朗盛新建的用于生产Lewabrane反渗透（RO）膜元件的先进工厂，位于德国比特菲尔德的生产基地

当今世界的水处理行业要求高技术、高性能的分离产品，以满足对处理后水质越来越严苛的要求，或者将水生产的成本降至最低。不过，为了实现要求的品质，往往会采用不止一种分离技术，正是考虑到这种发展趋势，朗盛开始在德国比特菲尔德的新生产基地内生产Lewabrane反渗透（RO）膜及元件。

反渗透膜的主要结构是薄层复合膜。分离（或脱盐）层是厚度为0.1μm的聚酰胺层，由一个聚砜底层结构支撑。聚酰胺层通过聚合过程形成。

技术标准的再提高决定了全球的成功应用

尽管基于这种工艺制成的薄层复合膜的应用已经有30年的历史了，但当今的最新技术提供了更精确地控制聚合过程的可能性。因此，我们的膜产品开发的一个重点就落在了增强聚酰胺层的聚合度上。提高聚合度将提高薄层屏障层的机械和化学稳定性以及耐用性。此外，膜表面的负电荷也减少了，从而减少了膜表面的阳离子吸附（污染）。

图1 薄层复合膜的结构

因其化学性质，聚酰胺膜的表面通常带负电荷，常常导致阳离子污染，极难去除。阳离子污染的一个典型的例子是铁离子污染。氯化铁（FeCl3）是预处理系统中用来絮凝的常用化学物质。一旦用量过高，即便时间很短，阳离子吸附也可能导致RO膜表面污染达到不可逆的程度。除了氯化铁给药系统必须经过良好调节之外，降低表面负电荷是减少这种情况下污染的最佳选择。

在地表水的膜分离过程中，在有钙存在的情况下，带负电荷的膜表面还会影响到腐植酸的污染倾向。文献中有报道称，钙、腐植酸和负电荷膜表面结合在一起，构成的复合体会导致污染。因此，膜表面负电荷降低将对这一过程产生积极影响。

膜分离复合层是RO分离工艺中最核心的部分。在使用前，这种关键部件集合在一种装置中，称之为一个RO元件。卷式RO元件的卷绕过程包括很多步骤，全都需要小心控制。朗盛的制造工艺采用了最先进的机器人装备，以便小心制备RO元件，精确地符合机械规格。这一开发过程获得了来自外部机构的大量帮助，这些机构应用现代计算机辅助设计，确认机械强度，优化流体力学设计（见图2）。这一至关重要的开发过程是将改进的膜化学整合到现代RO元件中所必需的。

自2012年4月投入商业应用以来，朗盛的RO膜产品组合已经从苦咸水标准压力型元件（HR 和 HF）扩充到了抗污染（FR）和低能耗（LE）的产品类型。由于生产基地2010年1月刚刚破土动工，产品组合的扩充之迅速更加令人感到印象深刻。来自最终用户的运行数据进一步确认了其商业上的成功。

Lewabrane RO产品现在已经在全世界24个国家得到了应用。应用效果证明了其在高产水量中保持着一贯的高脱盐率。在一家使用的厂中，与过去使用的产品相比，两次膜清洁之间的运行时间延长了一倍。这些成果彰显了高交联膜的低污染目标已经在商业规模中实现并得到了验证。明年，朗盛计划推出一种用于海水淡化的新的RO元件。之后还将推出一种超低压膜，应用于饮用水领域常见的低盐度苦咸水。

图2 防伸缩装置（ATD）和渗透管的应力测试

RO与IX互补

朗盛跨出这一大步，将RO膜技术加入其分离产品组合中去的原因，是因为反渗透是一种与离子交换（IX）树脂相互补的技术。朗盛生产离子交换树脂已经有70余年的历史了，Lewatit品牌驰名已久。总体而言，反渗透可以有效淡化高盐度的水，而离子交换则可以选择性地从水中除去特定的离子。表1显示了根据所要求的产水水质的不同，可分别应用哪一种分离技术。

在现代的分离应用中，RO与IX工艺的结合不仅应用在锅炉给水的脱盐等应用场合，而且还在从海水中脱除硼和非传统天然气资源生产的水处理等其他工艺中也得到了应用。关于这些应用的讨论近来成为了热门话题，因为公众对水质量和环保问题越来越重视了。

