膜分離技術在水處理中的研究熱點與進展

蔡毅 李湧 譚煥 趙治國

摘?要：膜技術是一種高效、先進的廢水處理技術，在顆粒物、有機物、微生物等去除上具有獨特優勢。然而，在實際使用時隨著膜污染的不斷累積，膜的污染物去除能力會逐步下降，極大的影響了水處理效果，并導致膜維護成本居高不下。本文圍繞膜污染問題，介紹了影響膜污染的主要因素以及實際運行過程中的膜污染類型;概述了膜污染主要機理，并對其完善歷程展開回顧;簡述了減緩膜污染的各種措施，并且在此基礎上，重點介紹了膜污染預處理技術及各類預處理技術的特點。以期通過該綜述，對解決實際膜污染問題提供借鑒。

關鍵詞：膜分離技術;水處理;應用

引言

在水處理技術研究發展過程中，膜技術被稱為是21世紀的水處理技術。雖然發展時間較短，但其發展十分迅速，目前已在水處理領域得到了廣泛的推廣和應用，在水處理領域所具有的應用前景也非常可觀。作為膜產業下游的一個重要應用領域，水處理成為膜材料發展的重要方向。微濾膜主要應用于污水、廢水處理等領域;超濾膜技術在污水、廢水處理及回用和給水凈水領域應用廣泛;納濾膜技術主要應用于純凈水、軟化水、無離子水、海水淡化等方面;而反滲透膜技術可應用在海水淡化等領域。概括來說，膜技術的水處理應用主要包括在以下方面：污水處理及回用、給水凈化、海水淡化。

1膜分離技術特點

膜分離技術主要是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時，實現選擇性分離的技術，是一種較為有效的污水處理方法。在實際應用的過程中，具有以下特點：第一，分離效果好。這種處理方法可以在不產生其他物質的情況下，將水中的分子加以有效處理，可以實現對納米級物質的分離，如有機物、細菌、病毒等等，都能夠被分離出來，具有較強的針對性。第二，操作簡單。目前，大部分膜分離設備都配有中控系統，能夠實現一鍵操作，不需要額外操作，降低了技術處理難度，且一般情況下都不需要進行維護，具有較強的可靠性。第三，節約能量。以污水中分子的粒度來看，在膜分離過程中并不會發生相變，能夠在最大程度上節約能量，因此這種處理方式通常都是在常溫環境下進行，能量損耗相對較小。第四，成本相對較低。在處理污水的過程中，膜分離技術不需要添加任何藥劑，只需要依靠過濾膜來完成分類，能夠在最大程度上降低分離所需要消耗的成本，避免產生二次污染，具有較高的應用價值。

2膜分離技術在水處理中的應用

2.1吸附預處理

吸附預處理是利用具有高分散性或大孔隙率且有較大比表面積的吸附劑吸附水體中溶解性有機物，再通過濾膜截留吸附劑顆粒，從而去除水中有機物，達到緩解膜污染作用的方法。吸附是降低濾膜有機污染的主要措施之一。目前，常用于膜污染預處理的吸附材料有粉末活性炭（powderedactivatedcarbon，PAC）、樹脂、熱化氧化鋁顆粒（（heatedaluminumoxideparticles，HAOPs）、氧化鐵納米顆粒、二氧化硅顆粒和聚砜膠體等，其中PAC因其具有發達的空隙結構，良好的吸附性能，是吸附劑的典型代表之一。PAC對難以用混凝和超濾操作去除的低分子有機污染物的去除率高，Chi等研究了腐殖酸分子量（MW）對膜污染的影響，結果表明低分子量有機物能被有效吸附清除，不會進入膜孔造成膜污染。PAC預處理同樣被證實對消毒副產物具有良好去除效果。此外，亞微米粉末活性炭（SSPAC）具有較高的生物大分子選擇性吸附能力，將其預涂于膜表面上幾乎可以完全防止微生物胞外有機物造成的跨膜壓力（TMP）升高。但是，由于膜的疏水性及原水特性的不同，也有大量實驗得出PAC會加重膜污染，或對膜通量沒有影響。總之，PAC作為膜技術預處理仍然值得深入研究。吸附劑雖能強化有機物的去除，減緩超濾膜的污染速率，但吸附預處理需要設置單獨的吸附處理單元，存在占地面積大、基建投資費用高等問題。

