傳統水處理技術不同程度存在分離效率低、能耗大、對水溫要求嚴格等缺點，膜分離技術的出現與發展很好地解決了這些問題。在膜分離過程中，物質不發生相的變化，分離系數較大，操作溫度在室溫左右，這些優點使其成為解決當代人類面臨的能源、資源、環境等重大問題的重要新技術，現在已有許多膜分離技術獲得大規模應用，如微濾、反滲透、超濾、納濾、電滲析、滲透蒸發、液膜等。因此，膜分離技術被公認為20世紀末至21世紀中期較有發展前景的技術之一。

1 膜分離技術的定義及其特點

1.1 膜分離技術的定義

膜分離技術，顧名思義，是利用一張特殊制造的，有選擇透過性能的薄膜，在外力推動下對混合物進行分離、提純、濃縮的一種新型分離技術。

1.2 膜分離技術的特點

（1）膜分離技術能耗低。因為膜分離過程不發生相變化，其中以反滲透耗能較低，這對于克服 的能源危機有相當的意義。

（2）膜分離過程是在常溫下進行的，因而特別適于對熱敏感的物質，如對廢水中有價值的重金屬、化學藥品、生產原料等的分離、分級、濃縮與富集過程。而用膜法處理飲用水，其出水水質只取決于膜自身的性質，如膜孔徑、膜的選擇性等，與原水水質無關。

（3）膜分離技術適用的范圍廣，反應過程不會改變物質的屬性，不需要添加劑參加反應，不會帶來新的污染物和浪費其它物質，可用于多種類型的廢水處理過程。

（4）膜分離法分離裝置簡單，操作容易且易控制，便于維修且分離效率高。與常規水處理方法相比，具有占地面積小，處理效率高等特點。

（5）膜分離技術設備可實現定型化，自控性強，便于管理和運行，也有利于產業化發展。

2 幾種常見膜分離技術應用現狀

2.1 微濾

微濾在20世紀30年代有硝酸纖維素微濾膜商品化，60年代主要開發新品種。近年來以四氟乙烯和聚偏氟乙烯制成的微濾膜已商品化，具有耐高溫、耐溶劑、化學穩定性好等優點，使用溫度在100～260℃。

工業廢水的處理中，微濾用于電子、半導體工業以及醫藥工業中高純水的制備，油田采出水處理、城市污水的深度處理。微濾、超濾和納濾技術用于地面水和地下水的飲用水處理在國外近10年才逐漸得到較明顯的發展，開始用于小型水廠和水處理凈化站，如法國、荷蘭、美國、澳大利亞、以色列等 。我國廣東東莞太平港自來水公司等8家水廠也采用了全自動微濾設備，產水量為24210m3/d，水廠規模從10～10000m3/d不等。此外，微濾在飲用水的處理，如大同市成功地用有機微濾膜設備處理水庫水中大顆粒物及部分細菌微生物。

2.2 反滲透

反滲透技術在20世紀50年代才開始研究，到60年代末制成具有工業價值的反滲透膜，1971年開始有工業性反滲透裝置在電廠投入運行，現在反滲透法進行水處理工藝遍及美國、日本、法國、意大利等 ，我國于70年代末開始引進反滲透裝置于發電廠的水處理。90年代反滲透膜的開發研制成為熱點，現在反滲透技術已有大范圍的應用。

反滲透技術應用十分廣泛，主要應用于海水淡化、純水和超純水制備、城市給水處理、城市污水處理及應用、工業電鍍廢水及紙漿和造紙工業廢水處理、化工廢水處理、冶金焦化廢水處理、食品工業、醫藥工業等廢水處理。我國有大港電廠、寶鋼自備電廠、滄州電廠等9個發電廠應用反滲透技術來進行預脫鹽處理。目前，海水淡化的主要方法有蒸餾法、電滲析法、冷凍結晶法及反滲透法。其中反滲透法的耗能較低，只有6～7kW·h/m3，為蒸發法的1/4。 上較大的反滲透海水淡化廠設在沙特阿拉伯，其生產規模為56800m3/d。

2.3 超濾

超濾是一種壓力驅動的膜分離過程，是根據分子的大小和形態而分離的篩選機理進行分離的。超濾從70年代進入工業化應用后發展迅速，已成為應用領域較廣的技術。它已廣泛用于食品、醫藥、工業廢水處理、高純水制備及生物技術工業。城市污水處理及其它工業廢水處理領域，都是超濾未來的發展方向。

