膜技术在水处理中的应用及发展

王金满 张启纲

（河南达新源新材料有限公司；河南银金达新材料股份有限公司）

前言

在水处理技术研究发展过程中，膜技术被称为是21 世纪的水处理技术。虽然发展时间较短，但其发展十分迅速，目前已在水处理领域得到了广泛的推广和应用，在水处理领域所具有的应用前景也非常可观。作为膜产业下游的一个重要应用领域，水处理成为膜材料发展的重要方向。微滤膜主要应用于污水、废水处理等领域；超滤膜技术在污水、废水处理及回用和给水净水领域应用广泛；纳滤膜技术主要应用于纯净水、软化水、无离子水、海水淡化等方面；而反渗透膜技术可应用在海水淡化等领域。概括来说，膜技术的水处理应用主要包括在以下方面：污水处理及回用、给水净化、海水淡化。

1. 膜技术介绍

膜是由无机或有机高分子材料制作而成的一种具有分离性和选择透过性特点薄膜。而膜技术是指利用不同物质对膜的不同选择性，借助外界能量或化学位差来达到将多种物分离、提纯和浓缩的一种技术。

膜技术自推广应用起就迅速在水处理中得到了广泛的应用，目前水处理中常用的几种膜处理技术主要有微滤膜技术（MF）、超滤膜技术（UF）、正渗透/反渗透膜技术（FO/RO）、液膜技术（LM）、纳滤膜技术（NF）等。不同的膜技术适用于不同的水处理场合，且普遍具有设备简单，占用空间小，操作便捷，容易控制，节能环保等多种优点。

2. 膜技术在水处理中的应用

2.1 微滤膜技术介绍及应用

较之其他膜技术，微滤膜技术是最早被提出并应用，且应用最广的一种膜技术，它主要应用于饮用水生产的预处理和初级处理环节，可以有效清除原水中的固体颗粒、悬浮物、细菌等其他物质。在应用微滤膜技术对饮用水进行处理时，为达到良好的处理效果，往往需要将微滤膜技术结合其他膜技术和其他水处理方法来共同对水进行处理，如超滤膜、纳滤膜、吸附剂、混凝剂等。在微滤膜技术基础上，有研究人员尝试采用不同混凝剂对饮用水中的腐殖酸进行去除及不同混凝剂对膜污染情况进行了研究，得出了饮用水最优出水水质下的混凝条件与膜污染程度最小条件下的混凝剂类型与用量。还有研究人员以河水为试验对象，采用不同粒径活性炭对河水样品进行处理，试验发现大粒径的活性炭比小粒径的活性炭所造成的污染要更严重。

2.2 超滤膜技术介绍及应用

超滤膜技术的清洁效率较高，其整体效果和质量完全优于传统的工艺方法。能够在一定程度上减少化学药品的使用剂量，避免对环境和水源造成二次污染。超滤膜技术具有稳定的酸碱性以及良好的化学性，可以广泛应用于各个行业当中。其具有耐高温（最高可达150℃）的特点，超强的耐高温性能能够在一定程度上起到杀菌以及消毒的作用。在PH 值的规定范围内具有显著的效果，但在较强的酸碱溶剂中效果不佳。超滤膜处理技术的精准度越高，越能够清除胶体物质中99.99%的细菌以及有害物质等。传统的工业技术和方法在处理废水过程中，不能够满足一般的处理工程，因此超滤膜工业技术能够有效处理工业废水，其在当今社会的各个领域中的应用范围广泛，主要有：饮用水的处理方面、造纸的废水处理、含油废水的处理以及城市生活废水净化等其他方面。

超滤膜工业技术在人类饮用水问题的处理和净化上，包括藻类生物、蠕虫的杀菌、甚至是微生物病菌以及有机污染物等其他方面的处理效果能够满足规定的处理标准。采用超滤膜工业技术处理造纸行业的废水，主要包括对于剩余产品的回收及再利用材料等，利用预浓缩浆清除废水中的有害物质。含油的废水在处理过程中可以具体分为两种状态：油和乳化油。通常采用分离及沉淀方法，但表面活性有机物质的作用方法与含乳化油的方式相同，水中存在的微米级物质的油和离子很难在分离过程中使用，因此可以通过滤膜的水和有机物体能够有效去除水和油的分离。城市的水污染的问题已经越来越受我国的重视，伴随超滤膜工业技术在城市日常生活中的污水处理过程中，膜技术对污水处理的效果日益明显。

