全膜法水處理工藝在環境保護中的應用

＊馬 慶

（安徽六國化工股份有限公司 安徽 244000）

隨著工業化和城市化進程的加快，水污染日益嚴重，給環境和人類健康帶來嚴重的威脅。傳統的水處理技術存在著效率低、成本高、二次污染等問題。因此，尋求一種高效、環保、經濟的水處理技術就成為當今環保領域研究的熱點之一。全膜法是近年來發展起來的一種新型水處理技術，具有高效、環保、節能等優點，廣泛應用于工業廢水處理、飲用水、工業用水等領域。全膜法涉及到多種膜分離技術，包括無機膜和有機膜、反滲透膜、超濾膜、微濾膜、納濾膜、氣體分離膜、離子交換膜、電滲析膜和電析膜等。

1.全膜法的原理

全膜法是一種通過膜分離技術實現水處理的方法。其工藝原理主要包括預處理、分離處理和后處理三個步驟。在預處理階段，進水需要進行預處理，去除大顆粒雜質和懸浮物，以保護膜組件。在分離處理階段，預處理后的水通過膜分離技術進行分離處理，水通過膜孔徑，而污染物則被滯留在膜表面或被攔截在膜孔徑內，實現對污染物的去除。在后處理階段，對經過膜分離的水進行后處理，如消毒、pH調節、再生等，以達到對水質的要求。

不同類型的膜分離技術具有不同的分離機理和應用場景，但其基本工藝原理相同。例如，反滲透膜的分離機理是通過高壓力驅動水通過膜孔徑，而離子交換膜的分離機理是通過離子交換的原理去除水中的離子等。在實際應用中，可以根據不同的水質和污染物質的特性，選擇適合的膜材料和膜組合方式，以實現高效、經濟、環保和可持續發展的水處理。全膜法在工業廢水處理、飲用水和工業用水處理等領域具有廣泛的應用前景。

2.全膜法的分類

（1）反滲透膜。反滲透膜是一種以半透膜為基礎的膜分離技術，主要用于去除水中的無機鹽和大分子有機物等，常用于海水淡化、工業廢水處理和飲用水處理等領域。其工作原理是利用高壓力驅動進水通過反滲透膜，而大分子物質和離子等則被滯留在膜表面，以實現對污染物的去除。反滲透膜通常由多層膜組成，包括保護層、支撐層和半透膜層等。保護層用于保護膜的性能，支撐層用于增加膜的機械強度，半透膜層則是實現水分離和污染物去除的關鍵。

（2）超濾膜。超濾膜是一種通過孔徑大小限制分離大分子有機物、膠體等污染物質的膜分離技術，常用于處理工業廢水、市政污水、食品加工廢水等。其工作原理是利用膜孔徑大小限制大分子污染物的通過，而小分子物質和溶質等則可以通過膜孔徑，以實現對污染物的去除。超濾膜通常由孔徑大小為0.01～0.1μm的膜組成，可以根據不同的應用需求和水質情況選擇不同孔徑的膜材料和組合方式。超濾膜通常由多層膜組成，包括支撐層和半透膜層等。支撐層用于增加膜的機械強度和穩定性，半透膜層則是實現水分離和污染物去除的關鍵。

（3）微濾膜。微濾膜是一種通過孔徑大小限制分離懸浮物、微生物等污染物質的膜分離技術，主要用于水處理和生物制藥等領域。其工作原理是利用膜孔徑大小限制大分子污染物和懸浮物的通過，而小分子物質和溶質等則可以通過膜孔徑，以實現對污染物的去除。微濾膜通常由孔徑大小為0.1～10μm的膜組成，可以根據不同的應用需求和水質情況選擇不同孔徑的膜材料和組合方式。微濾膜可以有效去除水中的懸浮物、微生物、細胞等，具有高效、環保、節能等特點，廣泛應用于飲用水處理、污水處理、海水淡化、生物制藥等領域。

