自從1748年法國科學(xué)家abble nallet發(fā)現(xiàn)了膜分離現(xiàn)象，即水能自然擴(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱膜內(nèi)，各國學(xué)者就開始了對膜的研究。膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的分離過程如過濾、精餾、萃取、蒸發(fā)、重結(jié)晶、脫色、吸附等相比，具有操作簡便，設(shè)備緊湊，工作環(huán)境安全，節(jié)約能耗和化學(xué)試劑，無相變，無污染等特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一，將在21世紀(jì)的工業(yè)技術(shù)改造中起決定性的作用。目前，膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其在水處理的領(lǐng)域，現(xiàn)已遍布生活污水、工業(yè)廢水(電廠廢水、重金屬廢水、造紙工業(yè)、印染廢水、石化工業(yè)廢水和醫(yī)藥廢水)、生活飲用水等方面。

膜分離原理及其特點(diǎn)

膜分離技術(shù)是在外力推動(dòng)下，利用一種具有選擇透過性能的特制薄膜作為選擇障礙層使混合物中某些組分易透過，其他組分難透過被截留，來達(dá)到分離、提純、濃縮作用的技術(shù)，其工作原理為：一是根據(jù)混合物中組分質(zhì)量、體積、大小和幾何形態(tài)的不同，用過篩的方法將其分離;二是根據(jù)混合物不同化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分離，物質(zhì)通過分離膜的速度(溶解速度)取決于進(jìn)入膜內(nèi)的速度和進(jìn)入膜表面擴(kuò)散到膜另一表面的速度(擴(kuò)散速度)，其中溶解速度完全取決于被分離物與膜材料之間化學(xué)性質(zhì)。一般，膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)決定其分離機(jī)理及應(yīng)用方式。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，膜可分為固膜和液膜，固膜又可分為對稱膜(柱狀孔膜、多孔膜、均質(zhì)膜)和不對稱膜(多孔膜、具有皮層的多孔膜、復(fù)合膜)，液膜可分為存在于固體多孔支撐層中的液膜和以乳液形式存在的液膜兩種。

目前，常用膜分離技術(shù)可分為反滲透(ro)、超濾(uf)、微濾(mf)、納濾(nf)、電滲析(ed)和膜接觸器(mc)等。在使用過程中，膜都需制成組件形式作為膜分離裝置的分離單元，工業(yè)上常用的膜組件形式有板框式、圓管式、螺旋卷式和中空纖維式。后三種皆為管狀膜，差別主要是直徑不同：直徑大干10mm的為管式膜，直徑在0.5～10mm之間的是毛細(xì)管式膜，直徑小于0.5mm的為中空纖維膜。管狀膜直徑越小，則單位體積里的膜面積越大。廢水處理中常用膜分離法如表所示。

與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，膜分離技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①膜分離是可分離相對分子量為幾千甚至幾百物質(zhì)的高效分離過程。②膜分離過程基本不發(fā)生“相”的變化，耗能低，能量轉(zhuǎn)化率高。③膜分離過程可在常溫下進(jìn)行，適用于熱敏性物料如果汁、酶、藥物等的分離、分級(jí)和濃縮。④膜分離設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件少，結(jié)構(gòu)簡單，操作、控制、維修方便。⑤膜分離效率高，設(shè)備體積小，占地少，適用范圍廣。

膜分離技術(shù)在生活污水處理方面的應(yīng)用

1.超濾在生活污水處理方面的應(yīng)用

超濾以壓力為驅(qū)動(dòng)力，利用超濾膜的高精度截留性能進(jìn)行固液分離或使不同分子量物質(zhì)分級(jí)的膜分離技術(shù)。廣泛應(yīng)用于生活污水處理中的超濾膜過濾精度為0.01 m，對膠體、藻類、病毒、有機(jī)大分子等有很好的去除率。山西大唐國際云岡熱電有限責(zé)任公司的生活污水處理系統(tǒng)，周李鑫、濮文虹等以北京市郊某市政污水處理廠一期(氧化溝處理工藝)工程二沉池出水和二期(sbr處理工藝)工程二沉池出水為原水，分別采用絮凝一砂濾一超濾和直流一混凝一超濾的預(yù)處理工藝，結(jié)果表明，兩種工藝出水的sdi,'b于2，濁度達(dá)no.04-0.1ntu，cod 去除率20%～60%，一定程度上還降低了氨氮、總磷等污染物濃度，sdi、濁度與產(chǎn)水量均達(dá)到了反滲透進(jìn)水水質(zhì)的要求。

