全膜法水处理工艺在环境保护中的应用

＊马 庆

（安徽六国化工股份有限公司 安徽 244000）

随着工业化和城市化进程的加快，水污染日益严重，给环境和人类健康带来严重的威胁。传统的水处理技术存在着效率低、成本高、二次污染等问题。因此，寻求一种高效、环保、经济的水处理技术就成为当今环保领域研究的热点之一。全膜法是近年来发展起来的一种新型水处理技术，具有高效、环保、节能等优点，广泛应用于工业废水处理、饮用水、工业用水等领域。全膜法涉及到多种膜分离技术，包括无机膜和有机膜、反渗透膜、超滤膜、微滤膜、纳滤膜、气体分离膜、离子交换膜、电渗析膜和电析膜等。

1.全膜法的原理

全膜法是一种通过膜分离技术实现水处理的方法。其工艺原理主要包括预处理、分离处理和后处理三个步骤。在预处理阶段，进水需要进行预处理，去除大颗粒杂质和悬浮物，以保护膜组件。在分离处理阶段，预处理后的水通过膜分离技术进行分离处理，水通过膜孔径，而污染物则被滞留在膜表面或被拦截在膜孔径内，实现对污染物的去除。在后处理阶段，对经过膜分离的水进行后处理，如消毒、pH调节、再生等，以达到对水质的要求。

不同类型的膜分离技术具有不同的分离机理和应用场景，但其基本工艺原理相同。例如，反渗透膜的分离机理是通过高压力驱动水通过膜孔径，而离子交换膜的分离机理是通过离子交换的原理去除水中的离子等。在实际应用中，可以根据不同的水质和污染物质的特性，选择适合的膜材料和膜组合方式，以实现高效、经济、环保和可持续发展的水处理。全膜法在工业废水处理、饮用水和工业用水处理等领域具有广泛的应用前景。

2.全膜法的分类

（1）反渗透膜。反渗透膜是一种以半透膜为基础的膜分离技术，主要用于去除水中的无机盐和大分子有机物等，常用于海水淡化、工业废水处理和饮用水处理等领域。其工作原理是利用高压力驱动进水通过反渗透膜，而大分子物质和离子等则被滞留在膜表面，以实现对污染物的去除。反渗透膜通常由多层膜组成，包括保护层、支撑层和半透膜层等。保护层用于保护膜的性能，支撑层用于增加膜的机械强度，半透膜层则是实现水分离和污染物去除的关键。

（2）超滤膜。超滤膜是一种通过孔径大小限制分离大分子有机物、胶体等污染物质的膜分离技术，常用于处理工业废水、市政污水、食品加工废水等。其工作原理是利用膜孔径大小限制大分子污染物的通过，而小分子物质和溶质等则可以通过膜孔径，以实现对污染物的去除。超滤膜通常由孔径大小为0.01～0.1μm的膜组成，可以根据不同的应用需求和水质情况选择不同孔径的膜材料和组合方式。超滤膜通常由多层膜组成，包括支撑层和半透膜层等。支撑层用于增加膜的机械强度和稳定性，半透膜层则是实现水分离和污染物去除的关键。

（3）微滤膜。微滤膜是一种通过孔径大小限制分离悬浮物、微生物等污染物质的膜分离技术，主要用于水处理和生物制药等领域。其工作原理是利用膜孔径大小限制大分子污染物和悬浮物的通过，而小分子物质和溶质等则可以通过膜孔径，以实现对污染物的去除。微滤膜通常由孔径大小为0.1～10μm的膜组成，可以根据不同的应用需求和水质情况选择不同孔径的膜材料和组合方式。微滤膜可以有效去除水中的悬浮物、微生物、细胞等，具有高效、环保、节能等特点，广泛应用于饮用水处理、污水处理、海水淡化、生物制药等领域。

