膜分離技術在水質處理凈化領域的應用分析

＊吳全貴 祝媛媛

（湖北大學知行學院生物與化學工程學院 湖北 430000）

1.膜分離技術的簡要介紹

隨著時代的發展，人類在現代生物學以及物理學上都取得了很大程度的突破，膜分離技術也在這種大背景下被研發出來。這是一種選擇透過性分離技術，原理就是將大分子和小分子進行分離從而達到讓物質分離的效果，具體就是小分子會因為外在力量被壓迫通過膜，而大分子則會留在膜的另外一側。舉個例子說明，在水處理及應用當中，膜分離技術可以將水分當中的鹽和無機物等較大分子分離出來，從而達到水凈化以及提純的效果。膜分離技術的出現可以讓水處理更為簡單方便，而且設備占地面積相對小了很多，而且不用使用其他的化學藥劑，比傳統的水處理技術更為高效和方便。

膜分離技術除了在水處理當中得到使用外，還在生物制藥以及食品制造業當中也得到了廣泛的使用，這都得益于制造業的不斷發展，很多不同材質的過濾膜都被研發出來。地球雖然是一個水覆蓋率很高的星球，但是可使用的水資源卻極為有限，因此如何合理的使用水資源變得越來越重要，尤其是現代工業如此發達，很多工業廢水，生活污染水，工業冷卻循環水都必須得到充分的處理，從而達到重復利用甚至是達到可以排放和可以灌溉的標準。因此如何利用膜分離技術從而達到環保效果，成為現在世界性話題，現在的膜分離技術雖然已經得到很大程度的發展，但是使用完的膜清洗和再生也是另外一個重要的研究課題。

2.膜分離技術在各個領域的應用

(1)凈化飲用水

凈化水對于人類是非常重要的一個環節，因為水分沒經過處理會存在大量的無機鹽、有機物、微生物以及化學物質，人類長期使用這種未經處理的水將有可能會致使痢疾、霍亂、傷寒、傳染性肝炎出現以及傳播，這對于人體健康是一個很大的威脅。膜分離技術的出現就很好的解決了這種類型的問題，水經過膜分離的處理后，可以將無機鹽、無機物甚至是病菌都分離出去，而且可以降低飲用水的渾濁度數和色數度，這有效的提高了飲用水質量。這相較于傳統的水處理來說，膜分離技術不需要使用化學添加劑，這對于水的影響程度降到了最低，而且也將凈化的成本降到了最低，這對于膜技術的大規模使用提供了空間。

(2)造紙行業水處理

對于造紙行業來說水利用也是十分廣泛的，水質量如何將直接決定出廠紙張的品質。在造紙行業當中，幾乎全部企業都會使用涂布技術去改變紙張的性能，但是該技術的一個弊端就是會造成大量的廢水產生，這種廢水因為含有大量顏料和乳膠等化學成分因此不能被直接排放，按照傳統的處理方法成本非常高，這將制約企業的發展，但是隨著膜分離技術的問世，這個問題得到了有效的解決，膜分離技術不但將廢水當中的有害化學物質分離出來，還將這些化學物質重復使用，這就達到了降本增效的效果，很多企業因此大量添置膜分離水處理設備，經過一段時間的使用，企業的成本大大的降低，以前不能排出去的污水現在都達到了符合了國家排放標準，可以直接排放并且不會污染環境，而分離出來的化學藥品又可以重新作用于產品的制造，達到一箭雙雕的效果。

地球是一個水的星球，地球表面被大量海水覆蓋，但是海水并不能直接被人類食用和使用，而且海水具有很強的腐蝕性，很多沿海城市都被海水問題所困擾，那么如何將海水資源有效利用就成為人類一直以來討論研究的話題，人類也試過很多辦法將海水淡化，例如蒸餾法、電滲析法等等，但是效果都不是十分明顯，其中有成本較高和方法復雜等等原因。直到反滲透技術的出現，這種技術相比較蒸餾法、電滲析法來說具有耗能少，效率高并且設備結構簡單等特點，因為這些特點所以反滲透技術可以被使用于大部分地區和國家，很多沿海國家例如澳大利亞，美國等都將這些廣泛使用，澳大利亞更將風能應用到海水淡化技術當中，達到了更好的環保效果，因為膜分離技術的應用，讓海水資源可以廣泛使用，變成可以讓人類使用的水資源，海水資源是這個地球上最多的資源，可以利用海水資源就可以減輕淡水資源的使用壓力，很多國家更是利用風能等資源使得膜分離技術使用更加方便。水資源貧乏的地區因為膜分離技術的使用，可以重復使用水資源，這也緩解了水資源使用壓力，很多地區因為水資源的重復利用可以讓以前無法種植的土地變得可以種植，這都將大大緩解環境壓力。

