當(dāng)前，社會經(jīng)濟高速發(fā)展，人們環(huán)保意識逐漸增強。膜分離技術(shù)由于占地面積效、節(jié)能環(huán)保、易于自動控制等優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，被越來越多的人了解和接受，被認(rèn)為是21世紀(jì)較有前途的水處理技術(shù)之一。作為新興的高效分離技術(shù)之一，膜分離技術(shù)現(xiàn)已被廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等領(lǐng)域，該技術(shù)的發(fā)展被稱為“第三次工業(yè)革命”。

膜分離法是在某種推動力作用下，利用天然或人工合成的高分子膜對雙組分或多組分物質(zhì)進行分離、分級、提純和富集的方法。其機理為：利用特定膜的透過性能分離水中的離子、分子和雜質(zhì)。在分離過程中，分離效果受到諸如膜結(jié)構(gòu)、電性或多方面因素的影響。一般認(rèn)為，膜對溶質(zhì)的分離主要經(jīng)三個過程：

（1）膜表面的篩分：比膜孔大的顆粒被阻擋在膜表面外。

（2）一次吸附：微粒被吸附到膜內(nèi)部。

（3）脫除：微粒從膜內(nèi)脫除，達到分離目的。

1 膜技術(shù)的分類

根據(jù)膜分離技術(shù)的構(gòu)造和功能不同，一般可分為以下幾類。

1.1 超濾膜

超濾（UF）是以壓力差為動力的過濾技術(shù)，可對不同相對分子質(zhì)量的物質(zhì)進行 分離，其技術(shù)原理與普通過濾方法一致，主要是篩分作用。該技術(shù)可同時對膠體或大分子物質(zhì)進行分離，且具有能耗低、效率高、設(shè)備維護費用低、工作壓力低、操作簡便等優(yōu)點。超濾既可以循環(huán)處理合格的工業(yè)過程水，也可與其他工藝聯(lián)合，制備合格的純水，亦可用于中水回用。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于飲用水處理、工業(yè)廢水處理、石油化工、電廠等領(lǐng)域。

1.2 滲透蒸發(fā)膜

滲透蒸發(fā)膜又稱滲透汽化，是一種新型的膜分離技術(shù)。該技術(shù)利用膜透過和汽化相結(jié)合的分離過程，結(jié)合常規(guī)分離技術(shù)（如蒸餾、精餾等），達到分離和濃縮部分有機液體混合物的目的，尤其是近沸點混合物和共沸混合物。盡管滲透蒸發(fā)膜具有投資小、維護費用低、無污染等優(yōu)點，且經(jīng)過大力研發(fā)改進，但是其效率不高，所產(chǎn)生的經(jīng)濟價值有限。

1.3 反滲透膜

反滲透（RO）又叫逆滲透，是利用半透膜的選擇性，以壓力差作為推動力，在膜的一側(cè)施加壓力，促使混合物通過濾過膜，使原液里的溶劑通過半透膜，到達另一側(cè)，從而實現(xiàn)混合物的分離。該技術(shù)具有效率較高、維護成本低、操作簡便等優(yōu)勢。

目前越來越多的海水淡化系統(tǒng)采用反滲透膜技術(shù)。21世紀(jì)，能量回收裝置的應(yīng)用極大降低了反滲透膜在海水淡化應(yīng)用中的成本。隨著反滲透膜技術(shù)的研究發(fā)展及成本的下降，該技術(shù)成為苦咸水淡化中較具競爭力的工藝方法，因此成為了脫鹽的主流工藝。此外，反滲透膜技術(shù)在中水回收方面也有著廣泛應(yīng)用。

1.4 微濾膜

能夠進行微孔過濾的膜稱為微濾膜。微濾膜屬于靜態(tài)過濾，其動力來源是靜壓差。微濾是利用壓力推動流體透過膜或其他過濾介質(zhì)從流體中分離出微米粒子的過程。微濾膜的分離機理分為：篩分截留、吸附截留、架橋截留和網(wǎng)絡(luò)截留。該膜孔徑均勻，孔隙率在80%左右，阻力小，低壓下即可運行；其優(yōu)點是效率高、速度快、介質(zhì)不易脫落、吸附物質(zhì)極少等。微濾目前已被廣泛應(yīng)用于飲用水、污水、反滲透和納濾的預(yù)處理等領(lǐng)域；在食品、藥品行業(yè)中，主要用于去除食品、飲料及酒類中的微生物及細微的雜質(zhì)；在其他工業(yè)中用于去除廢水中的懸浮物、細菌等顆粒物。

1.5 納濾膜

納濾膜是一種20世紀(jì)80年代中后期發(fā)展起來的介于UF和RO之間的膜分離技術(shù)，也是當(dāng)前膜分離領(lǐng)域研究的熱點之一。納濾膜的孔徑在1nm以上，一般在1～2nm，而且膜表面帶負(fù)電荷；納濾膜通過靜電相互作用，阻礙多價離子的滲透，從而實現(xiàn)離子分離，因此，納濾膜具有篩分效應(yīng)和電荷效應(yīng)兩大特性。納濾膜屬于壓力驅(qū)動膜，在同等壓力下，納濾膜通量比反滲透大得多，可在較低壓力下有效地去除水中的有害物質(zhì)。

納濾可有效去除水中構(gòu)成硬度的離子，因此可以進行水的軟化。納濾膜在水處理行業(yè)主要用于飲用水處理、工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域，該技術(shù)在美國印第安河縣已經(jīng)有所應(yīng)用。

