试论膜分离技术在水处理中的研究及应用

伊 磊

（山东蓝然环境科技有限公司，山东济南 250101）

1 膜分离技术特点

膜分离技术主要是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，是一种较为有效的污水处理方法。在实际应用的过程中，具有以下特点：第一，分离效果好。这种处理方法可以在不产生其他物质的情况下，将水中的分子加以有效处理，可以实现对纳米级物质的分离，如有机物、细菌、病毒等等，都能够被分离出来，具有较强的针对性。第二，操作简单。目前，大部分膜分离设备都配有中控系统，能够实现一键操作，不需要额外操作，降低了技术处理难度，且一般情况下都不需要进行维护，具有较强的可靠性。第三，节约能量。以污水中分子的粒度来看，在膜分离过程中并不会发生相变，能够在最大程度上节约能量，因此这种处理方式通常都是在常温环境下进行，能量损耗相对较小[1]。第四，成本相对较低。在处理污水的过程中，膜分离技术不需要添加任何药剂，只需要依靠过滤膜来完成分类，能够在最大程度上降低分离所需要消耗的成本，避免产生二次污染，具有较高的应用价值。

2 膜分离技术在水处理中的应用

2.1 微滤

微滤又被称之为微孔过滤，在不同过滤机理的作用下，还可以被分为筛分、滤饼过滤、深层过滤三种方式，滤膜为多孔膜，在0.1～0.3MPa的压力作用下，能够实现粒径大小在0.12～1μm内物质的膜分离，属于精密过滤。因此在实际应用过程中有高效、经济、简便等特点，目前这种微滤技术在工业给水处理、饮用水净化等领域得到较好的应用。比如，美国在1987年便建成了世界上第一座膜分离水厂，采用的便是微滤技术，处理能力为1.9万m3/d，可处理浊度250NTU以上的原水，并且出水浊度一直保持在0.05NTU以下。

2.2 纳滤

纳滤即低压反渗透，属于一种介于反渗透、超滤之间的压力驱动膜分离过程中通常情况下，纳滤膜的孔径在几纳米左右，能够截留分子量大于200的各种物质，具有过滤精度高、自动化程度高、选择性好等诸多优势，在水处理开发领域受到了较大的重视，并具有较大的研究突破。纳滤技术的应用，能够有效去除水中构成硬度的离子，可以替代以往使用的石灰软化、离子交换过程，较好地实现水软化，并有效去除有机物，保留大部分对人体有益的元素，也开始逐渐被应用于饮用水处理中。

2.3 超滤

超滤膜孔直径实在0.1μm～5nm，与微滤的工作原理大体相同，但是在过滤精度方面有所提升，操作压力也会有所提升。在实际应用的过程中可以实现从液相物质中将一些大分子物质、胶体分散液等进行分离处理。被分离出来的溶液，通常是会受到外界压力，流速有所增加，使得溶液可以在超滤膜上流动，确保其中的无机离子、低分子量能够直接穿透超滤膜，将微生物、细菌等物质截留，从而达到净化水源的目的[2]。

2.4 反渗透

反渗透技术应用于生活污水的深度处理中，能够将水中含有的有机物质与盐分进行分离去除，保证水质达到用水标准。在实际应用的过程中，反渗透膜具有高选择、高渗透性特点，将选择性膜在操作压力高于溶液渗透的一种膜处理方法。虽然，这种方式本身具有较好的净化水体的效果，但是受到技术层面因素的影响，我国在反渗透技术的应用效果无法与西方发达国家相比，在今后仍然需要进一步完善，使得反渗透设备应用更为高效。在美国加利福尼亚州就设置了一个污水厂，并且拥有一台日处理污水量能够达到37.8m3的反渗透设备，使得生活污水能够达到较好处理，并将其重新应用于供水系统中。

2.5 电渗析

电渗析是一种在外加直流电场驱动下，利用交换膜的选择透过性来实现对不同溶质粒子的有效分离，属于一种相对成熟的水处理技术，在废水污染物分离与酸碱制备中有着较广泛应用。比如，可以在造纸黑液中回收碱和木质素；再比如，可以利用电渗析装置处理硫酸镍废水。随着近几年电渗析技术的日益完善，其应用范围也有所拓展，在苦咸水淡化工程中，电渗析技术也有所应用，具有较好的发展前景。

3 膜分离技术的发展趋势

随着时代的进一步发展，污水中的物质越发复杂。从现阶段膜分离技术的应用情况来看仍然存在一些不完善之处，这些在今后都会有所发展。结合现阶段膜分离技术中存在的缺陷，其今后研究与发展主要集中在三个方面。第一，膜材料的发展。现阶段在膜分离技术中。

大部分都是高分子仿生膜，然而若是想要进一步达到生物膜分离水平，仍然需要进一步研究，其发展趋势与研究方面主要有两个：①高分子膜材料的深度研究与开发，为了满足水处理要求，在研究的过程中可以从分子结构、分离要求、分离对象特性等几个方面进行综合考虑，也可以研发高分子合金膜，使得滤膜具有多种性能，提高水处理的有效性；②开发无机膜材料。当下针对无机膜的研究相对较少，具有可塑性差、强度低、加工昂贵等弊端，然而随着现如今对膜分离技术的要求不断提高，滤膜要求也更为严格，比如食品分离膜就要求能够耐高温蒸汽，且多次清洗以后仍然具有较好性能，高分子膜无法达到这一要求，需要在今后着重对无机膜加以研究、开发。

第二，膜过程发展。在科技快速发展下，膜过程也有了全新的发展，以便于形成新的优势，而原本的缺陷也能够在较大程度上得以规避。首先，膜蒸馏是将膜技术、蒸馏过程相互结合起来的一种新模式，以微孔膜为介质，以蒸汽压差为驱动力，使溶液中各组分选择性透过膜孔，具有效率高、条件温和、成本低等优点。这一方面的研究目前仍然处于起步阶段，而如何提高通量也已经成为膜蒸馏技术在研究过程中的一个主要方向。其次，膜萃取，也可以被称之为固定膜界面萃取，综合了膜分离—液—液萃取相互结合的一个全新过程，这一过程中传质萃取剂并不会与料液进行直接接触，有助于提高传质效率。最后，膜反应是反应过程与膜过程的相互结合，综合了反应、分离功能，与传统的反应技术相比，膜反应技术的分离费用、成本相对较低，且转化效率高，产生的副反应也相对较少，因而在今后会得到广泛应用[3]。

第三，集成膜过程。在针对溶液中多个组别进行分离时，一种分离过程往往无法达到最佳效果，分离效果十分有限，需要将多个膜分离过程融合在一起，以保证溶液最终可以达到预期目标。这也就使得集成膜技术成为近几年膜分离技术研究与发展的一个重要方向。比如微电子工业中应用的超纯水需要综合反渗透、离子交换、超滤三种膜技术，造纸工业黑液回收木质素磺酸钠要用聚凝、超滤及反渗透，从生物发酵制无水乙醇要用膜反应器、膜蒸馏、反渗透及渗透汽化。这也就不难看出，集成膜过程研究与发展已经成为一种必然趋势。

4 结束语

综上所述，就现阶段膜分离技术的发展情况来看，主要是具有分离效果好、操作简单、节约能量等特点，在水处理中的应用集中体现在微滤、纳滤、超滤、反渗透、电渗析这几种方式，处理技术已经相对完善。然而，在新时期下污水中含有的分子结构日益复杂，膜分离技术手段也要有所发展，在膜材料、膜过程、集成膜过程方面都将有全新突破，提高膜分离技术的有效性。