2.2反滲透

反滲透技術應用于生活污水的深度處理中，能夠將水中含有的有機物質與鹽分進行分離去除，保證水質達到用水標準。在實際應用的過程中，反滲透膜具有高選擇、高滲透性特點，將選擇性膜在操作壓力高于溶液滲透的一種膜處理方法。雖然，這種方式本身具有較好的凈化水體的效果，但是受到技術層面因素的影響，我國在反滲透技術的應用效果無法與西方發達國家相比，在今后仍然需要進一步完善，使得反滲透設備應用更為高效。在美國加利福尼亞州就設置了一個污水廠，并且擁有一臺日處理污水量能夠達到37.8m3的反滲透設備，使得生活污水能夠達到較好處理，并將其重新應用于供水系統中。

2.3化工廢水

為防止化工廢水排放影響環境，需要在排放之前對其處理。使用納濾滲透、反滲透兩項技術結合，可有效處理含有鉬酸氨的工業廢水，并且對于水中鉬離子的回收率可超過96%，不但能夠可以有效將鉬離子回收，而且可實現對廢水的高效凈化。同時，膜分離這一技術綠色無污染，非常適合應用在工業廢水的處理方面，配合特定預處理方式，回收可再利用物質，實現廢水凈化以及資源回收等處理目標。處理飲用水環節，使用膜分離處理技術效果良好。當前，人們生活水平逐漸提升，因此，對于飲用水水質要求較高，對比傳統處理工藝，膜分離的運用可將水中懸浮物質和細菌等有效祛除，提升飲用水凈化效果。處理過程可使用超濾、微濾以及納濾等工藝，實現飲用水內微米等級的顆粒濾除。同時，還可將部分未達到微米級別的顆粒去除，并去除水中溶解氣體、無機物和農藥等，提升飲用水品質。

2.4微濾膜技術介紹及應用

較之其他膜技術，微濾膜技術是最早被提出并應用，且應用最廣的一種膜技術，它主要應用于飲用水生產的預處理和初級處理環節，可以有效清除原水中的固體顆粒、懸浮物、細菌等其他物質。在應用微濾膜技術對飲用水進行處理時，為達到良好的處理效果，往往需要將微濾膜技術結合其他膜技術和其他水處理方法來共同對水進行處理，如超濾膜、納濾膜、吸附劑、混凝劑等。在微濾膜技術基礎上，有研究人員嘗試采用不同混凝劑對飲用水中的腐殖酸進行去除及不同混凝劑對膜污染情況進行了研究，得出了飲用水最優出水水質下的混凝條件與膜污染程度最小條件下的混凝劑類型與用量。還有研究人員以河水為試驗對象，采用不同粒徑活性炭對河水樣品進行處理，試驗發現大粒徑的活性炭比小粒徑的活性炭所造成的污染要更嚴重。

2.5化學沉淀預處理

化學沉淀法是一種通過投加化學藥劑，使水中可能造成膜污染的溶解態物質轉化為難溶物質而析出的預處理方法。Amaral等將化學沉淀法作為微濾-納濾（MF-NF）預處理工藝用于處理穩定的垃圾滲濾液，該工藝被證明能夠有效去除廢液中的有機物和無機物，且結果表明沉淀作為微濾的預處理能保證低膜污染。Cao等人使用Ruth濾餅過濾理論分析了Ca2+在藻酸鹽溶液中形成懸浮液的過濾過程中的通量下降，結果表明Ca2+的加入降低了膜污染。另外，研究者利用混合沉淀-納濾法對工業磷酸廢水進行磷的回收和重金屬的去除，得到了良好的凈化和回收效率。可以看出化學沉淀預處理可以有效緩解膜污染，且該方法具有投入成本低、操作簡便等優點，但其仍存在處理效率不高、經過處理之后的溶液可能會對環境造成二次污染等問題。

結語

總之，高效處理廢水能夠控制環境污染，相關行業要對廢水處理過程膜分離工藝的運用高度重視，回收有用物質，將海水進行淡化，改善水質，相關人員需要對此技術全面分析，結合水處理需求，合理選擇分離技術，高效進行水處理。

參考文獻

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