王毓
广东省特种设备检测研究院中山检测院 广东中山528400
摘 要:随着开发利用的各种自然资源逐渐增多，自然资源已呈现出日益减少的趋势。迫切需要从较少含量的物质中分离，便于从中获得比较有用的物质。传统分离方法与目前社会的实际要求存在一定差距，而相继产生膜分离技术等一些技术较新的分离技术。在这些技术中，膜分离技术相对最为完善，是应用最为广泛的一种新型分离技术，特别是在工业废水及生活污水处理中比较适用。另外，该技术不只是可靠耐用，也具有良好的分离效果。本研究针对膜分离技术原理进行分析，并对国内外比较常用的膜分离技术类型进行了介绍，重点探讨了水处理环境中膜分离技术的应用，进而为促进环境工程的发展做出一定的贡献。
关键词:膜分离技术；水处理；环境工程
引 言
社会的加速发展，带来了经济效益的提高，同时也带来了各种各样的水质污染问题。为了能在较低成本下，高效处理各行业的污水，用膜分离技术协同原有的处理工艺一同进行处理。膜分离技术以其良好的选择性和较低的能耗，以及较强的适应性等优点使其在水处理领域发挥着不可替代的作用，广泛的用于饮用水、生活污水、重金属冶炼及造纸等工业废水、海水及苦咸水淡化脱盐等各个领域。现如今，在环境工程水处理领域中常用超滤、纳滤、电渗析及反渗透等膜分离技术。除此之外，随着膜分离技术不断发展，又衍生出了一种集成膜技术。这种集成膜将2种或多种膜分离技术进行组合，可兼具多种膜的功能，广泛地应用在各个领域中。
一、水处理环境工程中膜分离技术应用优势及原理
1.1水处理环境工程中膜分离技术应用优势
（1）良好的分离效果
在对废水进行处理的过程中，膜分离技术主要通过沉淀、挤压将废水中含有的有害物质、细菌等分离出来，实现对废水的净化。这样可以达到良好的分离效果，同时能够减少资源浪费。传统水处理采取蒸馏分离法。实际废水处理期间，一旦周围环境不符合蒸馏分离法处理要求，那么水中有机物状态将会发生改变，对水结构造成一定破坏，从而对处理工作的展开产生很大影响。但是，膜分离技术对外部环境没有过多要求。即使在常温下也能将水中的杂质及时分离出来，整个分离过程受环境影响较小，能够实现自动化处理，提升工作质量与工作效率。
（2）操作方便
膜分离技术操作方便，有较强的适用性，环境要求较低。膜分离技术需要配备相应的设备设施，自动化程度高，为工作人员的操作带来更多便利。通常，整个分离过程可以在室内进行，并不会对试验设备造成磨损。工作人员只需要定期做好设备运维工作，明确设备是否存在故障、是否需要进行保养等。在社会的不断发展过程中，膜分离技术不断改进和完善，操作过程得到优化。除此之外，分离后的水质更加干净，水中的有机物不会受到影响。
（3）运用范围广泛
膜分离技术借助分离膜核心技术，该技术在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起，成为一门新型分离技术。膜分离技术兼有分离、浓缩、纯化和精制的能力，又有高效、节能、环保、分子级过滤、过滤过程简单、易于控制等特征，可以实现分离、提纯、浓缩的综合目标。借助半透明的分离形式，膜分离技术可以在常温下保证被分离物的特性，能够保证其分离后的色香味形，广泛运用在化工、食品、环境处理等领域。正是因为独特的处理特性，膜分离技术的运用空间广泛，适用于生物、医药、化工、冶金、能源和水处理，对当代社会产生巨大的影响，也是目前分离技术的重要代表。可见，合理运用膜处理技术，对人类的生存发展有着重要的意义。
1.2水处理环境工程中膜分离技术应用原理
