膜分離技術在水處理中的應用現狀及展望綜述

[摘要]膜技術是20世紀60年代后期迅速崛起的一種分離技術，在工業中有著廣泛的應用。介紹膜分離技術的工作原理、特點和分類，闡述了膜分離技術在工業中，尤其是在水處理過程中的應用，并展望膜技術應用領域的發展趨勢。

[關鍵詞]膜分離 膜技術 水質調節

中圖分類號：X7文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510113－01

隨著現代工業技術的不斷發展，在化工生產前后相應化學物料處理中所涉及的混合物種類日益增多，對于分離這些混合物的要求也越來越高。而分離的物料量，有的隨著化工生產的處理物料量的加大而越來越大，有的又隨著各種生物制品的生產而越來越小。特別是隨著各種天然資源不斷地被開發利用，含有用物質較多的資源已逐步減少，人們不得不從含量較少的資源中去分離、提取有用物質。有時一些傳統的化工分離手段比如吸收、精餾等可能安全不能適用，或者分離效果較差，能耗過高，因此一些新型的分離技術就應運而生了。在近年來發展較快并在工業實踐中已有所應用的諸多新型分離技術，如膜分離、超臨界萃取、反應分離聯用技術、變壓吸附等中，膜分離技術無疑是其中發展最為完善、應用最為廣泛的一種。尤其是在工業廢水和生活污水的處理過程中，該技術無論是在分離效果、效率，還是耐用性可靠性方面，都顯示了極大的優越性。

本文將在介紹膜分離技術發展歷程、性質和分類的基礎上，對膜分離技術在水處理中的應用研究和進展狀況進行綜述，并著重介紹膜分離技術的研究方向和發展前景。

一、膜技術歷史、類型及原理概述

膜分離是以選擇性透過膜為分離介質，當膜兩側存在推動力時，原料的組分可透過選擇膜而對混合物進行分離、提純、濃縮的一種分離過程。

人們很早就認識到某些薄膜能選擇性的透過一些特定的物質。1748年諾萊特（Nollet A）發現水能自發的擴散到裝有酒精溶液的豬膀胱內，這一發現開創了膜分離技術的研究。膜分離技術是國際上公認的20世紀末至21世紀中期最有發展前途的前沿技術。近年來，膜分離技術已逐漸成為化學工業、海水淡化、食品加工、廢水處理、生物醫藥技術等方面的重要分離操作。我國1958年開始研究電滲析，1966年開始研究反滲透，80年代以來對各種新型膜分離過程展開了研究，目前已有多種反滲透、超濾、微濾和電滲析膜與膜器的定型產品，在許多工業、科研和醫療部門得到了廣泛的應用[1]。

膜的分類有很多種方法。按膜的作用機理分類有吸附性膜（多孔膜、反應膜）、擴散性膜（高聚物膜、金屬膜、玻璃膜）、離子交換膜、選擇滲透膜（滲透膜、反滲透膜、電滲析膜）、非選擇性膜（加熱處理的微孔玻璃、過濾型的微孔膜）[2]。按照膜分離過程的類型及特點，分為微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、透析膜蒸餾、滲透蒸發等。

二、膜技術應用現狀

膜分離作為一種新型的分離方法，與傳統的分離過程如過濾、精餾、萃取、蒸發、重結晶、脫色、吸附等相比，具有能耗低、單級分離效率高、設備簡單、無相變、無污染等優點。因此膜分離技術是一種高效、低能耗和易操作的液體分離技術，特別是在水處理中有著廣闊的應用前景。

膜分離技術在水質調節方面的一個重要的應用就是飲用水的凈化。飲用水的凈化與純化是從水中去除懸浮物、細菌、病毒、無機物、農藥、有機物和溶解氣體等。微濾可去除懸浮物和細菌；超濾可分離大分子和病毒；納濾可去除部分硬度、重金屬和農藥等有毒化合物，反滲透幾乎可除去各種雜質，電滲析可除氟，膜接觸器可去除水中揮發性有害物質。因此，歐、美、日等國家和地區將膜分離技術作為21世紀飲用水凈化的優選技術。現在反滲透已成為海水淡化制取飲用水最經濟的手段耗電在5kW·h以下，最大的裝置處理能力達2.0×105m3·d-1。同樣，反滲透也是苦咸水淡化最經濟的方法，電耗在0.5～3kW·h，最大的反滲透裝置處理能力達1.3×105m3·d-1。目前膜法日產約3×106m3海水淡化水和約6×106m3苦咸水淡化水，為廣大干旱地區提供飲用水和過程用水[3]。