（4）納濾膜。納濾膜是一種通過孔徑大小限制分離高分子有機物、膠體、溶液等污染物質的膜分離技術，常用于電子、食品、醫藥等行業中的精細過濾和分離。其工作原理是利用孔徑大小在1～100nm之間的膜，將大分子物質滯留在膜表面或膜內部，而小分子物質和溶質等則可以通過膜孔徑，以實現對污染物的去除。納濾膜通常由孔徑大小在1～100nm之間的膜組成，可以根據不同的應用需求和水質情況選擇不同孔徑的膜材料和組合方式。納濾膜具有高效、環保、節能等特點，廣泛應用于食品加工、制藥、生物醫學等領域中的純化和分離。

3.全膜法的優缺點分析

(1)優點

高效性：全膜法可以實現對水中雜質和溶質的高效分離，處理效率較高，可達到90%以上。

環保性：全膜法相比傳統的水處理方法，不需要添加化學藥劑，不會產生二次污染，對環境的影響較小。

節能性：全膜法所需能量較少，通常只需要對水進行一定程度的預處理，即可實現高效的分離和回收。

可控性：全膜法可以通過調節膜的孔徑、表面性質和膜組合方式等，實現對不同范圍和性質的雜質及溶質的分離和回收。

(2)缺點

投資成本高：全膜法所需的設備、膜材料和維護成本等都比較昂貴，投資成本高。

膜的污染和破損：全膜法中的膜容易受到雜質、細菌等的污染和破損，影響其分離效果。

維護成本高：全膜法的膜材料需要定期更換和清洗，維護成本較高。

需要適應不同水質：不同水質中的雜質和溶質差異較大，需要根據不同的水質情況選擇不同類型的膜，增加了操作難度和成本。

4.全膜法在工業污水處理中的應用

（1）電解膜法。電解膜法是一種在工業廢水處理中廣泛應用的膜分離技術。它利用電場作用，通過電解膜將帶電離子分離并轉化為無害物質，達到處理廢水的目的。

在電解膜法中，廢水被加入到電解槽中，電解槽內放置有正負兩極的電極，同時在電解槽中設置有電解膜。當電流通過電解膜和電極時，電解膜會將帶電離子分離并轉化為原子或分子，以達到凈化水質的目的。

電解膜法可以去除工業廢水中的多種離子污染物，例如，重金屬、氨氮、氰化物等。與傳統化學處理方法相比，電解膜法的優點在于其不需要添加化學藥劑，且操作簡單、能源消耗低、無二次污染等。因此，電解膜法在工業廢水處理中得到了廣泛的應用。

（2）電滲析膜法。電滲析膜法是一種在工業廢水處理中常用的膜分離技術。它利用電場作用，將帶電離子在膜表面聚集并被截留，從而實現去除工業廢水中離子污染物的目的。

在電滲析膜法中，工業廢水被加入到電滲析膜模塊中，模塊內設置有正負兩極的電極，并在電極之間設置有電滲析膜。當電流通過電極和膜時，帶電離子會在膜表面聚集，并被截留在膜表面。通過這種方式，電滲析膜法可以去除工業廢水中的離子污染物，例如，重金屬、氨氮、氰化物等。

相較于傳統化學處理方法，電滲析膜法的優點在于其不需要添加化學藥劑，操作簡單、能源消耗低且無二次污染等。因此，電滲析膜法被廣泛應用于工業廢水處理中，特別是對于含有離子濃度較低、水質要求較高的廢水處理效果更佳。

（3）離子交換膜處理。離子交換膜是一種膜分離技術，離子交換膜的處理過程中，廢水中的離子會與膜表面的離子進行交換，實現對廢水中離子的去除。離子交換膜處理工藝通常包括預處理、離子交換膜過濾和后處理等步驟。離子交換膜處理工藝具有效率高、分離效果好、不需要添加化學藥劑、對環境的影響較小等特點。

在離子交換膜處理工藝中，廢水需要進行一定的預處理，如過濾、沉淀等，以去除廢水中的大顆粒雜質和懸浮物。然后，將預處理后的廢水通過離子交換膜進行過濾處理。在過濾過程中，廢水中的離子會與膜表面的離子進行交換，從而實現對廢水中離子的去除。最后，將通過離子交換膜過濾后的廢水進行后處理，以達到廢水排放標準。

5.全膜法在生活污水處理中的應用

（1）膜生物反應器（MBR）。膜生物反應器（MBR）是將生物反應器和膜分離器結合在一起的處理工藝。生物反應器中的微生物可以降解有機物，而膜分離器則可以過濾懸浮物、微生物和有機物等，使得出水質量達到排放標準。