（4）纳滤膜。纳滤膜是一种通过孔径大小限制分离高分子有机物、胶体、溶液等污染物质的膜分离技术，常用于电子、食品、医药等行业中的精细过滤和分离。其工作原理是利用孔径大小在1～100nm之间的膜，将大分子物质滞留在膜表面或膜内部，而小分子物质和溶质等则可以通过膜孔径，以实现对污染物的去除。纳滤膜通常由孔径大小在1～100nm之间的膜组成，可以根据不同的应用需求和水质情况选择不同孔径的膜材料和组合方式。纳滤膜具有高效、环保、节能等特点，广泛应用于食品加工、制药、生物医学等领域中的纯化和分离。

3.全膜法的优缺点分析

(1)优点

高效性：全膜法可以实现对水中杂质和溶质的高效分离，处理效率较高，可达到90%以上。

环保性：全膜法相比传统的水处理方法，不需要添加化学药剂，不会产生二次污染，对环境的影响较小。

节能性：全膜法所需能量较少，通常只需要对水进行一定程度的预处理，即可实现高效的分离和回收。

可控性：全膜法可以通过调节膜的孔径、表面性质和膜组合方式等，实现对不同范围和性质的杂质及溶质的分离和回收。

(2)缺点

投资成本高：全膜法所需的设备、膜材料和维护成本等都比较昂贵，投资成本高。

膜的污染和破损：全膜法中的膜容易受到杂质、细菌等的污染和破损，影响其分离效果。

维护成本高：全膜法的膜材料需要定期更换和清洗，维护成本较高。

需要适应不同水质：不同水质中的杂质和溶质差异较大，需要根据不同的水质情况选择不同类型的膜，增加了操作难度和成本。

4.全膜法在工业污水处理中的应用

（1）电解膜法。电解膜法是一种在工业废水处理中广泛应用的膜分离技术。它利用电场作用，通过电解膜将带电离子分离并转化为无害物质，达到处理废水的目的。

在电解膜法中，废水被加入到电解槽中，电解槽内放置有正负两极的电极，同时在电解槽中设置有电解膜。当电流通过电解膜和电极时，电解膜会将带电离子分离并转化为原子或分子，以达到净化水质的目的。

电解膜法可以去除工业废水中的多种离子污染物，例如，重金属、氨氮、氰化物等。与传统化学处理方法相比，电解膜法的优点在于其不需要添加化学药剂，且操作简单、能源消耗低、无二次污染等。因此，电解膜法在工业废水处理中得到了广泛的应用。

（2）电渗析膜法。电渗析膜法是一种在工业废水处理中常用的膜分离技术。它利用电场作用，将带电离子在膜表面聚集并被截留，从而实现去除工业废水中离子污染物的目的。

在电渗析膜法中，工业废水被加入到电渗析膜模块中，模块内设置有正负两极的电极，并在电极之间设置有电渗析膜。当电流通过电极和膜时，带电离子会在膜表面聚集，并被截留在膜表面。通过这种方式，电渗析膜法可以去除工业废水中的离子污染物，例如，重金属、氨氮、氰化物等。

相较于传统化学处理方法，电渗析膜法的优点在于其不需要添加化学药剂，操作简单、能源消耗低且无二次污染等。因此，电渗析膜法被广泛应用于工业废水处理中，特别是对于含有离子浓度较低、水质要求较高的废水处理效果更佳。

（3）离子交换膜处理。离子交换膜是一种膜分离技术，离子交换膜的处理过程中，废水中的离子会与膜表面的离子进行交换，实现对废水中离子的去除。离子交换膜处理工艺通常包括预处理、离子交换膜过滤和后处理等步骤。离子交换膜处理工艺具有效率高、分离效果好、不需要添加化学药剂、对环境的影响较小等特点。

在离子交换膜处理工艺中，废水需要进行一定的预处理，如过滤、沉淀等，以去除废水中的大颗粒杂质和悬浮物。然后，将预处理后的废水通过离子交换膜进行过滤处理。在过滤过程中，废水中的离子会与膜表面的离子进行交换，从而实现对废水中离子的去除。最后，将通过离子交换膜过滤后的废水进行后处理，以达到废水排放标准。

5.全膜法在生活污水处理中的应用

（1）膜生物反应器（MBR）。膜生物反应器（MBR）是将生物反应器和膜分离器结合在一起的处理工艺。生物反应器中的微生物可以降解有机物，而膜分离器则可以过滤悬浮物、微生物和有机物等，使得出水质量达到排放标准。

