膜分离技术在水质处理净化领域的应用分析

＊吴全贵 祝媛媛

（湖北大学知行学院生物与化学工程学院 湖北 430000）

1.膜分离技术的简要介绍

随着时代的发展，人类在现代生物学以及物理学上都取得了很大程度的突破，膜分离技术也在这种大背景下被研发出来。这是一种选择透过性分离技术，原理就是将大分子和小分子进行分离从而达到让物质分离的效果，具体就是小分子会因为外在力量被压迫通过膜，而大分子则会留在膜的另外一侧。举个例子说明，在水处理及应用当中，膜分离技术可以将水分当中的盐和无机物等较大分子分离出来，从而达到水净化以及提纯的效果。膜分离技术的出现可以让水处理更为简单方便，而且设备占地面积相对小了很多，而且不用使用其他的化学药剂，比传统的水处理技术更为高效和方便。

膜分离技术除了在水处理当中得到使用外，还在生物制药以及食品制造业当中也得到了广泛的使用，这都得益于制造业的不断发展，很多不同材质的过滤膜都被研发出来。地球虽然是一个水覆盖率很高的星球，但是可使用的水资源却极为有限，因此如何合理的使用水资源变得越来越重要，尤其是现代工业如此发达，很多工业废水，生活污染水，工业冷却循环水都必须得到充分的处理，从而达到重复利用甚至是达到可以排放和可以灌溉的标准。因此如何利用膜分离技术从而达到环保效果，成为现在世界性话题，现在的膜分离技术虽然已经得到很大程度的发展，但是使用完的膜清洗和再生也是另外一个重要的研究课题。

2.膜分离技术在各个领域的应用

(1)净化饮用水

净化水对于人类是非常重要的一个环节，因为水分没经过处理会存在大量的无机盐、有机物、微生物以及化学物质，人类长期使用这种未经处理的水将有可能会致使痢疾、霍乱、伤寒、传染性肝炎出现以及传播，这对于人体健康是一个很大的威胁。膜分离技术的出现就很好的解决了这种类型的问题，水经过膜分离的处理后，可以将无机盐、无机物甚至是病菌都分离出去，而且可以降低饮用水的浑浊度数和色数度，这有效的提高了饮用水质量。这相较于传统的水处理来说，膜分离技术不需要使用化学添加剂，这对于水的影响程度降到了最低，而且也将净化的成本降到了最低，这对于膜技术的大规模使用提供了空间。

(2)造纸行业水处理

对于造纸行业来说水利用也是十分广泛的，水质量如何将直接决定出厂纸张的品质。在造纸行业当中，几乎全部企业都会使用涂布技术去改变纸张的性能，但是该技术的一个弊端就是会造成大量的废水产生，这种废水因为含有大量颜料和乳胶等化学成分因此不能被直接排放，按照传统的处理方法成本非常高，这将制约企业的发展，但是随着膜分离技术的问世，这个问题得到了有效的解决，膜分离技术不但将废水当中的有害化学物质分离出来，还将这些化学物质重复使用，这就达到了降本增效的效果，很多企业因此大量添置膜分离水处理设备，经过一段时间的使用，企业的成本大大的降低，以前不能排出去的污水现在都达到了符合了国家排放标准，可以直接排放并且不会污染环境，而分离出来的化学药品又可以重新作用于产品的制造，达到一箭双雕的效果。

地球是一个水的星球，地球表面被大量海水覆盖，但是海水并不能直接被人类食用和使用，而且海水具有很强的腐蚀性，很多沿海城市都被海水问题所困扰，那么如何将海水资源有效利用就成为人类一直以来讨论研究的话题，人类也试过很多办法将海水淡化，例如蒸馏法、电渗析法等等，但是效果都不是十分明显，其中有成本较高和方法复杂等等原因。直到反渗透技术的出现，这种技术相比较蒸馏法、电渗析法来说具有耗能少，效率高并且设备结构简单等特点，因为这些特点所以反渗透技术可以被使用于大部分地区和国家，很多沿海国家例如澳大利亚，美国等都将这些广泛使用，澳大利亚更将风能应用到海水淡化技术当中，达到了更好的环保效果，因为膜分离技术的应用，让海水资源可以广泛使用，变成可以让人类使用的水资源，海水资源是这个地球上最多的资源，可以利用海水资源就可以减轻淡水资源的使用压力，很多国家更是利用风能等资源使得膜分离技术使用更加方便。水资源贫乏的地区因为膜分离技术的使用，可以重复使用水资源，这也缓解了水资源使用压力，很多地区因为水资源的重复利用可以让以前无法种植的土地变得可以种植，这都将大大缓解环境压力。

