試論膜分離技術在水處理中的研究及應用

伊 磊

（山東藍然環境科技有限公司，山東濟南 250101）

1 膜分離技術特點

膜分離技術主要是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時，實現選擇性分離的技術，是一種較為有效的污水處理方法。在實際應用的過程中，具有以下特點：第一，分離效果好。這種處理方法可以在不產生其他物質的情況下，將水中的分子加以有效處理，可以實現對納米級物質的分離，如有機物、細菌、病毒等等，都能夠被分離出來，具有較強的針對性。第二，操作簡單。目前，大部分膜分離設備都配有中控系統，能夠實現一鍵操作，不需要額外操作，降低了技術處理難度，且一般情況下都不需要進行維護，具有較強的可靠性。第三，節約能量。以污水中分子的粒度來看，在膜分離過程中并不會發生相變，能夠在最大程度上節約能量，因此這種處理方式通常都是在常溫環境下進行，能量損耗相對較小[1]。第四，成本相對較低。在處理污水的過程中，膜分離技術不需要添加任何藥劑，只需要依靠過濾膜來完成分類，能夠在最大程度上降低分離所需要消耗的成本，避免產生二次污染，具有較高的應用價值。

2 膜分離技術在水處理中的應用

2.1 微濾

微濾又被稱之為微孔過濾，在不同過濾機理的作用下，還可以被分為篩分、濾餅過濾、深層過濾三種方式，濾膜為多孔膜，在0.1～0.3MPa的壓力作用下，能夠實現粒徑大小在0.12～1μm內物質的膜分離，屬于精密過濾。因此在實際應用過程中有高效、經濟、簡便等特點，目前這種微濾技術在工業給水處理、飲用水凈化等領域得到較好的應用。比如，美國在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，處理能力為1.9萬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、超濾之間的壓力驅動膜分離過程中通常情況下，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，具有過濾精度高、自動化程度高、選擇性好等諸多優勢，在水處理開發領域受到了較大的重視，并具有較大的研究突破。納濾技術的應用，能夠有效去除水中構成硬度的離子，可以替代以往使用的石灰軟化、離子交換過程，較好地實現水軟化，并有效去除有機物，保留大部分對人體有益的元素，也開始逐漸被應用于飲用水處理中。

2.3 超濾

超濾膜孔直徑實在0.1μm～5nm，與微濾的工作原理大體相同，但是在過濾精度方面有所提升，操作壓力也會有所提升。在實際應用的過程中可以實現從液相物質中將一些大分子物質、膠體分散液等進行分離處理。被分離出來的溶液，通常是會受到外界壓力，流速有所增加，使得溶液可以在超濾膜上流動，確保其中的無機離子、低分子量能夠直接穿透超濾膜，將微生物、細菌等物質截留，從而達到凈化水源的目的[2]。

2.4 反滲透

反滲透技術應用于生活污水的深度處理中，能夠將水中含有的有機物質與鹽分進行分離去除，保證水質達到用水標準。在實際應用的過程中，反滲透膜具有高選擇、高滲透性特點，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，但是受到技術層面因素的影響，我國在反滲透技術的應用效果無法與西方發達國家相比，在今后仍然需要進一步完善，使得反滲透設備應用更為高效。在美國加利福尼亞州就設置了一個污水廠，并且擁有一臺日處理污水量能夠達到37.8m3的反滲透設備，使得生活污水能夠達到較好處理，并將其重新應用于供水系統中。

2.5 電滲析

電滲析是一種在外加直流電場驅動下，利用交換膜的選擇透過性來實現對不同溶質粒子的有效分離，屬于一種相對成熟的水處理技術，在廢水污染物分離與酸堿制備中有著較廣泛應用。比如，可以在造紙黑液中回收堿和木質素；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的日益完善，其應用范圍也有所拓展，在苦咸水淡化工程中，電滲析技術也有所應用，具有較好的發展前景。

3 膜分離技術的發展趨勢

隨著時代的進一步發展，污水中的物質越發復雜。從現階段膜分離技術的應用情況來看仍然存在一些不完善之處，這些在今后都會有所發展。結合現階段膜分離技術中存在的缺陷，其今后研究與發展主要集中在三個方面。第一，膜材料的發展。現階段在膜分離技術中。

大部分都是高分子仿生膜，然而若是想要進一步達到生物膜分離水平，仍然需要進一步研究，其發展趨勢與研究方面主要有兩個：①高分子膜材料的深度研究與開發，為了滿足水處理要求，在研究的過程中可以從分子結構、分離要求、分離對象特性等幾個方面進行綜合考慮，也可以研發高分子合金膜，使得濾膜具有多種性能，提高水處理的有效性；②開發無機膜材料。當下針對無機膜的研究相對較少，具有可塑性差、強度低、加工昂貴等弊端，然而隨著現如今對膜分離技術的要求不斷提高，濾膜要求也更為嚴格，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，高分子膜無法達到這一要求，需要在今后著重對無機膜加以研究、開發。

第二，膜過程發展。在科技快速發展下，膜過程也有了全新的發展，以便于形成新的優勢，而原本的缺陷也能夠在較大程度上得以規避。首先，膜蒸餾是將膜技術、蒸餾過程相互結合起來的一種新模式，以微孔膜為介質，以蒸汽壓差為驅動力，使溶液中各組分選擇性透過膜孔，具有效率高、條件溫和、成本低等優點。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成為膜蒸餾技術在研究過程中的一個主要方向。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—液萃取相互結合的一個全新過程，這一過程中傳質萃取劑并不會與料液進行直接接觸，有助于提高傳質效率。最后，膜反應是反應過程與膜過程的相互結合，綜合了反應、分離功能，與傳統的反應技術相比，膜反應技術的分離費用、成本相對較低，且轉化效率高，產生的副反應也相對較少，因而在今后會得到廣泛應用[3]。

第三，集成膜過程。在針對溶液中多個組別進行分離時，一種分離過程往往無法達到最佳效果，分離效果十分有限，需要將多個膜分離過程融合在一起，以保證溶液最終可以達到預期目標。這也就使得集成膜技術成為近幾年膜分離技術研究與發展的一個重要方向。比如微電子工業中應用的超純水需要綜合反滲透、離子交換、超濾三種膜技術，造紙工業黑液回收木質素磺酸鈉要用聚凝、超濾及反滲透，從生物發酵制無水乙醇要用膜反應器、膜蒸餾、反滲透及滲透汽化。這也就不難看出，集成膜過程研究與發展已經成為一種必然趨勢。

4 結束語

綜上所述，就現階段膜分離技術的發展情況來看，主要是具有分離效果好、操作簡單、節約能量等特點，在水處理中的應用集中體現在微濾、納濾、超濾、反滲透、電滲析這幾種方式，處理技術已經相對完善。然而，在新時期下污水中含有的分子結構日益復雜，膜分離技術手段也要有所發展，在膜材料、膜過程、集成膜過程方面都將有全新突破，提高膜分離技術的有效性。