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以CNT碳纳米管为例,它的水运输性能很高,能大大降低海水淡化中的能耗。但由于其高度选择性和高昂的成本,实现CNT碳纳米管工程应用的路似乎还很漫长和艰巨。又譬如Al2O3纳米粒子,它减低了胞外多聚物在膜表面的粘合性或吸附性,从而提高了膜的过滤性能,Maximous等研究人员曾用嵌有Al2O3纳米粒子的PES超滤膜进行活性污泥的过滤。
结合群体猝灭效应(quorum quenching)的纳米材料则能使膜材料不再仅仅是一张简单的物理滤纸,而是变得更具活性。有研究人员曾制备了附有酰基转移酶的具有群体猝灭效应的纳滤膜,这种膜能能通过抑制胞外多聚物的释出来防止生物污染。
总的来说,新型纳米材料能促进更有针对性的膜产品研发,未来的一个挑战是把这些膜应用在基于自然驱动力而不是外界压力的膜工艺中,例如正渗透或者膜蒸馏。
正渗透
正渗透是经过过去几年的发展,被视为是有望为海水淡化工艺带来变革的技术。目前也有一些用于工业和市政领域的正渗透的应用案例,包括污水处理、海水淡化、食品工业的浓缩液、页岩气开采的废水以及紧急灾害等情况的净水供应等。
2008年,来自英国Guildford的Modern Water 公司在地中海直布罗陀建造了全世界第一个FO+RO海水淡化厂。自2009年5月起,该厂的出水已经能供给到当地社区。2009年的9月,该公司在阿曼苏丹国的AlKhaluf建造了另一座基于同样工艺但规模更大的海水淡化厂。
Al Khaluf海水淡化厂的全景图
工作人员对已有的RO设备进行了对照实验,一个配有FO预处理,一个则没有。结果显示配有FO预处理的调试结果比预期更好,尤其是抗污染的性能和出水质量等关键指标的表现。值得一提的是,尽管进水的海水质量很差,但配有FO预处理的RO膜在长达一年的运行中都不需要对膜进行清洗或更换,而有使用FO预处理的RO膜每两到四周就要进行清洗或者经一年运行后进行更换。
这个试验显示了在预处理中应用正渗透技术可以降低发生膜污染的机率。以外,正渗透海水淡化工艺的关键优势还包括:
(1) 能耗跟配备其他预处理工艺的反渗透工艺相比减少30%
(2) 抗氯性更好,对各种杀菌剂(biocides)有更好的兼容性
(3) 硼产量更低
(4) 跟传统的反渗透工艺相比,适用性更高
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