膜分离技术在水处理中的应用现状及展望综述

[摘要]膜技术是20世纪60年代后期迅速崛起的一种分离技术，在工业中有着广泛的应用。介绍膜分离技术的工作原理、特点和分类，阐述了膜分离技术在工业中，尤其是在水处理过程中的应用，并展望膜技术应用领域的发展趋势。

[关键词]膜分离 膜技术 水质调节

中图分类号：X7文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510113－01

随着现代工业技术的不断发展，在化工生产前后相应化学物料处理中所涉及的混合物种类日益增多，对于分离这些混合物的要求也越来越高。而分离的物料量，有的随着化工生产的处理物料量的加大而越来越大，有的又随着各种生物制品的生产而越来越小。特别是随着各种天然资源不断地被开发利用，含有用物质较多的资源已逐步减少，人们不得不从含量较少的资源中去分离、提取有用物质。有时一些传统的化工分离手段比如吸收、精馏等可能安全不能适用，或者分离效果较差，能耗过高，因此一些新型的分离技术就应运而生了。在近年来发展较快并在工业实践中已有所应用的诸多新型分离技术，如膜分离、超临界萃取、反应分离联用技术、变压吸附等中，膜分离技术无疑是其中发展最为完善、应用最为广泛的一种。尤其是在工业废水和生活污水的处理过程中，该技术无论是在分离效果、效率，还是耐用性可靠性方面，都显示了极大的优越性。

本文将在介绍膜分离技术发展历程、性质和分类的基础上，对膜分离技术在水处理中的应用研究和进展状况进行综述，并着重介绍膜分离技术的研究方向和发展前景。

一、膜技术历史、类型及原理概述

膜分离是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在推动力时，原料的组分可透过选择膜而对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离过程。

人们很早就认识到某些薄膜能选择性的透过一些特定的物质。1748年诺莱特（Nollet A）发现水能自发的扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，这一发现开创了膜分离技术的研究。膜分离技术是国际上公认的20世纪末至21世纪中期最有发展前途的前沿技术。近年来，膜分离技术已逐渐成为化学工业、海水淡化、食品加工、废水处理、生物医药技术等方面的重要分离操作。我国1958年开始研究电渗析，1966年开始研究反渗透，80年代以来对各种新型膜分离过程展开了研究，目前已有多种反渗透、超滤、微滤和电渗析膜与膜器的定型产品，在许多工业、科研和医疗部门得到了广泛的应用[1]。

膜的分类有很多种方法。按膜的作用机理分类有吸附性膜（多孔膜、反应膜）、扩散性膜（高聚物膜、金属膜、玻璃膜）、离子交换膜、选择渗透膜（渗透膜、反渗透膜、电渗析膜）、非选择性膜（加热处理的微孔玻璃、过滤型的微孔膜）[2]。按照膜分离过程的类型及特点，分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、透析膜蒸馏、渗透蒸发等。

二、膜技术应用现状

膜分离作为一种新型的分离方法，与传统的分离过程如过滤、精馏、萃取、蒸发、重结晶、脱色、吸附等相比，具有能耗低、单级分离效率高、设备简单、无相变、无污染等优点。因此膜分离技术是一种高效、低能耗和易操作的液体分离技术，特别是在水处理中有着广阔的应用前景。

膜分离技术在水质调节方面的一个重要的应用就是饮用水的净化。饮用水的净化与纯化是从水中去除悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体等。微滤可去除悬浮物和细菌；超滤可分离大分子和病毒；纳滤可去除部分硬度、重金属和农药等有毒化合物，反渗透几乎可除去各种杂质，电渗析可除氟，膜接触器可去除水中挥发性有害物质。因此，欧、美、日等国家和地区将膜分离技术作为21世纪饮用水净化的优选技术。现在反渗透已成为海水淡化制取饮用水最经济的手段耗电在5kW·h以下，最大的装置处理能力达2.0×105m3·d-1。同样，反渗透也是苦咸水淡化最经济的方法，电耗在0.5～3kW·h，最大的反渗透装置处理能力达1.3×105m3·d-1。目前膜法日产约3×106m3海水淡化水和约6×106m3苦咸水淡化水，为广大干旱地区提供饮用水和过程用水[3]。

