膜分離技術(shù)及其在水處理中的應(yīng)用分析

劉文勇

摘 要：膜分離技術(shù)是種新型的技術(shù)，目前在很多高新領(lǐng)域中應(yīng)用較多，在物質(zhì)分離方面發(fā)揮著不可替代的作用，尤其是在水處理方面效果顯著。為了加快膜分離技術(shù)在水處理工程中的推廣與應(yīng)用，文章針對(duì)其在廢水處理、飲用水處理以及海水淡化處理中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析，具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：膜分離技術(shù)；原理；水處理

膜分離技術(shù)在現(xiàn)代技術(shù)領(lǐng)域中是一個(gè)高新技術(shù)行業(yè)，雖然早在200年前人們就發(fā)現(xiàn)了膜分離現(xiàn)象的存在，但是第一張工業(yè)用膜直到20世紀(jì)60年代才出現(xiàn)，至此之后膜技術(shù)才進(jìn)入了快速發(fā)展階段。雖然膜技術(shù)的發(fā)展時(shí)間不長，并且因?yàn)槠渥陨砭哂械莫?dú)特優(yōu)越性得到了廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展，使其在多個(gè)領(lǐng)域中有了廣泛的應(yīng)用。

1 膜分離技術(shù)

1.1 膜分離技術(shù)的原理。膜分離技術(shù)在應(yīng)用中使用半透膜對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離，在對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離是在常溫以下時(shí)，將膜兩側(cè)的電位差或電力差作為推動(dòng)備分離為動(dòng)力，對(duì)溶劑和溶質(zhì)進(jìn)行分離、濃縮、鈍化。人工合成和天然高分子高分子薄膜是膜分離技術(shù)中常用的薄膜，將電位差或外界能力作為動(dòng)力，對(duì)多組分流物質(zhì)或雙組分進(jìn)行分離—提純—富集。目前常用的膜分離技術(shù)有納濾、氣體分離、液膜等方式。

1.2 膜分離技術(shù)的主要特點(diǎn)。超濾截留的相對(duì)分子質(zhì)量集中在1000～100000范圍內(nèi)，在操作過程中，選擇特定的相對(duì)分子質(zhì)量膜可以實(shí)現(xiàn)將目標(biāo)產(chǎn)物與雜質(zhì)的分離。在生產(chǎn)化產(chǎn)品中早就實(shí)現(xiàn)了對(duì)超濾技術(shù)的應(yīng)用，并且該技術(shù)相對(duì)來說比較成熟，目前其在生物制品的生產(chǎn)中已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用，其主要應(yīng)用于生物制品在生產(chǎn)過程中的分離與濃縮操作。膜分離技術(shù)在應(yīng)用過程中具有如下特點(diǎn)：（1）膜分離過程的完成需要壓力的作用，可以在常溫下進(jìn)行，適用于果汁、藥物、對(duì)熱物體比較敏感的物質(zhì)等，同時(shí)也適用于對(duì)水和大氣的處理；（2）膜分離并不會(huì)使物質(zhì)發(fā)生相對(duì)變化，不需要破壞物質(zhì)分子（原子）結(jié)構(gòu)，因此該技術(shù)對(duì)能量的需求相對(duì)來說較少；（3）膜分離技術(shù)的驅(qū)動(dòng)力為壓力差，裝置簡單，實(shí)際操作也十分簡單；（4）膜分離技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用范圍，從微粒到微生物，甚至到離子極都有著其應(yīng)用的空間。

2 膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

2.1 廢水處理。生活廢水和工業(yè)廢水大量的排入到水體中將會(huì)對(duì)水質(zhì)造成較為嚴(yán)重的破壞。為了改善環(huán)境，并對(duì)廢水中存在的一些有用物質(zhì)進(jìn)行回收，應(yīng)當(dāng)采取合理的方式對(duì)生活廢水和工業(yè)廢水進(jìn)行處理，確保廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

納濾和超濾技術(shù)經(jīng)常被應(yīng)用在廢水處理中。將納濾技術(shù)應(yīng)用到城市污水處理中，可以有效降低城市廢水的色度、渾濁度、有機(jī)物的含量；城市污水在經(jīng)過超濾處理后，可以將其用于冷卻循環(huán)水源，這大幅度地提高了對(duì)水的利用。此外，對(duì)毛織和毛皮加工過程產(chǎn)生的洗毛水進(jìn)行處理，采用超濾技術(shù)可以對(duì)廢水中的羊毛脂進(jìn)行回收，通過處理后的洗毛水的濃度下降8～22倍，對(duì)于脂的截留率能夠超過80%，COD去除率也超過80%。

納濾技術(shù)經(jīng)常被應(yīng)用到工業(yè)重金屬廢水處理中，應(yīng)用納濾技術(shù)對(duì)重工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理：一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)90%以上的廢水進(jìn)行回收，使其鈍化；另一方面可以使肺水腫的金屬離子含量濃縮約10倍。將納濾膜應(yīng)用在造紙廢水處理中，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中COD（約90%）的處理，而且其膜通量與傳統(tǒng)的聚砜超濾膜相比更高。在石油工業(yè)中對(duì)納濾技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用：一方面可以去除酚（95%）；另一方面也可以去除工業(yè)廢水中的鎳、鈦、汞等高價(jià)金屬，降低石油廢水對(duì)環(huán)境的污染。在食品工業(yè)廢水中應(yīng)用超濾——納濾組和對(duì)制造大豆乳清廢水處理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深度研究發(fā)現(xiàn)，通過納濾對(duì)經(jīng)處理后的乳清洗廢液進(jìn)行濃縮，濃縮后的溶液中的總糖總截留量約為75%。

