膜分離技術在水處理方面的應用

趙慶山

摘 要：人類生產生活離不開水資源，水資源利用后的回用及排放十分重要。在眾多水處理技術中，膜分離技術是一種較為新型且高效的分離凈化方法。該文主要介紹了膜分離技術在飲用水凈化、造紙行業、海水淡化、分離重金屬等方面的應用，同時總結膜污染后不同清潔技術的相關原理。

關鍵詞：膜分離；水處理；膜污染；膜清潔

中圖分類號：X703 文獻標志碼：A

1 膜分離技術簡介

隨著現代生物學和物理學的快速發展，膜分離技術應運而生。這是一種具有選擇透過性的，由無機材料或有機高分子材料制作而成的多孔薄膜，其原理是在外力的作用下，小分子物質通過薄膜，大分子物質被截留在膜的另一側，從而達到物質分離的效果。在水處理方面的應用中，膜分離技術可以使分子量較小的水分子順利通過，而將水中的鹽類、無機物等分離出來，從而達到水提純、凈化的要求。膜分離技術相對傳統的水處理技術來說，整體處理結構較為簡單，占地面積小，不必使用其他化學藥劑，運行過程高效、便捷。

隨著制造業技術的不斷提高，很多材料都可以用于過濾膜的生產，這使膜分離技術成本降低，可以廣泛應用于生物制藥、化工生產和食品制造等多個行業。在世界水資源緊張的今天，對生活污水、工業冷卻循環水、工業廢水等進行充分處理，使之滿足排放、回用、回灌標準變得越來越重要。我國在此方面的研究相對于發達國家起步較晚，更應該采用資源節約型和環境友好型材料充分利用和發展膜分離技術，保護人類賴以生存的水資源。膜分離技術分為很多種，其中包括電滲析（ED）、微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）和膜生物反應器（MBR）等。雖然已經發現很多價格低廉、易得的材料可以用于加工過濾膜，但是膜的清洗和再生也是十分重要的，這也是很多科研人員的研究課題。

2 膜分離技術的應用

2.1 凈化飲用水

在飲用水凈化過程中，除了要去除水中無機鹽、有機物等常見污染物，更重要的是去除水中微生物及其產生的化學物質。如果其進入人體，可能會導致一些疾病的產生，如痢疾、霍亂、傷寒、傳染性肝炎等，對身體健康造成很大問題。膜分離技術可以有效解決此類問題，通過控制膜表面空隙的大小決定可以通過膜的物質種類，去除水中致病菌。同時，膜分離技術還可降低飲用水的濁度和色度，提高飲用水質量。在使用膜分離技術的過程中，基本上不需要向原水中添加化學成分，對原水體的影響也較小，降低水處理成本，更適用于大規模的飲用水處理系統。

2.2 造紙行業水處理

造紙行業對于水的使用是大規模的，同時水的質量也影響到出廠紙張的品質。在造紙的過程中，改變紙張的性能這一步驟是必不可少的，大部分的企業會選擇使用涂布技術改變紙張性能。隨著該技術的使用，大量涂布廢水隨之產生，此種廢水主要含有顏料、乳膠等化學成分，絕不可直接排放。同時其中還有一部分化學物質因其成本較高，如果通過一定手段提取再利用，也可提高企業利潤。因此很多企業選擇添置膜分離水處理設備。將廢水通過設備后，清水部分符合國家排放標準，可以正常排放且不會污染環境；另一側截留下來的化學藥品可通過處理繼續用于產品制造。這種既可以保護環境又可以降低成本的水處理設備對于企業未來發展是不可或缺的。

2.3 海水淡化

很多沿海國家或城市，由于受到海水侵蝕，淡水資源較為匱乏，但是海水資源相對豐富，這就使很多研究人員將研究目標轉向海水淡化后用于生活、飲用、生產等方面。常用的海水淡化方法包括蒸餾法、電滲析法、反滲透法等。反滲透技術相對其他2種淡化方法，擁有能耗較低、效率較高、結構簡單等優點，這些優點使該技術迅速在很多國家和地區發展起來，如澳大利亞、美國等。同時澳大利亞使用風能提供海水淡化設備所需的能源，使整體建造及運作更為綠色、環保。