在工业用水方面，反渗透水处理技术广泛地用于电子、电力、医药、化工、饮料、冶金等领域，它是超纯水和纯水制备的优选方法。除了反渗透膜的改进外，反渗透/反渗透、反渗透/离子交换树脂、反渗透/电渗析2离子交换树脂耦合及紫外线（185nm）降解COD和真空脱气等工艺的采用，都促进了反渗透在这一领域的技术进步。膜软化是基于纳滤膜对二价离子的高脱除性而开发的新膜分离过程，它可完全去除悬浮物和大部分有机物，且与传统的石灰软化法和离子交换树脂相比，有不消耗大量石灰、盐和碱等药剂，无污泥，操作简便，节省占地等优点。膜软化工艺在美国已普遍应用，特别是新建的软化厂多采用此新工艺。

膜分离技术的另一个十分重要的应用在与工业废水的处理。工业废水是工业生产过程中产生的废水、污水和废液，必须进行处理，回收有用资源，同时保护环境。早在20世纪70年代反渗透法使电镀废水得以循环再用；美国PPG公司公开用超滤处理阳极电涂电漆废水技术，荷电型超滤膜使汽车等行业广为采用的电泳漆工艺实现了清洁生产。用超滤和反渗透组合系统处理电泳漆废水后，废水中的树脂涂料几乎全部除去，总溶解固形物的去除率可达97%～98%，水中总溶解固形物的浓度可以降到13～33mg·L-1，完全符合清洁水的水质要求[4]。众多的应用使膜技术在环保废水处理中发挥着重大的作用。

三、膜分离技术未来应用展望

膜分离技术在未来是世界各国研究的热点，它将在各个领域发挥更引人注目的作用。首先，海水是地球上最大水源，膜法是净化技术的前沿，成本又低，因此膜技术在淡水资源开发上有极其广阔的市场需求背景。其次，预计膜分离的应用将持续增长，尤其是微滤/超滤、微滤/反渗透、微滤/超滤/反渗透或纳滤结合的膜处理过程。增长的领域包括：饮用水处理、工业废水的脱色、垃圾填场渗滤液的处理、膜生物反应器的应用、水的回收与循环利用。这些膜分离技术的应用将降低未来的环境污染，前景非常广阔，应作为首选重点。第三，石油化工是膜技术可以大显身手的重要领域，从油田淡水供应、污水处理，到生产、加工过程的反应、分离、浓缩、纯化等，都和膜技术息息相关，而膜技术在这方面的应用目前还处在初始阶段，所以，膜技术在此方面的应用潜力非常巨大。另外，用超滤技术处理电泳漆废水，20世纪80年代已在我国汽车、电器等行业普遍使用，但我国荷电超滤膜开发还没跟上，所以用性能优良的国产荷电超滤膜装置取代进口装置成为膜行业的一个新目标。我国目前已具备生产处理废水的超滤和反渗透膜组件的能力，应组织攻关解决处理废水用的设备，并迅速推广应用。用微滤或超滤处理各种乳化油废水的分离效率已基本解决，但膜的污染与清洗是要攻克的技术难关。

四、总结

综上所述，尽管膜分离技术的各种子类别都分别具有不同的分离过程机理，适用于不同的分离对象和分离要求，但是所有膜分离过程都有其共同特点，如过程简单、往往没有相变、能耗低、操作成本低等，因此目前膜分离技术已成为分离混合物的重要方法，越来越受到人们的重视。在水处理工艺方面，膜分离技术起到了举足轻重的作用，在水资源日益宝贵的今天，对于膜分离技术的研究必将更加深入和彻底，膜技术的应用前景必将更加广阔。

参考文献：

[1]化学工程基础，高等教育出版社，2001年7月.

[2]许振良，膜法水处理技术[M].北京：化学工业出版社，2001.

[3]许振良，污水处理膜分离技术的研究进展[J].净化技术，2000,(3):326.

[4]中国化工防治污染技术协会，化工废水处理技术[M].北京：化学工业出版社，2001.

作者简介：

韩倩倩，女，本科，武汉大学动力与机械学院，水质科学与技术专业。