膜处理技术

膜分离技术

作者：天津市南开大学关辽【概述】

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离都采用错流过滤方式。膜分离法主要分为扩散渗析、电渗析、反渗透以及超滤。本文对各种方法的原理进行了简单的说明，并对膜污染及如何控制膜污染进行了了解。

一、膜分离技术的概念

膜是具有选择性分离功能的材料。凡是在溶液中一种或几种成分不能透过，而其他成分能透过的膜，都叫做半透膜。膜分离法是用一种特殊的半透膜将溶液隔开，使一侧溶液中的某种溶质透过膜或者溶剂（水）渗透出来，从而达到分离溶质的目的。包括电渗析、扩散渗析、反渗透、以及超滤。它与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。按膜的结构型式分类,有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

二、膜技术在污水治理及回用中的应用概况

膜技术主要用于污水的深度处理和二级处理。在深度处理中用反渗透（RO）可有效地脱除溶盐及部分有机物，对悬浮物的脱除更彻底。其出水水质可达饮用水标准，但对这类水由于还缺乏长期系统地对健康影响的考察，以及由于某些心理和宗教的原因，目前大多不直接作饮用水使用。

一些国家将深度处理水或注入地下蓄水层或注入淡水水库进行自然净化后，

一方面可补充淡水水源，另一方面靠海地区可用于抵御海水入侵。在二级处理中膜技术［MF（微滤）、UF（超滤）］多与活性污泥过程结合，用以代替原工艺中的二沉池，这就是近年发展极为迅速的膜生物反应器，其出水可用于农业灌溉、绿化、市政工业用水及生活杂用水。

大规模污水回用的方向和程度受地理、气候和经济发展等因素影响，在农业生产为主的地区，农业灌溉应是水回用的主要方向，在干旱地区，像以色列、澳大利亚等地，农业灌溉和地表补充是水回用的主要方向。日本再生水的主要用途以景观、河道用水等市政杂用为主。我国以农业为主，市区被大面积农田包围的布局使得农业灌溉用水成为我国近、远期回用水利用的主要方向。回用水用于地下回注和饮用在国外已有采用，但在我国根据现实经济条件、水资源恢复程度等因素的综合考虑，只能作为污水回用的远期目标。我国目前的污水回用情况，大多还只是个别工厂、大楼、小区内实施的中水回用及少量市政杂用水的回用。

三、膜技术污水处理特点

膜技术在污水治理及回用中作为一项实用技术，其优点是几乎可完全脱除悬

浮物（SS）、一般的细菌、病毒、大肠杆菌等，且可脱色，减少生成三氯甲烷（THM）的前驱物，出水水质优良，由于膜装置占用的空间小，特别适合于老厂改造升级或建厂空间受限制的条件下采用。

在海水淡化以及化工、轻工、冶金、造纸、医药工业中常使用电渗析技术，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。在城市污水的处理、回用中，膜技术过程常用于二级处理后的深度处理中，多以微滤（MF）、超滤（UF）替代常规深度处理中的沉淀、过滤、吸附、除菌等预处理，以纳滤（NF）、反渗透（RO）进行水的软化和脱盐。在中水回用中，目前使用最多的是以MF、UF与活性污泥组成的膜生物反应器(MBR)。

不管在哪一种废水处理中，膜技术都必须与其他技术合理配合才能发挥其作用。因为污水的成分极其复杂，不同的回用目的，要求的水质标准和处理工艺也各不相同，任何一种单一的水处理技术都难以达到回用水的水质要求。

四、膜分离方法

(一)电渗析法

利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子（如离子）的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子（如离子）通过膜而迁移的现象称为电渗析。利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法，它是20世纪50年代发展起来的一种新技术，最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中处理三废最受重视，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。

1.电渗析法的原理

电渗析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。

2.电渗析器(electordialyzer)

电渗析器是利用离子交换膜和直流电场，使水中电解质的离子产生选择性

迁移，从而达到使水淡化的装置。简称ED。

电渗析器由阳极室、中间室及阴极室三室组成，如下图所示中间DD为封接良好的半透膜，E为Pt、Ag、Cu等片状或棒状电极，F为连接中间室的玻璃管，作洗涤用，S为pH计。电渗析实质上是除盐技术。电渗析器中正、负离子交换膜具有选择透过性，器内放入含盐溶液，在直流电的作用下，正、负离子透过膜分别向阴、阳极迁移。最后在两个膜之间的中间室内，盐的浓度降低，阴、阳极室内为浓缩室。电渗析方法可以对电解质溶质或某些物质进行淡化、浓缩、分离或制备某些电解产品。实际应用时，通常用上百对以上交换膜，以提高分离效率。电渗析过程中，离子交换膜透过性、离子浓差扩散、水的透过、极化电离等因素都会影响分离效率。

电渗析器除盐的基本原理，是利用离子交换膜的选择透过性。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻档阴离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移，使一路水中大部份离子迁移到另一路离子水中去，从而达到含盐水淡化的目的。电渗析器具有工艺简单，除盐率高，制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点，广泛应用于水的除盐，具体应用在如下场合：海水及苦咸水淡化，根据我单位的试验资料，可将含盐量高达60克/升的苦咸水淡化成饮用水，解决沙漠地区的饮用水源。制取软水，（水的