膜分离技术及其在水处理中的应用

膜分离技术及其在水处理中的应用

作者：陈叶腾

来源：《名城绘》2018年第11期

摘要：上世纪60年代，膜分离技术发展迅速，目前被广泛应用在水处理环境工程中。膜分离技术属于新型分离净化方法，其技术耐用可靠、分离效果良好，具有能耗低、工艺简单、操作方便优点，并且不会产生二次污染。适合用在饮用水处理、工业废水（生活污水）净化、苦咸水脱盐处理、海水淡化等领域中。

关键词：膜分离技术；水处理；应用

1 膜技术的概述

1.1 反渗透膜技术

对透过的物质具有选择性的膜叫半透膜。对不能透过溶质而能透过溶剂的半透膜叫做理想半透膜。在半透膜的两边放体积相同的稀溶液和浓溶液，因两边的浓度差不同，稀溶液中的溶剂就会透过半透膜渗透到浓溶液的一边，此过程叫做渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液一边的液面就会比稀溶液的液面高出一定高度，就形成一个压差，称为渗透压。渗透压的大小取决于溶液的性质，如种类、浓度和温度等，跟半透膜的性质无关。如果此时在浓溶液一侧施加一个比渗透压大的压力，溶剂的渗透方向就会跟原来的方向相反，即从浓溶液侧向稀溶液侧流动，此现象称为反渗透。

1.2 微滤膜技术

微滤膜将静压差作为推动力，通过筛网状的过滤介质膜进行筛分、分离。微滤膜是一种多孔的、表面均匀的薄膜，其特点包括过滤的精度高、过滤的速度快、膜孔径均一、吸附量少、无介质脱落等，广泛地应用于去除细菌或微粒、食品及制药行业中进行除菌与净化、去除半导体行业中超纯水支配过程的颗粒、生物技术发酵液中制品的浓缩和分离等。

1.3 超滤膜技术

（1）超滤膜技术一种将压差作为驱动力，通过超滤膜高精度的截留性能分离固液或者对不同分子量的物质进行分级的膜技术，其主要的技术特点包括：可以同时对大分子或者胶体物质进行浓缩与分离。此项技术同反渗透相比较，其具有能耗低、操作压力低、设备投资与运行费用低、无相变、膜选择性高等优点，因此该技术广泛应用于生物技术、工业废水处理、食品、医药以及超纯水制备等各个领域。（2）渗透蒸发膜技术：渗透蒸发，是一种由压力驱动进行膜分离的过程，它主要利用液体内两种组分在膜里的扩散系数和溶解度间的差别，经过渗透和蒸发，实现分离的过程，该技术的设备投资与运行费用是相对较低的。虽然近年对渗透蒸发技术的研发进展较快，但其单独应用的经济性并不高。膜技术指的主要是将选择性的多孔薄

膜作为分离的介质，让分离出的溶液依靠某种推力穿过膜，低分子的溶质通过膜，而截留大分子的溶质，以此分离出溶液里分子量不相同的物质，进而实现分离、纯化、浓缩的目标。当前，膜技术被大家公认为是最具发展潜力的科学技术之一。

2 膜分离技术及其在水处理中的应用

2.1 饮用水处理

在饮用水处理中对应用膜技术进行应用很好地克服了传统对饮用水处理的局限性，为人们提供优质的水源，不仅能够降低饮用水的浊度，将饮用水中的锰化合物和铁去除，而且在处理过程中可以减少对混凝剂的使用量，UF（超滤）可以完成对部分有机物的截留，RO（反渗透）和NF（纳滤）可以将饮用水中的有机物和病毒完全去除，MF（微滤）和UF能够降低饮用水的浑浊度。

从目前水处理的整体趋势来看，UF具有不错的应用前景，这主要因为UF的孔径通常都约为0.01μm，在对饮用水处理过程中不仅可以去除掉对人体有害的病毒，而且能够保留住人体需要的微量元素，并且膜在应用过程中不易遭受微颗粒的污损。RO和NF更多的应用在纯净水处理中，RO可以是应用水中的NH4+的浓度下降到0.2mg/L，从而抑制了硝酸盐的形成，NF可以去除水中约90%的二价离子（其中主要包括Mg2+、Ca2+），很适合去除在进行水消毒过程中所产生的三卤甲烷中间体、农药、杀虫剂等残余物，从而实现水软化。膜技术已经被广泛地应用在饮水处理中，UF和MF技術已经处理了大量的饮用水。

2.2 处理工业废水

很多工业废水排放的范围广，排量大，大多含有不同浓度的化学物质，有的甚至有毒性，对人类健康与环境保护，都有很大的危害。为了保障人类身体健康，保护环境，并回收废水中的有用物质，节约能源与资源，促进经济的可持续发展，工业废水必须进行严格的净化处理，达标之后，才能排放。在处理工业废水方面，膜分离技术同样显示出了其独特的作用。对于工业废水，它不但能进行有效的净化，处理后的废水实现达标排放，又使废水中的有用成分得到了回收，实现循环利用，可节省很多能源，收到很好的环保与节能效果。

2.3 海水淡化

目前，用于海水淡化的膜分离技术，主要有反渗透、电渗透和膜蒸馏等。电渗析技术可直接将海水淡化，来制造饮用水，但其缺点是能耗高，水的回收率低。用反渗透膜进行海水淡化，不但耗能低，而且其脱盐率很高。反渗透技术的出现，是海水淡化领域的一次重大变革与突破，它使海水淡化的成本得到了极大的降低。目前，利用反渗透的方法，对海水进行淡化，以此来制取饮用水，解决淡水资源不足的问题，是最为省钱的办法。正是因为如此的优势，在海水淡化领域，反渗透技术的应用，得到了推广。

3 展望

3.1 预计21世纪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、垃圾填埋场渗滤液的处理、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，因而前景非常广阔，应作为首选重点。

3.2 在水源开发方面，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。

3.3 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。

3.4 石油化工是膜技术在21世纪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。

4 结语

随着社会进步的同时，水环境却日益恶化，水资源日益短缺，严重威胁着人类的生存与发展，在这种背景下，各种水处理技术应运而生。膜技术是一种新型的分离技术，是水处理中非常重要的技术之一。我们应该不断创新膜技术的开发与利用，提高膜技术在水处理中的应用水平，以便更好地为我国现代化社会建设服务。

参考文献：

[1]华玲，经倩楠，范东宣.浅析膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].科技创业家，2013（7）：26.

[2]苏金坡，尹连庆，张亚琴，檀素丽.膜分离技术在环境工程中的应用[J].环境科学与技术2012，4（12）55～56.

（作者单位：杭州杭开环境科技股份有限公司）