膜分離技術及其在水處理中的應用分析

劉文勇

摘 要：膜分離技術是種新型的技術，目前在很多高新領域中應用較多，在物質分離方面發揮著不可替代的作用，尤其是在水處理方面效果顯著。為了加快膜分離技術在水處理工程中的推廣與應用，文章針對其在廢水處理、飲用水處理以及海水淡化處理中的應用進行詳細的分析，具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：膜分離技術；原理；水處理

膜分離技術在現代技術領域中是一個高新技術行業，雖然早在200年前人們就發現了膜分離現象的存在，但是第一張工業用膜直到20世紀60年代才出現，至此之后膜技術才進入了快速發展階段。雖然膜技術的發展時間不長，并且因為其自身具有的獨特優越性得到了廣泛的應用和快速的發展，使其在多個領域中有了廣泛的應用。

1 膜分離技術

1.1 膜分離技術的原理。膜分離技術在應用中使用半透膜對物質進行分離，在對物質進行分離是在常溫以下時，將膜兩側的電位差或電力差作為推動備分離為動力，對溶劑和溶質進行分離、濃縮、鈍化。人工合成和天然高分子高分子薄膜是膜分離技術中常用的薄膜，將電位差或外界能力作為動力，對多組分流物質或雙組分進行分離—提純—富集。目前常用的膜分離技術有納濾、氣體分離、液膜等方式。

1.2 膜分離技術的主要特點。超濾截留的相對分子質量集中在1000～100000范圍內，在操作過程中，選擇特定的相對分子質量膜可以實現將目標產物與雜質的分離。在生產化產品中早就實現了對超濾技術的應用，并且該技術相對來說比較成熟，目前其在生物制品的生產中已經得到了比較廣泛的應用，其主要應用于生物制品在生產過程中的分離與濃縮操作。膜分離技術在應用過程中具有如下特點：（1）膜分離過程的完成需要壓力的作用，可以在常溫下進行，適用于果汁、藥物、對熱物體比較敏感的物質等，同時也適用于對水和大氣的處理；（2）膜分離并不會使物質發生相對變化，不需要破壞物質分子（原子）結構，因此該技術對能量的需求相對來說較少；（3）膜分離技術的驅動力為壓力差，裝置簡單，實際操作也十分簡單；（4）膜分離技術具有廣泛的應用范圍，從微粒到微生物，甚至到離子極都有著其應用的空間。

2 膜分離技術在水處理中的應用

2.1 廢水處理。生活廢水和工業廢水大量的排入到水體中將會對水質造成較為嚴重的破壞。為了改善環境，并對廢水中存在的一些有用物質進行回收，應當采取合理的方式對生活廢水和工業廢水進行處理，確保廢水達到排放標準，不會對環境造成污染。

納濾和超濾技術經常被應用在廢水處理中。將納濾技術應用到城市污水處理中，可以有效降低城市廢水的色度、渾濁度、有機物的含量；城市污水在經過超濾處理后，可以將其用于冷卻循環水源，這大幅度地提高了對水的利用。此外，對毛織和毛皮加工過程產生的洗毛水進行處理，采用超濾技術可以對廢水中的羊毛脂進行回收，通過處理后的洗毛水的濃度下降8～22倍，對于脂的截留率能夠超過80%，COD去除率也超過80%。

納濾技術經常被應用到工業重金屬廢水處理中，應用納濾技術對重工業生產過程中產生的廢水進行處理：一方面可以實現對90%以上的廢水進行回收，使其鈍化；另一方面可以使肺水腫的金屬離子含量濃縮約10倍。將納濾膜應用在造紙廢水處理中，不僅可以實現對廢水中COD（約90%）的處理，而且其膜通量與傳統的聚砜超濾膜相比更高。在石油工業中對納濾技術進行應用：一方面可以去除酚（95%）；另一方面也可以去除工業廢水中的鎳、鈦、汞等高價金屬，降低石油廢水對環境的污染。在食品工業廢水中應用超濾——納濾組和對制造大豆乳清廢水處理實驗進行深度研究發現，通過納濾對經處理后的乳清洗廢液進行濃縮，濃縮后的溶液中的總糖總截留量約為75%。