2 膜分離技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用

2.1 飲用水處理

膜分離技術(shù)處理飲用水主要是去除水中的有害物質(zhì)（如細菌、病菌等），并過濾懸浮物。膜分離技術(shù)因其簡單、穩(wěn)定、高效等優(yōu)點，近幾年被廣泛應(yīng)用于飲用水制取方面，且處理規(guī)模不斷增加。將超濾、納濾、微濾等膜分離技術(shù)用于飲用水處理工作中，是水處理環(huán)境工程的重要突破，不僅過濾作用強大，還能除去水中納米級顆粒，效果良好，提升了飲用水水質(zhì)。與常規(guī)技術(shù)相比，膜分離技術(shù)具有很大的優(yōu)越性。

近年來，國內(nèi)外尤其是美國和歐洲的城市給水廠處理工藝優(yōu)先選擇超濾和微濾膜技術(shù)。目前，國內(nèi)已有數(shù)座應(yīng)用超濾工藝的水廠凈化規(guī)模在2.0×10⁵m3/d以上，超濾水廠每天的總處理量超過8.0×10⁶m3。許多廠家利用微濾和反滲透膜處理飲用水，能有效去除小顆粒有機物和懸浮固體。

2.2 煤化工高氨氮廢水處理

與傳統(tǒng)的水處理方法相比，反滲透技術(shù)有以下特點：

（1）在常溫條件下，采用無相變的物理變化對溶質(zhì)和水進行分離。

（2）除鹽率和水的回用率高，可截留粒徑幾個納米以上的溶質(zhì)離子。

（3）雜質(zhì)去除范圍廣，可去除溶解性無機鹽類和其他各類雜質(zhì)。

（4）自動化程度高，操作簡單，運行費用低，設(shè)備緊湊，占地面積少。

（5）不用大量的化學(xué)藥劑和酸、堿再生處理，化學(xué)廢液及廢酸、堿的排放量大大減少，環(huán)境效益及社會效益好。

溶解在廢水中的無機鹽類可以利用反滲透技術(shù)來去除，過程中先對高氨氮廢水進行預(yù)處理，然后再利用反滲透技術(shù)處理以達到去除其特征污染物NH₄⁺-N的目的。

水的預(yù)處理、反滲透裝置處理和后處理是反滲透系統(tǒng)的三大部分，根據(jù)反滲透系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范和反滲透技術(shù)處理其他工業(yè)廢水的實例，用反滲透技術(shù)處理煤化工高氨氮廢水可采用如下工藝流程：

原水→絮凝劑→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→保安過濾器→阻垢劑→高壓泵→RO裝置→混床→回用

在煤化工高氨氮廢水中加入絮凝劑，然后使其進入多介質(zhì)過濾器，再流經(jīng)活性炭過濾器。活性炭過濾器主要是用于吸附廢水中的焦油以及濾除此時廢水中未除去的有機物、懸浮物和膠體等，以達到出水SDI≤3。活性炭過濾器可避免焦油所引起的RO膜的化學(xué)降解和水中污染物對RO膜的污染，保證膜的正常性能。

保安過濾器的存在可以有效地保證RO膜進水的濁度、懸浮物含量和SDI值達到膜進水的相關(guān)要求，保證RO膜的使用效果和增強RO膜的使用壽命。在廢水中可加入阻垢劑以解決廢水中難溶鹽所可能引起的結(jié)垢現(xiàn)象，使系統(tǒng)更好的運行。

RO裝置的正常運行需要一定的推動力來克服滲透壓等阻力，高壓泵可以提供合適并且充足的進水壓力，達到所需要的產(chǎn)水量。該系統(tǒng)的主要設(shè)備主體是反滲透裝置，利用反滲透膜的選擇透過性來去除NH₄⁺-N和廢水中的其他有機物、懸浮物等。

煤化工高氨氮廢水經(jīng)過反滲透系統(tǒng)的處理可以有效去除其中所含的各種污染物，并且出水的稀相可以用作鍋爐循環(huán)水系統(tǒng)的補充水回用，提高了水資源利用率。

2.3 海水淡化方面

水危機問題是目前全 各個 和地區(qū)都不能忽視的問題，而膜技術(shù)就是解決此問題的有力工具之一。地球上97%的水資源是海水，海水的淡化處理可以有效地解決目前所面對的水資源危機。膜分離技術(shù)在海水淡化方面主要有節(jié)能和高脫鹽兩個主題。目前，隨著 經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，膜技術(shù)不斷革新使得反滲透技術(shù)處理海水所需能量不斷減少，并且研發(fā)出各種膜原件以適應(yīng)不同需求。利用膜分離和常規(guī)蒸餾技術(shù)形成的新型膜分離技術(shù)可以在保證較高膜通量的情況下達到海水淡化的高回收率。另外，基于離子交換膜能選擇性地透過陽離子或者陰離子性質(zhì)的電滲析分離技術(shù)在濃海水制鹽方面得到廣泛應(yīng)用，制得的液體鹽中含有更少的鈣鎂離子。

3 膜分離技術(shù)的應(yīng)用前景

膜分離是新興的、高效的水處理技術(shù)，可以簡便高效地達到溶液分離濃縮、純水制備、廢水處理與回用等目的。當(dāng)前，研究新型膜材料，研發(fā)低成本的制膜新工藝和性能完備的集成膜分離技術(shù)以及膜分離與傳統(tǒng)分離技術(shù)相結(jié)合的新型分離工藝，將成為未來膜分離技術(shù)的主要研究方向。

4 結(jié)語

隨著技術(shù)不斷發(fā)展，更多新型膜材料的不斷推出，21世紀(jì)的膜分離技術(shù)正在蓬勃發(fā)展。效率更高、更廉價且無污染的膜被研制出來，必然會使膜分離技術(shù)在水處理領(lǐng)域得到更加廣泛地應(yīng)用，使眾多企業(yè)獲得更顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。