来自非传统资源的天然气生产在世界各地方兴未艾。与天然气同时产出的水不仅很难处理，而且必须满足严格的法规标准才能重新排放到环境中去。这些法规为水处理系统的设计者提出了挑战。尽管情况千差万别，但典型的水中可能含有2500~10000mg/L的TDS，1000~3000ppm的碱（主要是CaCO3），pH值在8~9之间。由于大部分内陆地区都对盐的排放十分敏感，因此水处理产生的浓缩物必须加以特别处置。将废弃浓缩物的量处理到最小是该应用成功的最重要因素。高回收率、低化学药剂的RO工艺是解决方案之一。为达到这一目标，可用IX进行预处理和一级内做三段处理工艺，一级RO单元是选项之一。

为了实现高回收率，要求将硬度软化至ppb水平。为可靠满足这一要求，尤其是高盐度水，必须使用选择性IX工艺。一个例子是弱酸性阳离子树脂型产品（例如Lewatit CNP 80），通常在苦咸水经过RO处理之前使用。另一个例子是螯合树脂，它能够有效地将水软化至ppb水平，甚至对于饱和盐水溶液也是如此。这类产品通常用来软化来自RO工厂的浓缩液，以便进行进一步的RO处理。在需重点移除锶和钡的时候，通常选择亚氨基二乙酸螯合树脂（如Lewatit MonoPlus TP 208）；否则，推荐使用氨基膦酸螯合树脂（如Lewatit MonoPlus TP 260）。

在大多数应用场合，都使用酸或阻垢剂进行化学处理，作为RO的预处理。在盐水的释放要求较高、或者盐的溶度积（Ksp）远远超出饱和极限以至于无法应用防垢剂的情况下，用IX进行软化工艺的优势是很明显的。

与上述例子中的产出水处理形成对比的是，IX可以用于硼移除的后处理。单单使用RO移除硼，pH值为9。在这个pH值上，硼部分带有负电荷，海水RO的脱盐率可达90%，苦咸水RO元件的脱盐率达到了75%。为了实现产水的硼含量低于0.5mg/L的限值，首次产水的额外RO处理就是必需的（通过二级，或者部分二级系统）。在此情况下，pH值的调节是在第二级之前完成的。

这一工艺的一个替代方案是用IX进行后处理。尽管只有少数工厂安装了这种技术，在客户要求低硼浓度（0.3mg/L）的场合，这一工艺具有明显的优势。在一家海水淡化工厂的试点测试中，硼浓度可从0.7mg/L（RO处理后）降低到0.2mg/L（处理能力为2.6g/L）。由于IX是具备高选择性的分离工艺，因此主要脱除的是硼，树脂的交换能力并不因为其他离子的存在而被耗尽。也可以用相似的工艺在RO工艺完成之后来选择性地移除其他重要的混合物，如砷或重金属等。

软件计算使得技术选择更科学

大多数工程师都使用来自制造商的定制软件来设计离子交换或反渗透系统。从今年7月份起，朗盛将推出一种新的名为“LewaPlus”的综合软件。在同一个软件中能够同时计算反渗透和离子交换数据。因此，使用二级系统或先后使用RO和IX的组合工艺的水处理厂将得以进行比较，设计师将能够迅速优化水处理厂的设计。此外，工艺变量的影响，如温度等，也可以在整体系统中加以计算和评估了。

在设计RO工厂时，这种软件提供了这样一种可能性，即可基于输入的信息得到推荐的数据。朗盛今年年内还计划对该软件进行进一步的更新，例如增加用IX进行后处理的选项，以及RO设计的详细的成本和能耗计算等。

为了确认RO和IX工艺在经济上可行，排放浓缩物的成本是非常重要的。不过给水的盐浓度是首先必须考虑的。使用IX软化水的具体成本有赖于给水的盐浓度，而RO处理厂的具体成本却是个常数，与盐浓度无关。另一方面，RO处理后的水的具体成本本身起点较高，因此盈亏平衡点（交叉点）告诉了设计师RO和IX成本相同的盐度值在哪里。除了经济可行性之外，选择RO还是IX，还可能有其他的考量。总体而言，RO 工艺更适合于要求易于处理的场合，而IX则更适合于高度选择性的水处理。

小结

朗盛相信，在不远的将来，RO和IX技术都将继续得到强有力的发展。海水淡化产业正在快速增长，预计增长率在12%；苦咸水处理产业的增长速度略低一点。RO膜滤工艺的前景无疑是光明的。而且，由于对水处理工艺的效率和选择性的要求日益提高，IX的未来也不可限量。现代的水处理技术要求多种技术的组合运用，例如不同种类的膜滤工艺的整合（如超滤技术与RO膜分离的结合），或是若干种技术的结合，如RO与IX结合、RO与EDI结合等。朗盛现在同时提供两种最先进的工艺解决方案（RO和IX），使工艺设计师得以优化水处理工艺，降低成本，为用户提高水处理的可靠性。