(3)分离重金属

在工业企业当中使用最多的就是金属材料，在金属材料制造的过程中必须使用大量的水来冲洗金属表面达到去除重金属离子的效果，而且这些冲洗水都是必须使用淡水，冲洗过后的水因为含有大量重金属离子因此在以前是不能被直接排放，必须要在里面添加大量化学药剂，使水里面的重金属分子与之反应发生沉淀并且达到国家排放标准才允许被排放，但是这种工业花费的成本比较高昂，而且工艺比较复杂。但是膜分离技术的出现改变了这个局面，膜分离技术取代了传统的化学药剂投放技术，大量的重金属分子经过膜的分离，可以达到百分之九十九的去除，这不但效果显著而且还节约了化学药剂的使用成本，让企业的经济效益得到了提高，现在的地球环境污染十分严重，膜分离技术的出现很大程度的缓解了这个局面，大量使用膜分离技术可以让企业的营运成本大大降低，在过往的时候，因为没有膜分离技术，大量工业使用粗糙的废水处理技术，使得排放出来的废水大量的污染了环境，很多土地因为这样的污染导致多年无法使用更有甚者是无法再使用，这都将大大降低人类的生存空间，因为膜分离技术的出现，让废水处理更加简单方便，而且成本也变得可以接受，大量企业也因此广泛采用这种技术。

3.膜污染与膜清洁技术

膜分离技术虽然高效而且方便，但是也存在一个膜处理的问题，膜经过长期使用就会造成膜污染，具体就是要处理的原水经过膜表面的时候，会有大量的杂质、胶体、大分子物质残留在膜表面和膜孔当中。长时间使用的膜会因为这些堵塞导致分离的效率降低，经过分离的水质量也会有显著降低，这就被称作膜污染。膜污染出现的原因有很多，例如被分离的物质残留在膜体当中，或者截留侧的浓度不断提升，造成膜通量的降低，这都是降低膜使用效率的可能原因，要应对这种情况，膜的清洁就是必要的，膜清洁技术可以分为物理、化学、生物三部分。

(1)物理清洁方法

膜处理最简单的方法就是物理清洁，其中有两种方法，一种是低压高流速清洗另一种是反压清洗，膜清理可以使用其中一种方法也可以两种方法一起使用，物理清洗的原理就是使用水来去除膜表面的污染物质，这种方法虽然方便，但是不能全部清洁残留在膜表面的化学物质，因此只能适合污染并不严重的膜，如果要达到高质量的膜清理，必须结合化学以及生物清洁一起使用。

(2)化学清洁方法

化学清理可以很高程度的清洗膜表面的污染物质，在化学清洗的过程当中会大量的使用酸、碱、螯合剂等，这些物质可以很好的和膜表面的物质发生反应，使这些物质分离出膜的表面，从而达到一个分离的效果，但是使用化学清洗的方法前必须要清楚膜表面残留的化学物质，才可以使用合适的化学药剂，这样才可以在不损伤膜结构和性质的基础下达到一个清洁的效果，常常使用的膜清洁剂有EDTA作为螯合剂。

(3)生物清洁方法

除了物理和化学的清理方法外，还有生物清洁方法，而生物清洁方法也分为两种不同的方法，第一种就是利用微生物的生物活性，简单的说就是将微生物放在膜表面，让其处理污染物，另外一种方法就是将某种生物剂固定在膜表面，这种生物剂可以和被分离的物质发生化学或者生物性质的改变，改变之后的物质没有办法再停留在膜的表面，这对于膜的抗污染能力是一个很大提升，虽然两种方法的原理不相同，但是作用都是一样的，就是要将膜表面的残留物质去除，让膜可以重复利用，这样才可以降低膜分离技术的成本，从而达到最优的处理效果和经济效果。虽然膜分离技术大量使用可以保护环境，但是膜分离技术使用之后的膜清洁也是一个十分重要的环节，因为膜的重复使用可以大大降低膜分离技术的使用成本，膜分离技术的使用也改变了地球水资源的匮乏这个一直困扰人类的难题，很多地区因为膜分离技术的使用让不能利用的水变得可以利用起来。

4.结束语

膜分离技术已经成为现代社会一个必不可少的技术，膜分离技术也日趋成熟，但是还需要人类研究更加高效的办法，把膜分离技术和使用后的保养成本降低，这样才可以将膜分离技术推广更加广泛，很多企业虽然开始使用膜分离技术得到了很好的经济效益，但是膜清洁这一块因为技术不成熟，不能达到很好的重复利用，使得膜分离的效果并没有那么好，长期使用效率更是大为降低，这都需要人类去解决。