對(duì)工業(yè)廢水和生活污水進(jìn)行處理，降低其對(duì)環(huán)境的污染是人們不斷追求的目標(biāo)，前人針對(duì)廢水處理過程中采用的膜分離技術(shù)表明，在工業(yè)廢水和生活污水處理過程中應(yīng)用納濾膜技術(shù)取得了不錯(cuò)的效果，對(duì)廢水進(jìn)行科學(xué)合理的處理：一方面降低了廢水對(duì)環(huán)境造成的污染；另一方面通過處理后的水可以被回收利用，不僅節(jié)約了水資源，同時(shí)也降低了能量消耗，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是從實(shí)際情況來看，產(chǎn)生工業(yè)廢水的種類較多，工業(yè)廢水中的污染物各不相同，因此在分離過程中需要分離的成分也各不相同，通過納濾處理的溶液是否會(huì)引起二次污染還有待人們的探究。除此之外，隨著膜在處理過程中應(yīng)用時(shí)間的延長，膜通量也會(huì)下降，對(duì)其進(jìn)行長時(shí)間的應(yīng)用，膜通量將會(huì)下降到一個(gè)經(jīng)濟(jì)性無法允許的程度。因此，生活污水和工業(yè)廢水中對(duì)膜分離技術(shù)的應(yīng)用中，如何延長膜過流時(shí)間，增加膜的通透量，簡捷的膜再生方法都是有待人們進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

2.2 飲用水處理。過去很長一段時(shí)間內(nèi)，人們?cè)趯?duì)飲用水的處理上都通過氯對(duì)飲用水進(jìn)行消毒，近幾年研究結(jié)果表明，高投放氯量將會(huì)引發(fā)一系列的問題。例如，飲用水中的抗氯原病體難以被殺死，并且增加了三鹵甲烷（一種致癌物）的形成幾率，極容易造成化學(xué)污染的發(fā)生。在飲用水處理中對(duì)應(yīng)用膜技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用很好地克服了傳統(tǒng)對(duì)飲用水處理的局限性，為人們提供優(yōu)質(zhì)的水源，不僅能夠降低飲用水的濁度，將飲用水中的錳化合物和鐵去除，而且在處理過程中可以減少對(duì)混凝劑的使用量，UF（超濾）可以完成對(duì)部分有機(jī)物的截留，RO（反滲透）和NF（納濾）可以將飲用水中的有機(jī)物和病毒完全去除，MF（微濾）和UF能夠降低飲用水的渾濁度。

從目前水處理的整體趨勢(shì)來看，UF具有不錯(cuò)的應(yīng)用前景，這主要因?yàn)閁F的孔徑通常都約為0.01μm，在對(duì)飲用水處理過程中不僅可以去除掉對(duì)人體有害的病毒，而且能夠保留住人體需要的微量元素，并且膜在應(yīng)用過程中不易遭受微顆粒的污損。RO和NF更多的應(yīng)用在純凈水處理中，RO可以是應(yīng)用水中的NH4+的濃度下降到0.2mg/L，從而抑制了硝酸鹽的形成，NF可以去除水中約90%的二價(jià)離子（其中主要包括Mg2+、Ca2+），很適合去除在進(jìn)行水消毒過程中所產(chǎn)生的三鹵甲烷中間體、農(nóng)藥、殺蟲劑等殘余物，從而實(shí)現(xiàn)水軟化。膜技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在飲水處理中，UF和MF技術(shù)已經(jīng)處理了大量的飲用水。法國的部分研究人員在對(duì)UF的應(yīng)用中結(jié)合了PAC（粉末活性炭），研制成了CIRSTAL工藝，在許多大型水廠中都得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3 海水淡化處理。地球上具有豐富的水資源，但是其中約97%的水資源都是海水，海水的鹽含量很高，要想對(duì)海水進(jìn)行使用，就必須對(duì)其進(jìn)行淡化處理。海水淡化可以通過RO、MED（多級(jí)蒸發(fā)）、VC（壓力蒸餾）完成。對(duì)這些應(yīng)用方法進(jìn)行對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)RO在應(yīng)用過程中具有以下優(yōu)勢(shì)，如能耗低、費(fèi)用低、建造周期短等，因此其已經(jīng)成為了目前海水淡化的一項(xiàng)主要手段。中東地區(qū)的一些國家在海水淡化過程中已經(jīng)開展了對(duì)RO的應(yīng)用，其中沙特具有多家海水淡化工程。目前，我國遼寧省和浙江省也興建了反滲透化裝置。

3 結(jié)語

膜分離技術(shù)具有設(shè)備簡單、分離效率高、節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)，其在環(huán)境工程領(lǐng)域中的應(yīng)用有著巨大潛能。但是對(duì)膜分離技術(shù)的應(yīng)用要理性，總的來說，目前膜分離技術(shù)在應(yīng)用過程中還存在成本偏高、已遭受破壞等問題，這些問題的存在在一定程度上阻礙了膜技術(shù)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大與發(fā)展。因此，為了擴(kuò)大膜技術(shù)應(yīng)用范圍，促進(jìn)膜技術(shù)的發(fā)展，在日后研究過程中更應(yīng)當(dāng)降低膜的成本、提高其抗污染能力、延長膜的使用壽命，對(duì)膜分離技術(shù)進(jìn)行組合應(yīng)用，提高分離效果，從而擴(kuò)大膜分離技術(shù)的應(yīng)用范圍，促進(jìn)膜分離技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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