2.3 反渗透膜技术介绍及应用

反渗透膜法是一种被广泛应用于海水淡化、苦咸水淡化、超纯水制造、食品医疗等领域的膜分离技术，它的重要性正在日益提升。最早开发并且得到规模应用于水处理的反渗透膜是非对称醋酸纤维膜，但是随着应用市场的不断扩展，对膜产品的性能要求不断提高，需要同时具有高脱盐率和高产水量，还要有良好的耐用性。另外，为了节省能源，操作的运行压力就要求低压、超低压化。因此国内外都频繁地进行了膜技术开发，各种膜产品的应用性能和制膜法、复合膜化等技术都在迅速提高。

反渗透膜技术发展至今现已成为脱盐水处理中的一种主要技术，除了脱盐水，在纯水、超纯水制备、苦咸水处理和海水淡化等水处理中也达到了较为理想的处理效果，且非常经济实惠。反渗透膜技术在脱盐水处理中明显的优势，国家诸多地区大型脱盐水处理站中广泛使用，如辽宁长海、山东威海、浙江舟山等。

2.4 正渗透技术介绍及应用

正渗透技术对水的处理只需利用原料液与汲取液之间的渗透压差即可实现膜的自动分离，不需要依靠额外的驱动力。自主膜分离渗透压差的实现须满足以下必要条件：汲取液提供一定驱动力、选择性渗透膜及膜组件允许水分子通过但不允许其他溶质通过、汲取液稀释后再浓缩。垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，主要污染物有重金属离子、有机物、氮类化合物等，一般的处理方法效率不高，而采用正渗透技术，以氯化钠作为汲取液、CTA 为渗透膜，可实现较高的处理效率和出水率，将多种污染物截留出来，且对膜通量影响较小。正渗透技术在垃圾渗滤液处理中的应用所具有的较好效果已在实践中得到了验证，目前该技术还在不断的发展与改进之中。

2.5 液膜技术介绍及应用

液膜技术最早起源于美国，上世纪70 年代传入中国，在长期的研究应用过程中，液膜技术逐渐在有机废水、印染废水等工业废水处理中得到广泛应用，并发挥着越来越重要的作用。有研究人员对液膜技术在含硝基酚废水处理中的应用情况进行了试验，硝基酚总去除率高达99.9%以上，能较好的保证处理后的废水达到国家排放标准。还有学者利用液膜技术通过提取杜仲叶中绿原酸进行正交试验，研发出了液膜制备工艺及最佳工艺条件。

2.6 纳滤膜技术介绍及应用

纳滤膜技术也称膜分离技术，在膜分离技术的应用过程中，以膜生物反应器为主要设备、融合复合膜技术和生物净化技术，可以对分离的水资源进行一次性处理。过生物处理方式，有效地降低水中的有害污染性物质或其他杂质，将污水、废水中的有害物质降至最低。在经过膜生物反应器的膜分离技术的处理之下，可以将污水进行排泄或再利用，减少对环境的危害。这种应用膜生物反应器的膜技术极其先进，相对于传统的生化处理污水技术而言，有更为高效的水处理效率，可以在极其快速的条件下纯净水资源，并在自动化的运作方式之下，实现对相关设备的维护。

结论

本文主要介绍了微滤膜技术、超滤膜技术、反渗透膜技术、正渗透技术、液膜技术及纳滤膜技术在水处理中的应用。膜技术是本世纪新水处理技术，拥有很大的市场发展潜力与应用前景，诚然膜技术存在膜污染和局限性问题，但随着膜技术发展的不断成熟，相信膜技术会在水处理中发挥更大的作用，达到更好的处理效果，成为水处理中的主导技术，为我国水资源合理高效利用贡献更多力量。因此，膜技术在水处理领域的未来必将拥有更广阔的世界。