試論膜分離技術(shù)在水處理中的研究及應(yīng)用

伊 磊

（山東藍(lán)然環(huán)境科技有限公司，山東濟(jì)南 250101）

1 膜分離技術(shù)特點(diǎn)

膜分離技術(shù)主要是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過(guò)半透膜時(shí)，實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)，是一種較為有效的污水處理方法。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，具有以下特點(diǎn)：第一，分離效果好。這種處理方法可以在不產(chǎn)生其他物質(zhì)的情況下，將水中的分子加以有效處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米級(jí)物質(zhì)的分離，如有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等等，都能夠被分離出來(lái)，具有較強(qiáng)的針對(duì)性。第二，操作簡(jiǎn)單。目前，大部分膜分離設(shè)備都配有中控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵操作，不需要額外操作，降低了技術(shù)處理難度，且一般情況下都不需要進(jìn)行維護(hù)，具有較強(qiáng)的可靠性。第三，節(jié)約能量。以污水中分子的粒度來(lái)看，在膜分離過(guò)程中并不會(huì)發(fā)生相變，能夠在最大程度上節(jié)約能量，因此這種處理方式通常都是在常溫環(huán)境下進(jìn)行，能量損耗相對(duì)較小[1]。第四，成本相對(duì)較低。在處理污水的過(guò)程中，膜分離技術(shù)不需要添加任何藥劑，只需要依靠過(guò)濾膜來(lái)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(chǎn)生二次污染，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2 膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

2.1 微濾

微濾又被稱之為微孔過(guò)濾，在不同過(guò)濾機(jī)理的作用下，還可以被分為篩分、濾餅過(guò)濾、深層過(guò)濾三種方式，濾膜為多孔膜，在0.1～0.3MPa的壓力作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)粒徑大小在0.12～1μm內(nèi)物質(zhì)的膜分離，屬于精密過(guò)濾。因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中有高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，目前這種微濾技術(shù)在工業(yè)給水處理、飲用水凈化等領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。比如，美國(guó)在1987年便建成了世界上第一座膜分離水廠，采用的便是微濾技術(shù)，處理能力為1.9萬(wàn)m3/d，可處理濁度250NTU以上的原水，并且出水濁度一直保持在0.05NTU以下。

2.2 納濾

納濾即低壓反滲透，屬于一種介于反滲透、超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過(guò)程中通常情況下，納濾膜的孔徑在幾納米左右，能夠截留分子量大于200的各種物質(zhì)，具有過(guò)濾精度高、自動(dòng)化程度高、選擇性好等諸多優(yōu)勢(shì)，在水處理開(kāi)發(fā)領(lǐng)域受到了較大的重視，并具有較大的研究突破。納濾技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效去除水中構(gòu)成硬度的離子，可以替代以往使用的石灰軟化、離子交換過(guò)程，較好地實(shí)現(xiàn)水軟化，并有效去除有機(jī)物，保留大部分對(duì)人體有益的元素，也開(kāi)始逐漸被應(yīng)用于飲用水處理中。

2.3 超濾

超濾膜孔直徑實(shí)在0.1μm～5nm，與微濾的工作原理大體相同，但是在過(guò)濾精度方面有所提升，操作壓力也會(huì)有所提升。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)從液相物質(zhì)中將一些大分子物質(zhì)、膠體分散液等進(jìn)行分離處理。被分離出來(lái)的溶液，通常是會(huì)受到外界壓力，流速有所增加，使得溶液可以在超濾膜上流動(dòng)，確保其中的無(wú)機(jī)離子、低分子量能夠直接穿透超濾膜，將微生物、細(xì)菌等物質(zhì)截留，從而達(dá)到凈化水源的目的[2]。

2.4 反滲透

反滲透技術(shù)應(yīng)用于生活污水的深度處理中，能夠?qū)⑺泻械挠袡C(jī)物質(zhì)與鹽分進(jìn)行分離去除，保證水質(zhì)達(dá)到用水標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，反滲透膜具有高選擇、高滲透性特點(diǎn)，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(shù)層面因素的影響，我國(guó)在反滲透技術(shù)的應(yīng)用效果無(wú)法與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在今后仍然需要進(jìn)一步完善，使得反滲透設(shè)備應(yīng)用更為高效。在美國(guó)加利福尼亞州就設(shè)置了一個(gè)污水廠，并且擁有一臺(tái)日處理污水量能夠達(dá)到37.8m3的反滲透設(shè)備，使得生活污水能夠達(dá)到較好處理，并將其重新應(yīng)用于供水系統(tǒng)中。

2.5 電滲析

電滲析是一種在外加直流電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，利用交換膜的選擇透過(guò)性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同溶質(zhì)粒子的有效分離，屬于一種相對(duì)成熟的水處理技術(shù)，在廢水污染物分離與酸堿制備中有著較廣泛應(yīng)用。比如，可以在造紙黑液中回收堿和木質(zhì)素；再比如，可以利用電滲析裝置處理硫酸鎳廢水。隨著近幾年電滲析技術(shù)的日益完善，其應(yīng)用范圍也有所拓展，在苦咸水淡化工程中，電滲析技術(shù)也有所應(yīng)用，具有較好的發(fā)展前景。