MBR工艺主要分为两种类型：外部循环式和内部循环式。外部循环式MBR工艺是将生物反应器和膜分离器分离开来，通过外部泵循环流动，从而实现膜分离和生物反应。内部循环式MBR工艺则是将生物反应器和膜分离器结合在一起，通过膜的自然通透性，实现生物反应和膜分离。

MBR工艺的主要优势是在膜分离器内形成的微生物生物膜可以有效地过滤悬浮物、微生物和有机物等污染物，使出水质量稳定可靠，能够达到更高的排放标准。此外，MBR工艺还具有节约用水、节能等优点，被广泛应用于生活污水、制药、化工、食品加工等领域的废水处理中。

虽然MBR工艺具有许多优点，但其也存在一些缺点，如膜的易堵塞、膜的成本较高等。因此，在实际应用中，需要根据不同的处理要求和水质要求选择合适的膜分离技术和工艺。

（2）反渗透（RO）膜法。反渗透（RO）膜法是一种高压逆渗透膜分离技术，其原理是在高压作用下，让废水逆向渗透膜，使得水分子通过膜，而有害物质被截留在膜外，从而达到去除污染物的目的。RO膜法能有效地去除生活污水中的溶解物、大分子有机物和无机物等，产出水质非常高的清洁水。

RO膜法的膜孔径大小一般在0.1～1nm之间，因此可以有效地去除废水中的溶解物、大分子有机物和无机物等有害物质。RO膜法的处理效果优良，可以将出水的COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）等指标降低到极低水平。RO膜法的处理效率与膜压力和进水水质有关，通常需要配合其它前处理工艺，如沉淀、过滤等，来保护膜的使用寿命。

（3）纳滤（NF）膜法。纳滤（NF）膜法是介于RO和超滤膜之间的膜分离技术，其原理是在低压下，通过分子的大小、电荷等特性，将有机物、微生物和部分离子等有害物质去除，同时保留水分子和部分溶解物，产出水质较高。

NF膜法的膜孔径大小一般在0.1～10nm之间，因此可以过滤掉大部分的微生物、有机物和部分离子。同时，NF膜法又具有较高的水通量和较低的膜污染风险，因此相比RO膜法，NF膜法更加节能、经济。

NF膜法广泛应用于生活污水、食品加工、饮料生产等领域的废水处理中。在生活污水处理方面，NF膜法可以有效地去除污水中的有机物、微生物和部分离子，同时保留水分子和部分溶解物，产出水质较高，达到排放标准。

（4）超滤（UF）膜法。超滤（UF）膜法是一种通过选择性透过性过滤污水中的悬浮物、微生物和大分子有机物等有害物质，同时保留水分子和小分子离子的膜分离技术。在生活污水处理方面，UF膜法可以过滤悬浮物、微生物和大分子有机物等有害物质，同时保留水分子和小分子离子，产出水质较高。

与传统的生活污水处理方法相比，UF膜法具有处理效率高、出水质量稳定、占地面积小等优点。它可以将污水中的悬浮物、细菌、病毒等微生物去除，同时也可以去除分子量大的有机物和胶体物质。与传统的过滤技术相比，UF膜法可以获得更高的水通量和更好的净水效果。

在生活污水处理中，UF膜法通常被用作生物处理后的后处理环节，也可以与其它膜分离技术组合使用，以获得更好的处理效果。由于UF膜法具有较高的处理效率和出水质量，可以使得生活污水处理后的出水达到国家相关标准要求，因此在城市污水处理厂和乡村污水处理站中得到了广泛应用。

6.结语

全膜法是一种高效、环保、节能的污水处理技术，应用广泛，包括工业废水处理、饮用水、工业用水等领域。全膜法涉及到多种膜分离技术，每种膜分离技术都有其独特的工作原理和应用领域，通过选择不同的膜材料和组合方式，可以实现对不同种类的污染物质的高效、经济、环保和可持续的去除。未来随着技术的不断发展和完善，相信全膜法将会在环保领域发挥越来越重要的作用。