MBR工藝主要分為兩種類型：外部循環式和內部循環式。外部循環式MBR工藝是將生物反應器和膜分離器分離開來，通過外部泵循環流動，從而實現膜分離和生物反應。內部循環式MBR工藝則是將生物反應器和膜分離器結合在一起，通過膜的自然通透性，實現生物反應和膜分離。

MBR工藝的主要優勢是在膜分離器內形成的微生物生物膜可以有效地過濾懸浮物、微生物和有機物等污染物，使出水質量穩定可靠，能夠達到更高的排放標準。此外，MBR工藝還具有節約用水、節能等優點，被廣泛應用于生活污水、制藥、化工、食品加工等領域的廢水處理中。

雖然MBR工藝具有許多優點，但其也存在一些缺點，如膜的易堵塞、膜的成本較高等。因此，在實際應用中，需要根據不同的處理要求和水質要求選擇合適的膜分離技術和工藝。

（2）反滲透（RO）膜法。反滲透（RO）膜法是一種高壓逆滲透膜分離技術，其原理是在高壓作用下，讓廢水逆向滲透膜，使得水分子通過膜，而有害物質被截留在膜外，從而達到去除污染物的目的。RO膜法能有效地去除生活污水中的溶解物、大分子有機物和無機物等，產出水質非常高的清潔水。

RO膜法的膜孔徑大小一般在0.1～1nm之間，因此可以有效地去除廢水中的溶解物、大分子有機物和無機物等有害物質。RO膜法的處理效果優良，可以將出水的COD（化學需氧量）、BOD（生化需氧量）等指標降低到極低水平。RO膜法的處理效率與膜壓力和進水水質有關，通常需要配合其它前處理工藝，如沉淀、過濾等，來保護膜的使用壽命。

（3）納濾（NF）膜法。納濾（NF）膜法是介于RO和超濾膜之間的膜分離技術，其原理是在低壓下，通過分子的大小、電荷等特性，將有機物、微生物和部分離子等有害物質去除，同時保留水分子和部分溶解物，產出水質較高。

NF膜法的膜孔徑大小一般在0.1～10nm之間，因此可以過濾掉大部分的微生物、有機物和部分離子。同時，NF膜法又具有較高的水通量和較低的膜污染風險，因此相比RO膜法，NF膜法更加節能、經濟。

NF膜法廣泛應用于生活污水、食品加工、飲料生產等領域的廢水處理中。在生活污水處理方面，NF膜法可以有效地去除污水中的有機物、微生物和部分離子，同時保留水分子和部分溶解物，產出水質較高，達到排放標準。

（4）超濾（UF）膜法。超濾（UF）膜法是一種通過選擇性透過性過濾污水中的懸浮物、微生物和大分子有機物等有害物質，同時保留水分子和小分子離子的膜分離技術。在生活污水處理方面，UF膜法可以過濾懸浮物、微生物和大分子有機物等有害物質，同時保留水分子和小分子離子，產出水質較高。

與傳統的生活污水處理方法相比，UF膜法具有處理效率高、出水質量穩定、占地面積小等優點。它可以將污水中的懸浮物、細菌、病毒等微生物去除，同時也可以去除分子量大的有機物和膠體物質。與傳統的過濾技術相比，UF膜法可以獲得更高的水通量和更好的凈水效果。

在生活污水處理中，UF膜法通常被用作生物處理后的后處理環節，也可以與其它膜分離技術組合使用，以獲得更好的處理效果。由于UF膜法具有較高的處理效率和出水質量，可以使得生活污水處理后的出水達到國家相關標準要求，因此在城市污水處理廠和鄉村污水處理站中得到了廣泛應用。

6.結語

全膜法是一種高效、環保、節能的污水處理技術，應用廣泛，包括工業廢水處理、飲用水、工業用水等領域。全膜法涉及到多種膜分離技術，每種膜分離技術都有其獨特的工作原理和應用領域，通過選擇不同的膜材料和組合方式，可以實現對不同種類的污染物質的高效、經濟、環保和可持續的去除。未來隨著技術的不斷發展和完善，相信全膜法將會在環保領域發揮越來越重要的作用。