無機分離膜于20世紀70年代末進入工業領域，在80年代，工業用無機微濾膜和無機超濾膜得以發展。無機分離膜具有聚合物分離膜無法比擬的一些優點：化學穩定性好、機械強度大、抗微生物腐蝕能力強、孔徑分布窄、分離效率高。

根據膜孔截留原水中顆粒的大小，過濾膜分為微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、納濾膜（NF）和反滲透膜（RO）。目前，用于水處理的陶瓷膜主要有微濾膜和超濾膜。

1 陶瓷膜過濾原理

膜一般定義為兩相之間的選擇性屏障，也就是說它對溶液中的某一（或某些）成分有選擇透過性的本領。對于陶瓷膜的半滲透性可以有下列解釋，但不能解釋全部滲透現象。

簡單的解釋為篩分作用，即膜孔大小介于水分子與溶質分子之間，因此水能透過，而溶質不能透過。但這不能解釋鹽離子不能透過的原因，因為這些離子和分子的大小基本一樣。

第二種解釋是在半透膜孔的壁上吸附了水分子，因此堵塞了溶質分子的通路。水分子可以自由運動通過膜孔，而溶質分子則需要把水分子頂下來才能通過，這需要較大的能量，因此不能透過半透膜，而達到分離的效果。

2 陶瓷膜在水處理中的應用

目前陶瓷膜在水處理領域的應用主要包括凈水處理和污廢水處理兩個方面。凈水處理主要是飲用水和淡化水的制備，污廢水處理主要包括各種化工行業廢水處理、含油廢水處理及生活污水處理和回用等。

2.1 在凈水處理中的應用

2.1.1 飲用水的制備

傳統的自來水生產工藝為混凝、沉淀、過濾和消毒，可去除水中大部分懸濁物及細菌。但是由于水源水污染加劇，傳統工藝漸顯處理效果不足，而且氯化消毒還可能形成對人類健康危害更大的三鹵甲烷（THMs）。采用陶瓷膜技術處理市政用水，可以很好的解決這一問題，而且具有化學藥劑用量少、占地少、節能和易于管理維護等優點。

通過不同孔徑（0.2～5.0μm）陶瓷膜來研究膜面流速和操作壓力對過濾水的質量和滲透流量的影響，認為0.2μm和0.8μm的膜比較適合于地表水的處理。美國Judith Herschell Green等人以不同河水為水源，超濾的方法制備飲用水，結果顯示超濾膜出水不受原水濃度影響，水質好且穩定。用孔徑小于0.18μm，孔隙率28%的不對稱氧化鋁陶瓷膜制備飲用水，能去除水中全部霉菌、桿菌及大于50nm的微例子，細菌總去除率大于99%，用于飲用水凈化的膜，采用簡單的機械清洗方法可使膜的滲透量完全恢復，不需反沖，不存在膜的深層污染和孔隙堵塞。

通過與活性炭臭氧技術比較，提出陶瓷膜技術在飲用水方面具有廣闊的應用前景，還可把二者相結合使之更好的發揮作用。用孔徑為200nm和50nm的氧化鋁、氧化鋯的TGA改良膜進行測試，用蒸餾法進行水的脫鹽淡化，取得非常理想的結果。

2.1.2 鍋爐補給水的制備

發電廠鍋爐補給水要求水純度高，水量大，且能連續供水。傳 般采用離子交換法制水，但遇到雜質含量較高的水源時，再生酸堿用量大，環境污染嚴重，且水質不穩定，目前 上發達 大都采用反滲透-離子交換工藝制取鍋爐補給水。國內有人用微濾加反滲透系統證明能有效的處理火力發電廠冷卻系統的排水。膜系統前采用絮凝劑處理和添加PTP2000阻垢劑，并調整pH值在7.3～7.6，系統脫鹽率大于98%，回收率達到35%。

2.1.3 醫藥用水的制備

醫藥針劑用水傳統采用多級蒸餾制備，其工藝繁瑣、能耗高、而且質量常常得不到保證，用超濾膜技術制取醫藥用水取得很好的效果，而且陶瓷膜對中藥水提液具有較好的澄清除雜作用。

