全膜法水處理工藝在環(huán)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(yè)化和城市化進程的加快，水污染日益嚴重，給環(huán)境和人類健康帶來嚴重的威脅。傳統(tǒng)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(huán)保、經(jīng)濟的水處理技術就成為當今環(huán)保領域研究的熱點之一。全膜法是近年來發(fā)展起來的一種新型水處理技術，具有高效、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)廢水處理、飲用水、工業(yè)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(xiàn)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(zhì)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(nèi)，實現(xiàn)對污染物的去除。在后處理階段，對經(jīng)過膜分離的水進行后處理，如消毒、pH調(diào)節(jié)、再生等，以達到對水質(zhì)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(qū)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(jù)不同的水質(zhì)和污染物質(zhì)的特性，選擇適合的膜材料和膜組合方式，以實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的水處理。全膜法在工業(yè)廢水處理、飲用水和工業(yè)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(yè)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(qū)動進水通過反滲透膜，而大分子物質(zhì)和離子等則被滯留在膜表面，以實現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)的膜分離技術，常用于處理工業(yè)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(zhì)和溶質(zhì)等則可以通過膜孔徑，以實現(xiàn)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(jù)不同的應用需求和水質(zhì)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(wěn)定性，半透膜層則是實現(xiàn)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(zhì)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(zhì)和溶質(zhì)等則可以通過膜孔徑，以實現(xiàn)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(jù)不同的應用需求和水質(zhì)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(huán)保、節(jié)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(zhì)的膜分離技術，常用于電子、食品、醫(yī)藥等行業(yè)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(zhì)滯留在膜表面或膜內(nèi)部，而小分子物質(zhì)和溶質(zhì)等則可以通過膜孔徑，以實現(xiàn)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(jù)不同的應用需求和水質(zhì)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(huán)保、節(jié)能等特點，廣泛應用于食品加工、制藥、生物醫(yī)學等領域中的純化和分離。

3.全膜法的優(yōu)缺點分析

(1)優(yōu)點

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

環(huán)保性：全膜法相比傳統(tǒng)的水處理方法，不需要添加化學藥劑，不會產(chǎn)生二次污染，對環(huán)境的影響較小。

節(jié)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(xiàn)高效的分離和回收。

可控性：全膜法可以通過調(diào)節(jié)膜的孔徑、表面性質(zhì)和膜組合方式等，實現(xiàn)對不同范圍和性質(zhì)的雜質(zhì)及溶質(zhì)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(zhì)、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(zhì)：不同水質(zhì)中的雜質(zhì)和溶質(zhì)差異較大，需要根據(jù)不同的水質(zhì)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(yè)污水處理中的應用

（1）電解膜法。電解膜法是一種在工業(yè)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(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，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(nèi)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(zhuǎn)化為原子或分子，以達到凈化水質(zhì)的目的。

電解膜法可以去除工業(yè)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(tǒng)化學處理方法相比，電解膜法的優(yōu)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(yè)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(yè)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(xiàn)去除工業(yè)廢水中離子污染物的目的。

在電滲析膜法中，工業(yè)廢水被加入到電滲析膜模塊中，模塊內(nèi)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(yè)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(tǒng)化學處理方法，電滲析膜法的優(yōu)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(yè)廢水處理中，特別是對于含有離子濃度較低、水質(zhì)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(xiàn)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(huán)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(zhì)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(xiàn)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(zhì)量達到排放標準。

MBR工藝主要分為兩種類型：外部循環(huán)式和內(nèi)部循環(huán)式。外部循環(huán)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(huán)流動，從而實現(xiàn)膜分離和生物反應。內(nèi)部循環(huán)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(xiàn)生物反應和膜分離。

MBR工藝的主要優(yōu)勢是在膜分離器內(nèi)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(zhì)量穩(wěn)定可靠，能夠達到更高的排放標準。此外，MBR工藝還具有節(jié)約用水、節(jié)能等優(yōu)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(yōu)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(jù)不同的處理要求和水質(zhì)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(zhì)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(chǎn)出水質(zhì)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(zhì)。RO膜法的處理效果優(yōu)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(zhì)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(zhì)去除，同時保留水分子和部分溶解物，產(chǎn)出水質(zhì)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(jié)能、經(jīng)濟。

NF膜法廣泛應用于生活污水、食品加工、飲料生產(chǎn)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(chǎn)出水質(zhì)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(zhì)，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(zhì)，同時保留水分子和小分子離子，產(chǎn)出水質(zhì)較高。

與傳統(tǒng)的生活污水處理方法相比，UF膜法具有處理效率高、出水質(zhì)量穩(wěn)定、占地面積小等優(yōu)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(zhì)。與傳統(tǒng)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(huán)節(jié)，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(zhì)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(xiāng)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(huán)保、節(jié)能的污水處理技術，應用廣泛，包括工業(yè)廢水處理、飲用水、工業(yè)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(xiàn)對不同種類的污染物質(zhì)的高效、經(jīng)濟、環(huán)保和可持續(xù)的去除。未來隨著技術的不斷發(fā)展和完善，相信全膜法將會在環(huán)保領域發(fā)揮越來越重要的作用。