在工業用水方面，反滲透水處理技術廣泛地用于電子、電力、醫藥、化工、飲料、冶金等領域，它是超純水和純水制備的優選方法。除了反滲透膜的改進外，反滲透/反滲透、反滲透/離子交換樹脂、反滲透/電滲析2離子交換樹脂耦合及紫外線（185nm）降解COD和真空脫氣等工藝的采用，都促進了反滲透在這一領域的技術進步。膜軟化是基于納濾膜對二價離子的高脫除性而開發的新膜分離過程，它可完全去除懸浮物和大部分有機物，且與傳統的石灰軟化法和離子交換樹脂相比，有不消耗大量石灰、鹽和堿等藥劑，無污泥，操作簡便，節省占地等優點。膜軟化工藝在美國已普遍應用，特別是新建的軟化廠多采用此新工藝。

膜分離技術的另一個十分重要的應用在與工業廢水的處理。工業廢水是工業生產過程中產生的廢水、污水和廢液，必須進行處理，回收有用資源，同時保護環境。早在20世紀70年代反滲透法使電鍍廢水得以循環再用；美國PPG公司公開用超濾處理陽極電涂電漆廢水技術，荷電型超濾膜使汽車等行業廣為采用的電泳漆工藝實現了清潔生產。用超濾和反滲透組合系統處理電泳漆廢水后，廢水中的樹脂涂料幾乎全部除去，總溶解固形物的去除率可達97%～98%，水中總溶解固形物的濃度可以降到13～33mg·L-1，完全符合清潔水的水質要求[4]。眾多的應用使膜技術在環保廢水處理中發揮著重大的作用。

三、膜分離技術未來應用展望

膜分離技術在未來是世界各國研究的熱點，它將在各個領域發揮更引人注目的作用。首先，海水是地球上最大水源，膜法是凈化技術的前沿，成本又低，因此膜技術在淡水資源開發上有極其廣闊的市場需求背景。其次，預計膜分離的應用將持續增長，尤其是微濾/超濾、微濾/反滲透、微濾/超濾/反滲透或納濾結合的膜處理過程。增長的領域包括：飲用水處理、工業廢水的脫色、垃圾填場滲濾液的處理、膜生物反應器的應用、水的回收與循環利用。這些膜分離技術的應用將降低未來的環境污染，前景非常廣闊，應作為首選重點。第三，石油化工是膜技術可以大顯身手的重要領域，從油田淡水供應、污水處理，到生產、加工過程的反應、分離、濃縮、純化等，都和膜技術息息相關，而膜技術在這方面的應用目前還處在初始階段，所以，膜技術在此方面的應用潛力非常巨大。另外，用超濾技術處理電泳漆廢水，20世紀80年代已在我國汽車、電器等行業普遍使用，但我國荷電超濾膜開發還沒跟上，所以用性能優良的國產荷電超濾膜裝置取代進口裝置成為膜行業的一個新目標。我國目前已具備生產處理廢水的超濾和反滲透膜組件的能力，應組織攻關解決處理廢水用的設備，并迅速推廣應用。用微濾或超濾處理各種乳化油廢水的分離效率已基本解決，但膜的污染與清洗是要攻克的技術難關。

四、總結

綜上所述，盡管膜分離技術的各種子類別都分別具有不同的分離過程機理，適用于不同的分離對象和分離要求，但是所有膜分離過程都有其共同特點，如過程簡單、往往沒有相變、能耗低、操作成本低等，因此目前膜分離技術已成為分離混合物的重要方法，越來越受到人們的重視。在水處理工藝方面，膜分離技術起到了舉足輕重的作用，在水資源日益寶貴的今天，對于膜分離技術的研究必將更加深入和徹底，膜技術的應用前景必將更加廣闊。

參考文獻：

[1]化學工程基礎，高等教育出版社，2001年7月.

[2]許振良，膜法水處理技術[M].北京：化學工業出版社，2001.

[3]許振良，污水處理膜分離技術的研究進展[J].凈化技術，2000,(3):326.

[4]中國化工防治污染技術協會，化工廢水處理技術[M].北京：化學工業出版社，2001.

作者簡介：

韓倩倩，女，本科，武漢大學動力與機械學院，水質科學與技術專業。