2.2 工業廢水處理

膜分離技術應用于工業廢水處理具有能耗低，效率高和工藝簡單，易于自動化、操作維護方便等特點，與其他廢水處理方法相比具有明顯的優勢，所以在廢水處理中受到特別的青睞。

2.2.1 紡織工業廢水處理

紡織染色工程均以水為介質，而且往往需要一次或多次水洗，用水量比較大，排放的廢水對環境污染較重。印染過程各工序排出廢水含有的主要污染物為：懸浮物、BOD有機物、COD染料、還原漂白劑、重金屬（如鉛、鉻等）以及色度染料等，同時處理的難度很大。Soma等人利用無機陶瓷膜處理印染廢水，膜孔經平均為0.2μm，壓力0.5～1.0MPa，錯流速率3～5m/s。實驗結果表明，懸浮物、有機物的去除均效果明顯，其中不溶性染料去除率大于98%，通過加入一些表面活性劑可使可溶性染料去除率大于97%。Xuli.Li等人也用陶瓷膜技術處理印染廢水實驗證明，經過處理后的水的CODcr和硫化物達到 廢水排放標準。

盧學實等人采用無機陶瓷膜處理某毛衫制品有限公司所排放的水，效果非常好，出水優于 二級排放標準，其COD去除率達87%以上。

2.2.2 造紙工業廢水處理

造紙黑液堿性大，成分復雜且污染負荷高，而無機陶瓷膜具有熱穩定性好，耐酸堿腐蝕和多種苛刻條件的特點，因此陶瓷膜可以進行造紙黑液類廢水的處理。Dafinov等人研究了用TiO₂、ZrO₂微濾納濾陶瓷膜處理木漿黑液中水的再利用及出流液的濃縮，分別用孔徑為1.5KDa和15KDa的膜進行測試，通過對總固體（TS）、有機物質、COD和礦物質的測量，15KDa孔徑的陶瓷膜表現出更好的效果。國內也有人采用孔徑為0.8、0.2μm微濾膜和50μm超濾膜過濾草漿黑液。結果表明，選用0.8μm或0.2μm孔徑的膜有利于滲透通量的提高并保證截留效果。其操作壓力在0.25～0.35MPa之間，錯流速率不小于5.0m/s，溫度為60℃時，可獲得較高的滲透通量。

2.2.3 含油工業廢水處理

對于含油廢水處理的方法很多，常見的有鹽析法、凝聚法、氣浮法、粗粒化法、膜分離法、吸附法和生物法等。相比于其他方法，膜分離法具有占地小、易操作、處理效果好等優點。

Koltuniwicz等人用有機膜與陶瓷膜對比實驗處理十二烷烴的含油廢水，結果表明陶瓷膜的污染速率較慢，程度較輕。樊栓獅等人用陶瓷膜處理含油廢水，考察了膜壓差、流速等因素對乳化油滲透量和膜截留率的影響規律，結果表明陶瓷膜具有較佳的分離效率。通過試驗0.14μm孔徑的陶瓷膜處理廢油效果發現，溫度在60℃，錯流速率4.0～4.5m/s，跨膜壓力約為0.3MPa時效果較好。

2.2.4 其它工業廢水處理

陶瓷膜處理很多類型的工業廢水都具有良好的效果，如印鈔廢水處理，有毒廢水處理，重金屬廢水處理等。

2.3 城市污水處理及回用

隨著水污染問題的日益嚴重和水資源的枯竭，人們對污水深度處理和循環再利用的要求越來越高。城市生活污水具有水量大、水資源集中、水質穩定的特點，經過凈化后可以成為新的水源，既可以緩解城市水資源短缺的問題，又減輕了城市污水對環境的污染。回用水包括工業鍋爐循環補給水，城市綠地噴灑用水，建筑沖廁用中水。

采用錯流過濾，通過對稀釋的生活污水來模擬的合流制溢出流的水，從0.2μm到5μm的四種α-Al₂O₃膜進行了測試，發現0.2μm和0.8μm的膜處理的水質滿足地表水排放的標準。綜合過濾液的生化水質和長期通量，0.2μm的陶瓷膜比較適于處理合流制排水管網的溢出水。

Kyu-Hong Ahn等人利用Al₂O₃-TiO₂膜處理生活廢水，廢水來源于賓館用水，參數為COD69.7mg/L、TOC6.8mg/L、SS43.3mg/L、NTU190。膜為Al₂O₃-TiO₂管狀膜，單管具有7通道，內徑為4.5mm，總表面積為0.8m2，錯流速率為2.5m/s。經過膜處理，其TOC去除率為58.5%，COD去除率為68.0%，NTU去除率為96.8%，SS去除率接近100%。處理后的水達到當地回用水的質量標準，可作為沖廁用水。