(3)分離重金屬

在工業企業當中使用最多的就是金屬材料，在金屬材料制造的過程中必須使用大量的水來沖洗金屬表面達到去除重金屬離子的效果，而且這些沖洗水都是必須使用淡水，沖洗過后的水因為含有大量重金屬離子因此在以前是不能被直接排放，必須要在里面添加大量化學藥劑，使水里面的重金屬分子與之反應發生沉淀并且達到國家排放標準才允許被排放，但是這種工業花費的成本比較高昂，而且工藝比較復雜。但是膜分離技術的出現改變了這個局面，膜分離技術取代了傳統的化學藥劑投放技術，大量的重金屬分子經過膜的分離，可以達到百分之九十九的去除，這不但效果顯著而且還節約了化學藥劑的使用成本，讓企業的經濟效益得到了提高，現在的地球環境污染十分嚴重，膜分離技術的出現很大程度的緩解了這個局面，大量使用膜分離技術可以讓企業的營運成本大大降低，在過往的時候，因為沒有膜分離技術，大量工業使用粗糙的廢水處理技術，使得排放出來的廢水大量的污染了環境，很多土地因為這樣的污染導致多年無法使用更有甚者是無法再使用，這都將大大降低人類的生存空間，因為膜分離技術的出現，讓廢水處理更加簡單方便，而且成本也變得可以接受，大量企業也因此廣泛采用這種技術。

3.膜污染與膜清潔技術

膜分離技術雖然高效而且方便，但是也存在一個膜處理的問題，膜經過長期使用就會造成膜污染，具體就是要處理的原水經過膜表面的時候，會有大量的雜質、膠體、大分子物質殘留在膜表面和膜孔當中。長時間使用的膜會因為這些堵塞導致分離的效率降低，經過分離的水質量也會有顯著降低，這就被稱作膜污染。膜污染出現的原因有很多，例如被分離的物質殘留在膜體當中，或者截留側的濃度不斷提升，造成膜通量的降低，這都是降低膜使用效率的可能原因，要應對這種情況，膜的清潔就是必要的，膜清潔技術可以分為物理、化學、生物三部分。

(1)物理清潔方法

膜處理最簡單的方法就是物理清潔，其中有兩種方法，一種是低壓高流速清洗另一種是反壓清洗，膜清理可以使用其中一種方法也可以兩種方法一起使用，物理清洗的原理就是使用水來去除膜表面的污染物質，這種方法雖然方便，但是不能全部清潔殘留在膜表面的化學物質，因此只能適合污染并不嚴重的膜，如果要達到高質量的膜清理，必須結合化學以及生物清潔一起使用。

(2)化學清潔方法

化學清理可以很高程度的清洗膜表面的污染物質，在化學清洗的過程當中會大量的使用酸、堿、螯合劑等，這些物質可以很好的和膜表面的物質發生反應，使這些物質分離出膜的表面，從而達到一個分離的效果，但是使用化學清洗的方法前必須要清楚膜表面殘留的化學物質，才可以使用合適的化學藥劑，這樣才可以在不損傷膜結構和性質的基礎下達到一個清潔的效果，常常使用的膜清潔劑有EDTA作為螯合劑。

(3)生物清潔方法

除了物理和化學的清理方法外，還有生物清潔方法，而生物清潔方法也分為兩種不同的方法，第一種就是利用微生物的生物活性，簡單的說就是將微生物放在膜表面，讓其處理污染物，另外一種方法就是將某種生物劑固定在膜表面，這種生物劑可以和被分離的物質發生化學或者生物性質的改變，改變之后的物質沒有辦法再停留在膜的表面，這對于膜的抗污染能力是一個很大提升，雖然兩種方法的原理不相同，但是作用都是一樣的，就是要將膜表面的殘留物質去除，讓膜可以重復利用，這樣才可以降低膜分離技術的成本，從而達到最優的處理效果和經濟效果。雖然膜分離技術大量使用可以保護環境，但是膜分離技術使用之后的膜清潔也是一個十分重要的環節，因為膜的重復使用可以大大降低膜分離技術的使用成本，膜分離技術的使用也改變了地球水資源的匱乏這個一直困擾人類的難題，很多地區因為膜分離技術的使用讓不能利用的水變得可以利用起來。

4.結束語

膜分離技術已經成為現代社會一個必不可少的技術，膜分離技術也日趨成熟，但是還需要人類研究更加高效的辦法，把膜分離技術和使用后的保養成本降低，這樣才可以將膜分離技術推廣更加廣泛，很多企業雖然開始使用膜分離技術得到了很好的經濟效益，但是膜清潔這一塊因為技術不成熟，不能達到很好的重復利用，使得膜分離的效果并沒有那么好，長期使用效率更是大為降低，這都需要人類去解決。