蔡虹、金同軌使用孔徑為0.25 μm的中空纖維聚丙烯腈微濾膜和切割分子量為10 000的中空纖維的聚砜超濾膜對經(jīng)二級(jí)生物處理后的機(jī)場污水進(jìn)行處理，結(jié)果濁度去除率達(dá)到99%，有機(jī)物去除率達(dá)到55%～85%，符合生活雜用水指標(biāo)要求，達(dá)到污水回用的目的。

劉靜偉等設(shè)計(jì)了以超濾裝置為主的水處理回用流程，如洗浴水一前處理一超濾處理一后處理一回用，可有效去除洗浴水中含有的大量皮膚分泌物、合成洗滌劑、污垢和香料等物質(zhì)以及水中的細(xì)菌、真菌、大腸桿菌和病毒等物質(zhì)，處理水水質(zhì)滿足回用要求。

2.納濾在生活污水處理方面的應(yīng)用

納濾(nf)是近20年發(fā)展起來的介于反滲透(ro)和超濾(uf)之間的新型膜分離技術(shù)，對二價(jià)或多價(jià)離子及分子量介于200～500之間的有機(jī)物有較高脫除率。由于其特殊的孔徑范圍和制備時(shí)的特殊處理(如復(fù)合化、荷電化)，使得納濾膜具有較特殊的分離性能。生活污水一般用生物降解/化學(xué)氧化法結(jié)合處理，但氧化劑用量太大，殘留物多，若在它們之間加上納濾環(huán)節(jié)，使可被微生物降解的小分子(mw<100)透過，截留住不可生物降解的大分子(mw>100)，然后大分子物質(zhì)在化學(xué)氧化器處理后再進(jìn)行生物降解，這樣就可節(jié)約氧化劑和活性炭的用量，降低最終殘留物的含量，其工藝流程見圖1。

劉研萍、王琳等慢用新型抗污染濾膜對主要成分為某高校家屬院區(qū)化糞池上清液的生活污水進(jìn)行處理，結(jié)果經(jīng)納濾中試設(shè)備過濾的處理水的水質(zhì)完全達(dá)到建設(shè)部頒布的生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)，除不能飲用外，可滿足澆花、洗車、洗衣、洗浴等各種生活雜用，回用率達(dá)75%。

膜分離技術(shù)在工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用

隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展，其在生活污水和工業(yè)廢水方面的應(yīng)用越來越廣泛，如循環(huán)冷卻排污水、重金屬廢水、造紙廢水、印染廢水、制藥廢水等。

1.膜分離技術(shù)在循環(huán)冷卻排污水處理方面的應(yīng)用

火力發(fā)電廠一直是工業(yè)用水大戶，其耗水量約占工業(yè)用水總量的20%左右。火電廠用水中循環(huán)冷卻水的用量最大，因此許多火電廠把節(jié)水工作的重點(diǎn)放在循環(huán)冷卻排污水回用上。于是，采用反滲透技術(shù)處理循環(huán)冷卻水達(dá)到回用目的就顯得十分重要。河北某電廠共有6臺(tái)發(fā)電機(jī)組，總循環(huán)冷卻水量6.3萬m3/h。循環(huán)水濃縮3倍左右，排污水約為900m3/h。該電廠地處北方缺水地區(qū)，淡水資源緊缺，為緩解供水矛盾，電廠投資建設(shè)了200m3/h，l1反滲透除鹽水項(xiàng)目，以循環(huán)冷卻排污水為水源，反滲透出水作為鍋爐預(yù)脫鹽補(bǔ)充水，通過泵打到煤場和輸煤棧橋做噴淋水，結(jié)果實(shí)現(xiàn)回用及綜合利用目的。其工藝流程如圖2示。

編輯：李丹