张迪 宋薇
河南水利与环境职业学院 河南 郑州 450000
摘要：水资源短缺和水环境污染是全球面临的两个重大环境问题。膜分离技术因操作简单、能耗低、效率高等优点而受到广泛关注。在我国水环境污染的严峻形势下水处理技术显得尤为重要。膜分离技术的分离净化与浓缩方法相比于传统分离技法更加先进，分离效率高且没有二次污染，所以在诸如饮用水处理、食品医药工业、石油化工、生物工程乃至核工业都有被广泛应用。本文综述了目前国内外膜分离技术的研究进展，探讨了膜分离技术的发展趋势和热点，以期为今后膜分离技术的绿色化可持续发展提出新的理念。
关键词：膜分离技术；水处理；环境工程
引言
各行业的发展，产生大量废水，排放过程可能对环境造成严重影响，同时威胁人类健康。水处理环节，膜分离工艺的运用受到人们关注，运用此工艺能够淡化海水、有效去除废水中的污染物质。因此，分析膜分离技术在水处理中的运用价值较高。
1膜分离技术原理和特征
膜分离技术的主要原理是利用特殊材料的膜，外加动力，实现水中的小分子、固体颗粒等的分离。膜分离技术兼有分离、浓缩、纯化和精制功能，而且具有高效、节能、环保、分子级过滤以及过滤过程简单、易于控制等特性。膜分离技术与萃取、脱色等传统的分离技术相比，具备效率高、能量消耗低、易操作、无相变且可回收、零污染等优点。膜按照孔径大小分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）四种形式。各类膜在水处理领域有广泛研究和应用。
膜分离主要是利用膜的选择渗透性质，借助物质渗透作用差异，分离气体、液体当中的组分。利用外界压力差、化学位差以及能量等，分离多个组分的混合液体与气体，其在提纯、水处理等领域有重要应用。此技术的运用优势为，处理过程耗能低、原理简单，不但净化效果优良，而且不会造成二次污染。技术功能多，可有效分离和浓缩液体混合物，技术环保性能优越，过滤液体环节流程简单，容易操控。由于上述优势，此技术被广泛应用于工业废水的处理环节。在膜分离的应用下，利于为企业创造更高收益，并且展现出良好的环保效益。
2膜分离技术在净水处理的应用
以膜技术为核心的第三代水处理技术正在成为解决水环境安全问题的有力武器。目前国内以上海、深圳等沿海地区率先开展膜技术在净水中的应用。如上海青浦第三水厂采用高效沉淀、臭氧生物活性炭与超滤膜组合工艺处理黄浦江上游微污染原水，该工艺确保出厂水浊度＜0.1NTU，耗氧量＜1.5mg/L，氨氮＜0.2mg/L，处理效果稳定，供水安全性高。2019年，深圳盐田区建成市首个自来水直饮示范区，采用臭氧－活性炭、超滤膜等深度处理工艺，提高出厂水水质，实现自来水直饮全覆盖。西北地区也有膜水厂的应用，某设计院的延安引黄工程东川水厂，设计能力为6万m3/d，系陕西省内首座以超滤膜系统为核心的第三代水处理工艺净水厂，处理建构筑物组（叠）合设计，减少填方，节约用地，高效降耗，于2018年6月通水。膜技术在自来水厂改造上也有应用，尤其是用地紧张的老旧水厂改造有一定前景。江西九江市罗桥水厂采用浸没式超滤膜工艺，将原有产水量为1.0万m3/d的砂滤池原位改造成产水量为2.0万m3/d的虹吸超滤膜滤池，提高了水量和水质，并未占新地，实现低液位差虹吸产水，且产水不用水泵抽吸，系统运行稳定，能耗低。该项目运行良好，膜通量大，截留精度高，为今后自来水厂的提标改造提供了工程应用实例。
3海水淡化
海水淡化环节，应用膜分离这一技术，可通过反渗透、膜分离以及电渗析等方式，展开综合处理。
反渗透这一技术开发初期，主要是应用于海水淡化，并且出水水质佳，比自来水水质好。反渗透技术在逐渐发展过程中，因其具备耗能低的优势，逐渐取代原有电渗析技术。海水的淡化环节，选取纳滤膜材料，可加速水质软化，将海水内固体的溶解浓度有效降低，将其中有机物去除。处于低压环境的纳滤膜，通量较高，可识别一价、二价离子，并且在对应浓水当中，将有用水分保存。纳滤膜应用过程，耗能低，并且成本低于反渗透膜技术。
海水淡化利用膜分离技术，可提升海水脱盐率。使用此技术，可实现脱盐率为99.60%。使用反渗透技术，可降低海水淡化消耗成本，将海水转化成饮用水。除此之外，还可使用蒸馏膜技术，提升小型海水的淡化效果。
在当今水资源短缺的背景下，膜技术在微咸水软化和海水淡化中的应用前景广阔。正渗透（FO，ForwardOsmosis）是一种新兴的海水淡化技术，利用半透膜上的渗透压梯度，可从多种水源中生产淡水。萃取液是FO工艺的重要组成部分，理想的提取液具有高渗压、低反通量和易再生等特点。ZhaoD等开发了几种多功能的FO萃取液，提高FO的通量，探索简便的再浓缩方法。XueW等以合成海水为萃取液，研究了FO浓缩的性能。废水中溶解的有机碳、磷酸盐和氨分别浓缩了2.3倍、2.3倍和2.1倍。污染物在进料侧保留大于80％，排出的渗透水水质提高。另外也有用组合膜系统对海水淡化预处理的研究，SongY等将UF和NF组装成集成膜系统（IMS）作为海水反渗透的预处理系统。结果表明，分子量截留小于20kDa的超滤膜可以实现NF膜的高软化效率。采用UF2作为预处理工艺的NF系统的通量高，达到了61.4L/(m2·h)，最佳工况为：工作压力为1.5MPa，错流速度为0.035m/s，进料温度为12.5℃。在此工况下,对Ca2+，Mg2+，SO42-的截留率分别为44.37％，73.26％和99.82％。
4膜分离技术在废水处理中的应用
膜分离技术在废水处理中有也有广阔用途，膜技术在废水处理中通常与生物处理技术等相结合。SafaM等[11]研究了MBR处理含油废水，当温度、pH值和溶解氧分别保持在20℃～25℃，6.5～7.5和2～3.5mg/L时TPH（总石油烃）与COD的比值在0.2～0.8之间变化。当TPH/COD=0.6和HRT=24h时，TPH去除率达到99%。ClaraM等[12]研究了MBR对8种药物、2种多环麝香香料和9种内分泌干扰物的去除进行了分析，结果表明,抗癫痫药物如卡马西平几乎未去除；其他化合物如双酚A、止痛布洛芬或降脂药苯扎贝特去除率均大于90％。膜技术不仅可以处理废水中的特征污染物，同时也可分离和回用废水中的重金属及其他物质。QdaisHA等研究RO和NF技术在处理含Cu2+和Cd2+废水中的应用，RO工艺对Cu2+和Cd2+去除率分别为98％和99％，NF能够去除90％以上的Cu2+。CheryanM等研究了膜在处理油水乳状液中的应用，可用于回收水性清洁剂和机加工冷却液。
结束语
膜分离技术经过几代人的研究，已在多领域融合发展，得到广泛的应用。目前，膜技术的发展有赖于各种新材料膜类及复合工艺的开发，尤其是研制绿色经济、高通量、高强度、长寿命、抗污染的膜材料。相信随着材料科学的发展，膜污染机理研究和膜组件的开发与设计将如火如荼，膜技术未来可期。
参考文献
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