3 陶瓷膜的污染和清洗

3.1 陶瓷膜的污染

陶瓷膜使用中的較大問題是膜污染，膜污染不僅包括由于不可逆吸附、堵塞引起的污染（不可逆污染），而且包括由于可逆的濃差極化導致凝膠層的形成（可逆污染），二者共同造成運行過程中膜通量的衰減。

3.2 陶瓷膜污染的控制

減輕膜污染的方法主要有以下幾類方法：

料液預處理，是指在原料液過濾前向處理液中加入一種或幾種物質，進行預絮凝、預過濾、改變溶液pH值等處理，使原料液的性質或溶質的特性發生變化，以脫除一些與膜相互作用的物質，減輕膜的污染并提高了過濾通量。有人研究用硫酸鋁作預絮凝，投加量為2-4mg/L（以Al計）時，濾餅阻力和濃差極化阻力較小。用活性炭作為膜分離技術處理天然水的預處理，可以有效的去除膜本身難以去除的低分子溶解性有機物，減輕了膜污染，同時減少三鹵甲烷等物質的生成。

優化膜分離操作水力條件，是通過改善膜表面的流體力學條件以減輕濃差極化、減少濾餅沉積量、降低膜污染、提高膜通量。主要有湍流促進，流體脈動，離心失穩，兩相流技術等，H.Yonekawa等人通過改變陶瓷膜管內的構造以改變水流形態，就是屬于湍流促進。

與其它水處理技術相結合減輕膜的污染，把膜技術與處理污水的生物反應器結合起來的工藝就是膜生物反應器（MBRs）。

3.3 陶瓷膜的清洗

無論如何改進工藝，膜污染都無法避免，所以在應用中必須進行膜的清洗，使其恢復過濾能力。

主要的清洗方法包括物理清洗、化學清洗、超聲波清洗、電清洗和熱處理清洗。

物理清洗：用機械的方法從膜表面或孔內去除污物，包括正方向沖洗，變方向清洗，透過液反壓沖洗，振動，空氣噴射，自動海綿球清洗，氣-液脈沖等。

化學清洗：根據污染物不同選擇不同化學試劑進行清洗，如：用酸類清洗劑溶解去除礦物質及DNA，NaOH水溶液有效脫除蛋白質污染，檸檬酸加氨水清洗液可去除碳酸鹽垢及金屬膠體，EDTA加NaOH清洗液去除二氧化硅、有機物及微生物污染。

超聲波清洗：通過超聲波脈沖產生高能量破壞膜表面和吸附物質的連接，振散膜面顆粒，從而去除膜表面沉積層。

電清洗：在膜面施加電場，使帶電粒子或分子沿電場運動，從而達到去除的目的。

熱處理清洗：由于陶瓷膜穩定的熱穩定性，可以采用高溫灼燒的方法使孔徑堵塞物分解而達到清洗的目的，采用這種方法清洗，要注意密封部分的耐高溫性。

4 陶瓷膜在水處理領域的發展前景及研究方向

陶瓷膜過濾作為一種新型分離技術，成為國內外競相研究開發的熱點之一，在水處理領域有著良好的前景。美國Business Communication Co.(BCC)統計結果顯示，預計2005年全 膜市場為70億美元。而無機膜約占整個膜市場的20%左右，在無機膜中，陶瓷膜的應用超過80%以上。在我國，存在人均水資源少，水需求量大，水環境污染嚴重等問題，陶瓷膜技術在此問題的解決上可以發揮重要作用，所以，陶瓷膜技術在水處理領域有著巨大的市場發展空間。

有關無機陶瓷膜在水處理中的應用，結合國際研究現狀，歸納研究方向主要有以下兩個方面：

在理論方面：膜的傳遞機理，膜的污染機理及清洗機理等。

在應用方面：改善制膜工藝，提高透過率及分離選擇性；開發低成本制膜工藝，降低膜法水處理的成本；將膜過濾技術與其它廢水處理技術相結合，減輕膜污染，充分發揮各自優勢和協同作用。