2.4 分離重金屬

工業的迅速發展離不開金屬材料，在金屬材料制造的過程中，常使用大量的水沖洗金屬表面，去除殘余的重金屬離子。原本企業對于這部分工業廢水的處理方法大同小異，均是使用各種化學藥劑使之與重金屬離子反應，產生沉淀，經此工藝處理后的水基本可以符合國家關于工業污水排放標準，同時將其中可以回用的物質收集再利用。現代膜分離技術完全可以代替化學藥劑的投加，直接將含有大量重金屬離子的污水通過過濾膜，有研究表明，利用過濾膜技術處理過的工業污水可以去除99 %以上的重金屬離子，同時節省化學藥劑的成本費用。

3 膜污染與膜清潔技術

膜污染指的是原水經過膜表面時，水中雜質、膠體、大分子物質與膜發生反應停留在膜表面或者膜孔中，導致膜通量和分離效果降低，影響出水質量。膜污染現象出現的原因有很多，象被分離物質在截留后被吸附在膜體內，或者由于截留側濃度不斷升高，導致膜通量降低等，這些皆可降低膜的使用效率。面對這種情況，對于膜的清潔是必不可少的。常用的清潔技術分為物理、化學、生物三大部分。

3.1 物理清潔方法

物理清潔方法主要包括低壓高流速清洗和反壓清洗這2種。無論使用其中的哪一種或者二者聯用，其主要原理是利用處理后的水對膜表面進行清洗以去除污染物質。但是這類清潔方法并不能完全去除膜內殘留的化學物質，不適用于長期使用后的分離膜清潔工藝，因此需要與化學、生物等清潔方法聯合使用。

3.2 化學清潔方法

就常用的超濾膜來說，其化學清潔方法所需的藥劑主要包括酸、堿、螯合劑等。這些物質可以有效地與殘留在膜表面的化學物質發生反應，使之離開膜表面，恢復膜的分離效果。但是在使用清潔藥劑之前，必須明確需要去除的物質有哪些，據此選擇合適藥劑，避免因藥劑使用不當改變膜結構或性質，造成膜損傷。象需要去除有機物，常使用EDTA作為螯合劑；去除氧化鐵，選擇酸性清洗劑等。

3.3 生物清潔方法

生物清潔方法主要分為兩大類：一類是使用微生物等具有生物活性的物質作用于膜表面，除去其中污染物；另一類是將某些生物制劑固定在膜表面，這種生物制劑可以與某些被分離的物質發生反應，改變其化學、生物性質，使之不能在膜表面滯留，提高膜抗污染的能力。這2種方法的作用原理不同，但是效果均可達到膜的再生標準，有助于降低運行成本。

4 結語

膜分離技術因其眾多優點將成為更多科研人員研究的重點，隨著環保意識的不斷增強，該技術的發展將更加符合不同水質的實際需要，在更多水處理領域中得到廣泛應用。同時，開發抗污染性能強、易清潔的分離膜也將是研究人員需要克服的難點。

參考文獻

[1]孫鵬.膜技術在水處理行業中的應用研究[J].鹽科學與化工，2017，46（2）：1-4.

[2]朱小強.膜分離技術在水處理中應用研究進展[J].污染防治技術，2014，27（5）：42-44，56.

[3]唐黎標.膜分離技術在制漿造紙廢水處理中的應用[J].造紙裝備及材料，2018，47（3）：22-23.

[4]王檑，蒙義舒.膜分離技術的應用現狀及研究進展[J].現代礦業，2016，32（11）：239-204，244.

[5]王靚.膜分離技術在水處理中的具體應用[J].低碳世界，2017（36）：10-11.

[6]劉楊.膜污染與清洗技術[J].北方環境，2013，25（4）：131-134.

[7]桂金.膜清洗方法問題研究[J].黑龍江科技信息，2009（32）：41.

[8]田晶，王丁，榮玥.化工廠用水超濾處理中膜污染及化學清洗方法[J].清洗世界，2012，28（9）：1-4，44.

[9]張國俊，劉忠洲.膜過程中膜清洗技術研究進展[J].水處理技術，2003（4）：187-190.