在處理工業廢水方面的應用：1986年，中國科學院生態環境中心用超濾法處理含油污水，在0.1MPa的壓力，水通量保持在60～120L/m3·h的情況下，可把含原油200～1000mg/L的水處理達到環境排放標準。1994年，在北京印鈔廠安裝了超濾設備用于處理印鈔擦版廢水，處理能力為2t/h，迄今運轉良好。電泳涂漆是對汽車、冰箱、摩托車等的殼體鍍上底漆的工藝，完成后需用水漂洗去掉浮漆，為防止洗出漆的損失及工藝要求，必須將漆水分離以回收漆，超濾是一種十分理想的回收漆的方法，經超濾分離后，漆返回漆槽回收，清水則返回清洗水箱繼續使用，這樣既提高了漆的利用率又減少污水處理費用。60年代超濾被引入汽車涂裝工藝，歐美 幾乎所有的涂漆生產線均裝配了超濾裝置。目前，電泳涂漆市場已成為超濾技術較大的應用領域。

2.4 納濾

納濾是20世紀70年代中后期開發的一種新型膜分離過程。由于在滲透過程中截留率＞95%的較小分子約為1nm，故被命名為納濾膜，納濾膜的操作壓力應≤1.50MPa，截留分子量200～1000。納濾在水的軟化、不同價陰離子的分離和高、低分子量有機物分級以及中、低分子量有機物除鹽等方面得到了廣泛應用。目前，納濾技術已廣泛用于制造生化產品、處理污水、制備飲用水和回收物料等多個領域。

與傳統的處理方式相比較，城市污水經過納濾或反滲透處理回用到城市綠地噴灑，可以降低由于水中的無機鹽特別是重金屬鹽類含量過高造成的土壤鹽堿化，有效地避免水中可能存在的致病微生物對人的身體健康造成的潛在危害。工業用水量比較大的主要是循環冷卻水和鍋爐補給水，城市污水經過污水廠二級處理后回用到工業循環補給系統還須進一步降低水中的有機物、氮和磷、懸浮物、硬度及氯離子含量，否則就會加劇循環系統管道和換熱器的腐蝕，增加循環系統的外排污水量。二級出水回用作工業冷卻水通過納濾或者反滲透處理可以實現。

2.5 電滲析

電滲析的核心是離子交換膜，在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，實現溶液的淡化、濃縮及純化。目前電滲析已經成為膜分離技術的重要組成部分，主要用于淡化苦咸水、制備工業用水和飲用水。

自 臺電滲析裝置問世后，其在苦咸水淡化，飲用水及工業用水方面的巨大優勢大大加速了電滲析的進一步研發。美國內務部鹽水局（OSW）在上個世紀的70年代建立了大型電滲析海水淡化試驗廠，海水含鹽量約35g/L，可用電滲析淡化到300～500mg/L。在中東和非洲缺淡水的地區，利用電滲析方法淡化苦咸水的工廠總產水量已經超過了30×10⁴t/d，出水的含鹽量也只有3～6g/L。

2.6 液膜

液膜技術是20世紀60年代中期由美國埃克森研究工程公司的黎念之博士提出的一種新型膜分離技術，直到80年代中期奧地利的J.Draxler等科學家采用液膜法，從粘膠廢液中回收鋅獲得成功，液膜分離技術才進入了實用階段。液膜法可處理有機廢水、含氨或含氰廢水、含陰離子廢水等。

在石油化工中，液膜可以用于分離那些物理、化學性質相似而不能用常規的蒸餾、萃取方法分離的烴類混合物。液膜在醫學上可以用來捕獲許多有毒物質，然后安全地排出體外。我國液膜技術近年來也發展很快，朱亦仁提出了一種從發酵液中提取檸檬酸的新方法——乳狀液膜分離法，討論了該方法的基本原理及傳遞過程和機理。考察了表面活性劑、載體和內相試劑濃度對提取率的影響，確定了合適的膜配方。

3 膜技術的應用前景展望

膜分離技術在水處理中的主要方向為飲用水的制取、工業用水中物質的回收與水資源再利用、工業廢水的治理等。同時，對膜及相關過程的規模化、膜污染的監測與控制、操作條件的優化也是研究的主要方向。膜技術在環保領域的應用將成為國內外重點發展的前沿課題。因此對膜材料提出了更高的要求，尤其是要制造出適應于環保行業高強度、長壽命、抗污染、高通量的膜材料。

任何水處理技術都有它的適用范圍，往往使用某一種膜技術并不一定能夠解決各種水處理問題，因此在實際應用中通常將不同的膜技術進行組合使用，這樣往往可以發揮各自的特點，取得更大的技術和經濟效果。同時膜技術與常規的水處理技術聯合使用也是不可忽視的，如高純水制備中將膜技術與離子交換及常規過濾技術相結合，則可發揮它們各自的優勢，使處理效果大大提高，而處理成本則大大下降。

膜分離技術發展迅速，同其他工程科學的結合也越來越緊密，諸如同傳感器相結合構成膜傳感器等。膜分離技術得到越來越廣泛地應用，不但用于常規的水處理，還用于殺菌等多個領域。膜分離技術的研究也可謂與日俱進，可以預料在新世紀，隨著法規標準的日益提高和膜技術的不斷成熟、成本不斷降低，水價的日趨上漲等，膜法水處理技術將會出現一個技術上進一步提高，應用上更加普及的高潮。