對工業廢水和生活污水進行處理，降低其對環境的污染是人們不斷追求的目標，前人針對廢水處理過程中采用的膜分離技術表明，在工業廢水和生活污水處理過程中應用納濾膜技術取得了不錯的效果，對廢水進行科學合理的處理：一方面降低了廢水對環境造成的污染；另一方面通過處理后的水可以被回收利用，不僅節約了水資源，同時也降低了能量消耗，具有良好的社會效益和經濟效益。但是從實際情況來看，產生工業廢水的種類較多，工業廢水中的污染物各不相同，因此在分離過程中需要分離的成分也各不相同，通過納濾處理的溶液是否會引起二次污染還有待人們的探究。除此之外，隨著膜在處理過程中應用時間的延長，膜通量也會下降，對其進行長時間的應用，膜通量將會下降到一個經濟性無法允許的程度。因此，生活污水和工業廢水中對膜分離技術的應用中，如何延長膜過流時間，增加膜的通透量，簡捷的膜再生方法都是有待人們進一步研究的內容。

2.2 飲用水處理。過去很長一段時間內，人們在對飲用水的處理上都通過氯對飲用水進行消毒，近幾年研究結果表明，高投放氯量將會引發一系列的問題。例如，飲用水中的抗氯原病體難以被殺死，并且增加了三鹵甲烷（一種致癌物）的形成幾率，極容易造成化學污染的發生。在飲用水處理中對應用膜技術進行應用很好地克服了傳統對飲用水處理的局限性，為人們提供優質的水源，不僅能夠降低飲用水的濁度，將飲用水中的錳化合物和鐵去除，而且在處理過程中可以減少對混凝劑的使用量，UF（超濾）可以完成對部分有機物的截留，RO（反滲透）和NF（納濾）可以將飲用水中的有機物和病毒完全去除，MF（微濾）和UF能夠降低飲用水的渾濁度。

從目前水處理的整體趨勢來看，UF具有不錯的應用前景，這主要因為UF的孔徑通常都約為0.01μm，在對飲用水處理過程中不僅可以去除掉對人體有害的病毒，而且能夠保留住人體需要的微量元素，并且膜在應用過程中不易遭受微顆粒的污損。RO和NF更多的應用在純凈水處理中，RO可以是應用水中的NH4+的濃度下降到0.2mg/L，從而抑制了硝酸鹽的形成，NF可以去除水中約90%的二價離子（其中主要包括Mg2+、Ca2+），很適合去除在進行水消毒過程中所產生的三鹵甲烷中間體、農藥、殺蟲劑等殘余物，從而實現水軟化。膜技術已經被廣泛地應用在飲水處理中，UF和MF技術已經處理了大量的飲用水。法國的部分研究人員在對UF的應用中結合了PAC（粉末活性炭），研制成了CIRSTAL工藝，在許多大型水廠中都得到了廣泛的應用。

2.3 海水淡化處理。地球上具有豐富的水資源，但是其中約97%的水資源都是海水，海水的鹽含量很高，要想對海水進行使用，就必須對其進行淡化處理。海水淡化可以通過RO、MED（多級蒸發）、VC（壓力蒸餾）完成。對這些應用方法進行對比，不難發現RO在應用過程中具有以下優勢，如能耗低、費用低、建造周期短等，因此其已經成為了目前海水淡化的一項主要手段。中東地區的一些國家在海水淡化過程中已經開展了對RO的應用，其中沙特具有多家海水淡化工程。目前，我國遼寧省和浙江省也興建了反滲透化裝置。

3 結語

膜分離技術具有設備簡單、分離效率高、節能等諸多優點，其在環境工程領域中的應用有著巨大潛能。但是對膜分離技術的應用要理性，總的來說，目前膜分離技術在應用過程中還存在成本偏高、已遭受破壞等問題，這些問題的存在在一定程度上阻礙了膜技術應用范圍的進一步擴大與發展。因此，為了擴大膜技術應用范圍，促進膜技術的發展，在日后研究過程中更應當降低膜的成本、提高其抗污染能力、延長膜的使用壽命，對膜分離技術進行組合應用，提高分離效果，從而擴大膜分離技術的應用范圍，促進膜分離技術的發展。

參考文獻

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