3 膜分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著時(shí)代的進(jìn)一步發(fā)展，污水中的物質(zhì)越發(fā)復(fù)雜。從現(xiàn)階段膜分離技術(shù)的應(yīng)用情況來(lái)看仍然存在一些不完善之處，這些在今后都會(huì)有所發(fā)展。結(jié)合現(xiàn)階段膜分離技術(shù)中存在的缺陷，其今后研究與發(fā)展主要集中在三個(gè)方面。第一，膜材料的發(fā)展?，F(xiàn)階段在膜分離技術(shù)中。

大部分都是高分子仿生膜，然而若是想要進(jìn)一步達(dá)到生物膜分離水平，仍然需要進(jìn)一步研究，其發(fā)展趨勢(shì)與研究方面主要有兩個(gè)：①高分子膜材料的深度研究與開(kāi)發(fā)，為了滿足水處理要求，在研究的過(guò)程中可以從分子結(jié)構(gòu)、分離要求、分離對(duì)象特性等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，也可以研發(fā)高分子合金膜，使得濾膜具有多種性能，提高水處理的有效性；②開(kāi)發(fā)無(wú)機(jī)膜材料。當(dāng)下針對(duì)無(wú)機(jī)膜的研究相對(duì)較少，具有可塑性差、強(qiáng)度低、加工昂貴等弊端，然而隨著現(xiàn)如今對(duì)膜分離技術(shù)的要求不斷提高，濾膜要求也更為嚴(yán)格，比如食品分離膜就要求能夠耐高溫蒸汽，且多次清洗以后仍然具有較好性能，高分子膜無(wú)法達(dá)到這一要求，需要在今后著重對(duì)無(wú)機(jī)膜加以研究、開(kāi)發(fā)。

第二，膜過(guò)程發(fā)展。在科技快速發(fā)展下，膜過(guò)程也有了全新的發(fā)展，以便于形成新的優(yōu)勢(shì)，而原本的缺陷也能夠在較大程度上得以規(guī)避。首先，膜蒸餾是將膜技術(shù)、蒸餾過(guò)程相互結(jié)合起來(lái)的一種新模式，以微孔膜為介質(zhì)，以蒸汽壓差為驅(qū)動(dòng)力，使溶液中各組分選擇性透過(guò)膜孔，具有效率高、條件溫和、成本低等優(yōu)點(diǎn)。這一方面的研究目前仍然處于起步階段，而如何提高通量也已經(jīng)成為膜蒸餾技術(shù)在研究過(guò)程中的一個(gè)主要方向。其次，膜萃取，也可以被稱之為固定膜界面萃取，綜合了膜分離—液—液萃取相互結(jié)合的一個(gè)全新過(guò)程，這一過(guò)程中傳質(zhì)萃取劑并不會(huì)與料液進(jìn)行直接接觸，有助于提高傳質(zhì)效率。最后，膜反應(yīng)是反應(yīng)過(guò)程與膜過(guò)程的相互結(jié)合，綜合了反應(yīng)、分離功能，與傳統(tǒng)的反應(yīng)技術(shù)相比，膜反應(yīng)技術(shù)的分離費(fèi)用、成本相對(duì)較低，且轉(zhuǎn)化效率高，產(chǎn)生的副反應(yīng)也相對(duì)較少，因而在今后會(huì)得到廣泛應(yīng)用[3]。

第三，集成膜過(guò)程。在針對(duì)溶液中多個(gè)組別進(jìn)行分離時(shí)，一種分離過(guò)程往往無(wú)法達(dá)到最佳效果，分離效果十分有限，需要將多個(gè)膜分離過(guò)程融合在一起，以保證溶液最終可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。這也就使得集成膜技術(shù)成為近幾年膜分離技術(shù)研究與發(fā)展的一個(gè)重要方向。比如微電子工業(yè)中應(yīng)用的超純水需要綜合反滲透、離子交換、超濾三種膜技術(shù)，造紙工業(yè)黑液回收木質(zhì)素磺酸鈉要用聚凝、超濾及反滲透，從生物發(fā)酵制無(wú)水乙醇要用膜反應(yīng)器、膜蒸餾、反滲透及滲透汽化。這也就不難看出，集成膜過(guò)程研究與發(fā)展已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，就現(xiàn)階段膜分離技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，主要是具有分離效果好、操作簡(jiǎn)單、節(jié)約能量等特點(diǎn)，在水處理中的應(yīng)用集中體現(xiàn)在微濾、納濾、超濾、反滲透、電滲析這幾種方式，處理技術(shù)已經(jīng)相對(duì)完善。然而，在新時(shí)期下污水中含有的分子結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，膜分離技術(shù)手段也要有所發(fā)展，在膜材料、膜過(guò)程、集成膜過(guò)程方面都將有全新突破，提高膜分離技術(shù)的有效性。