膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望綜述

[摘要]膜技術(shù)是20世紀60年代后期迅速崛起的一種分離技術(shù)，在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。介紹膜分離技術(shù)的工作原理、特點和分類，闡述了膜分離技術(shù)在工業(yè)中，尤其是在水處理過程中的應(yīng)用，并展望膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

[關(guān)鍵詞]膜分離 膜技術(shù) 水質(zhì)調(diào)節(jié)

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

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，在化工生產(chǎn)前后相應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)而越來越小。特別是隨著各種天然資源不斷地被開發(fā)利用，含有用物質(zhì)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(zhì)。有時一些傳統(tǒng)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(shù)就應(yīng)運而生了。在近年來發(fā)展較快并在工業(yè)實踐中已有所應(yīng)用的諸多新型分離技術(shù)，如膜分離、超臨界萃取、反應(yīng)分離聯(lián)用技術(shù)、變壓吸附等中，膜分離技術(shù)無疑是其中發(fā)展最為完善、應(yīng)用最為廣泛的一種。尤其是在工業(yè)廢水和生活污水的處理過程中，該技術(shù)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(yōu)越性。

本文將在介紹膜分離技術(shù)發(fā)展歷程、性質(zhì)和分類的基礎(chǔ)上，對膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究和進展狀況進行綜述，并著重介紹膜分離技術(shù)的研究方向和發(fā)展前景。

一、膜技術(shù)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(zhì)，當膜兩側(cè)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(zhì)。1748年諾萊特（Nollet A）發(fā)現(xiàn)水能自發(fā)的擴散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，這一發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了膜分離技術(shù)的研究。膜分離技術(shù)是國際上公認的20世紀末至21世紀中期最有發(fā)展前途的前沿技術(shù)。近年來，膜分離技術(shù)已逐漸成為化學工業(yè)、海水淡化、食品加工、廢水處理、生物醫(yī)藥技術(shù)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(chǎn)品，在許多工業(yè)、科研和醫(yī)療部門得到了廣泛的應(yīng)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(yīng)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(fā)等。

二、膜技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

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

膜分離技術(shù)在水質(zhì)調(diào)節(jié)方面的一個重要的應(yīng)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(nóng)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(nóng)藥等有毒化合物，反滲透幾乎可除去各種雜質(zhì)，電滲析可除氟，膜接觸器可去除水中揮發(fā)性有害物質(zhì)。因此，歐、美、日等國家和地區(qū)將膜分離技術(shù)作為21世紀飲用水凈化的優(yōu)選技術(shù)?，F(xiàn)在反滲透已成為海水淡化制取飲用水最經(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(qū)提供飲用水和過程用水[3]。

在工業(yè)用水方面，反滲透水處理技術(shù)廣泛地用于電子、電力、醫(yī)藥、化工、飲料、冶金等領(lǐng)域，它是超純水和純水制備的優(yōu)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(lǐng)域的技術(shù)進步。膜軟化是基于納濾膜對二價離子的高脫除性而開發(fā)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(tǒng)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(jié)省占地等優(yōu)點。膜軟化工藝在美國已普遍應(yīng)用，特別是新建的軟化廠多采用此新工藝。

膜分離技術(shù)的另一個十分重要的應(yīng)用在與工業(yè)廢水的處理。工業(yè)廢水是工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(huán)境。早在20世紀70年代反滲透法使電鍍廢水得以循環(huán)再用；美國PPG公司公開用超濾處理陽極電涂電漆廢水技術(shù)，荷電型超濾膜使汽車等行業(yè)廣為采用的電泳漆工藝實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。用超濾和反滲透組合系統(tǒng)處理電泳漆廢水后，廢水中的樹脂涂料幾乎全部除去，總?cè)芙夤绦挝锏娜コ士蛇_97%～98%，水中總?cè)芙夤绦挝锏臐舛瓤梢越档?3～33mg·L-1，完全符合清潔水的水質(zhì)要求[4]。眾多的應(yīng)用使膜技術(shù)在環(huán)保廢水處理中發(fā)揮著重大的作用。

三、膜分離技術(shù)未來應(yīng)用展望

膜分離技術(shù)在未來是世界各國研究的熱點，它將在各個領(lǐng)域發(fā)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(shù)的前沿，成本又低，因此膜技術(shù)在淡水資源開發(fā)上有極其廣闊的市場需求背景。其次，預計膜分離的應(yīng)用將持續(xù)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(jié)合的膜處理過程。增長的領(lǐng)域包括：飲用水處理、工業(yè)廢水的脫色、垃圾填場滲濾液的處理、膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用、水的回收與循環(huán)利用。這些膜分離技術(shù)的應(yīng)用將降低未來的環(huán)境污染，前景非常廣闊，應(yīng)作為首選重點。第三，石油化工是膜技術(shù)可以大顯身手的重要領(lǐng)域，從油田淡水供應(yīng)、污水處理，到生產(chǎn)、加工過程的反應(yīng)、分離、濃縮、純化等，都和膜技術(shù)息息相關(guān)，而膜技術(shù)在這方面的應(yīng)用目前還處在初始階段，所以，膜技術(shù)在此方面的應(yīng)用潛力非常巨大。另外，用超濾技術(shù)處理電泳漆廢水，20世紀80年代已在我國汽車、電器等行業(yè)普遍使用，但我國荷電超濾膜開發(fā)還沒跟上，所以用性能優(yōu)良的國產(chǎn)荷電超濾膜裝置取代進口裝置成為膜行業(yè)的一個新目標。我國目前已具備生產(chǎn)處理廢水的超濾和反滲透膜組件的能力，應(yīng)組織攻關(guān)解決處理廢水用的設(shè)備，并迅速推廣應(yīng)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(shù)難關(guān)。

四、總結(jié)

綜上所述，盡管膜分離技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)的研究必將更加深入和徹底，膜技術(shù)的應(yīng)用前景必將更加廣闊。

參考文獻：

[1]化學工程基礎(chǔ)，高等教育出版社，2001年7月.

[2]許振良，膜法水處理技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

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

[4]中國化工防治污染技術(shù)協(xié)會，化工廢水處理技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)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(zhì)科學與技術(shù)專業(yè)。