡化制取生活饮用水和工业用纯水、超纯水制造,发挥了显著的效果。其应用面遍布全国各地的各行各业,其应用面之广和膜产量大均居世界同行前列。在我国,电渗析已成为一种成熟的水处理工艺技术。电渗析本体已按专业标准组织生产,制水量从每小时几十升到几十吨多种规格可选,工程应用可由单台至几十台组合排列,以满足不同制水量和不同脱盐效果的要求。
与国际水平相比,我国电渗析工艺工程水平已接近世界先进水平,差距较大的是离子交换膜的品种单一,限止了这一技术在高浓度浓缩和不同离子分离等方面的应用,就水处理行业而言,尽管有少数电渗析装置进口,但由于进口电渗析价格大大地贵于国产装置,所以目前国内电渗析仍由国货所统治。1995年统计,电渗析用于苦咸水淡化,总造水量达1.07×106 t/d。
反渗透
反渗透(RO)是以压力为推动力,利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性,从某一含有各种无机物、有机物和微生物的水体中,提取纯水的物质分离过程。1960年Loeb和Sourirajan,根据上述原理制备了世界上第一张高脱盐率、高通量的不对称膜醋酸纤维素(CA)反渗透膜。70年代初美国杜邦(Dupont)公司开发成功了芳族聚酰胺(PA)中空纤维反渗透膜;80年代初聚酰胺复合膜及卷式元件研究成功,80年代末,高脱盐率复合膜及卷式元件投入生产;90年代中,超低压高脱盐度聚酰胺复合膜及元件投放市场。我国反渗透膜技术的研究开发,始于1965年,1967-1969年的“全国海水淡化会战”为CA不对称反渗透膜的开发打下了良好的基础,1982年我国第一个CA卷式膜元件研究成功,1983年CTA中空纤维组件研制成功;1984年大型8"卷式组件研制成功;1985年8"大型中空纤维组件研制成功。这些组件成功地应用于18MΩ-cm超纯水,高压锅炉补给水,无菌无热源水和食用纯净水……的制造。并产生了重大的社会和经济效益,近三年来,由于国外卷式PA复合膜的大量进入中国市场,对国产CA卷式膜的冲击很大,目前国产CA卷式膜已停产,而国产CTA低压中空纤维膜组件,虽其脱盐率低于进口PA复合膜,但其由于相对价格低,供货充足,目前仍在生产,以满足市场的需求。
在反渗透工艺研究和工程应用方面,80年代末,国家“七.五”科技攻关期间,电子工业用18MΩ-cm大型工业化超纯水系统、高压锅炉补给水用大型反渗透装置,和海岛苦咸水反渗透淡化制取饮用水,三项示范工程获得成功,并在全国范围内纯水、超纯水的制造中得到大力推广应用,该项目获国家科技进步一等奖。1991年国产CTA中空纤维反渗透膜组件用于食用纯净水生产获得成功,我国第一批纯净水投放市场,1994年二级反渗透系统研制成功,并首次用于纯净水的制造,割除了原工艺中的离子交换过程,1995年膜法直接制取医用注射用水获得成功,并分别在安徽繁昌制药厂和北京协和医院投入示范考核运行。制备的无热源水符合中国药典(95版)和美国药典(21版)注射用水的标准。
与国外相比,我国反渗透工艺和工程技术已接近国外先进水平,但膜和组器技术同国际同类产品仍有较大的差别,复合膜虽已完成中试放大,但离工业生产仍有较大距离,当前反渗透膜组件市场,中空纤维型仍以国产CTA膜组件为主,而卷式型,基本上由进口PA复合膜元件所占据。在工程上,引进PA复合膜和其他关键部件,设计制造反渗透装置,取代了以往整机进口的局面,实践证明是成功的。但注意的是许多小企业由于缺乏反渗透系统设计的专业技术,用户技术培训不到位,操作、维护不当,致使反渗透膜使用寿命大大缩短,这已成为当前我国反渗透工程应用中的一个普遍问题,应引起同行的注意。
超 滤
超滤(UF)以压力为推动力,利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程,其切割分子量(CWCO)103、106,孔径1100 nm。
1965年,首先由美国亚米康(Amicon)公司开发成功中空纤维式超滤器,并投放市场。超滤应用范围很广,除在水处理工程中,用于除菌、除热源、胶体和大分子有机物等外,还可以用于许多特殊溶液的分离、精制,如血液净化、蛋白质精制、大分子有机物与盐的分离和脱水等。同时,由于超滤是常温操作对那些热敏性物质,如果汁、生物制品等的分离、浓缩、精制特别有效,节能效果尤为显著。
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