膜分离技术的应用工艺相对简单，具体的应用过程中，过滤时候，料液通过泵加压处理，按照相应的流速沿滤膜表面流过，比膜截留分子量的物质或分子大的不会经过膜而流回到料罐当中，比其小的物质或分子就会透过形成透析液，所以从这一工艺的流程就能够发现，膜系统有着不同出口，分别是透析液出口和回流液出口。
二、膜分离技术的主要类型
较常用的膜分离技术有以下几种主要类型:
2.1 微滤分离技术
微滤分离技术是较为高级的过滤技术之一，分离过程的实现主要基于筛分原理中对膜之间存在的压力差而产生的助推力。针对普通过滤技术中不会产生变化的有关技术原理，应用微粒较小的进行过滤，与普通过滤技术相比表现出更高的技术水平。
2.2 超滤分离技术
该技术在胶体及蛋白质等大分子物质分离中应用广泛，对于取出废水中的胶体及杂质等方面的作用也较为重要，能够替代活性炭及多介质过滤器。
2.3 反渗透分离技术
反渗透分离技术是一种比较重要的膜分离技术，主要是在高压条件下，能够将部分细菌、病毒或钙、锌离子等及时阻止，而水分子却能够通过，可有效提高纯水的质量。
2.4 纳滤分离技术
纳滤技术是20世纪80年代末发展起来的，纳滤膜孔径比超滤膜小，约为1nm，能将相对分子质量较小的物质从溶剂中分离出来。利用纳滤膜所具有的选择透过性，不仅可以去除致突变、致癌、致畸物质及挥发性有机物，确保饮用水的生物安全性，还可以实现水的软化。对于纳滤膜技术，我国的理论研究比较早，但在实际应用方面略微晚于国外。如美国的NF系列纳滤膜、日本的UTC系列纳滤膜等已经在水处理领域进行大范围的应用，并且均达到了商品化的程度。
2.5电渗析分离技术
在外加电场的作用下，实现阴阳离子的定向移动，即阴、阳离子分别通过阴、阳离子膜，从而达到分离混合离子的目的，这称为电渗析过程。目前，电渗析作为一项成熟的膜分离技术，广泛应用在苦咸水脱盐领域。因其良好的热稳定性、化学稳定性，也用于废水的处理及金属离子、盐类的回收，在医药、电子、食品等方面也发挥着重要作用。
2.6 正渗透与反渗透
正渗透技术以自然渗透压差为驱动力，使水自发的通过选择透过性膜并从较低渗透压区域流向较高渗透压区域。正渗透技术的应用使得在低能耗、高效率的情况下解决水污染及缓解水资源短缺问题成为可能。目前多用在海水淡化和废水处理等方面。反渗透膜是一种由高分子材料制成的具有选择透过性的小孔径半透膜，可以对水中的溶解盐等物质进行去除。反渗透膜的化学稳定性较好，受温度、pH等外界环境因素的影响比较小，常用于物质分离、物质浓缩等方面，目前主要用于饮用水处理以及纯水的制备等方面。
三、膜分离技术在水处理环境工程中的有效应用
3.1饮用水处理
当前，我国水环境污染比较严重。饮用水对水质的要求较高，环境污染使得饮用水中的有害物质逐渐增多，如果此类饮用水被人直接饮用，就会影响人体健康。为防止饮用水对人体健康造成影响，人们可以将膜分离技术应用在饮用水处理中。膜分离技术操作简单，可以降低能耗，顺应社会发展趋势。饮用水处理可以使用不同的分离技术，如微滤分离技术、超滤分离技术以及纳滤分离技术等。人们要结合实际情况，充分发挥各种技术的优势与价值。膜分离技术可以直接消除饮用水中的微生物、细菌以及悬浮物等，提高饮用水质量。近些年，许多发达国家逐渐将超滤技术、微滤分离技术应用在饮用水净化中，有助于改善人们的生活质量。
3.2工业废水处理
工业废水中含有的成分复杂多样，利用膜分离技术，不仅可将有害物质去除，对于工业水中的重金属等物质还可以进行回收利用。针对饮用水中重金属污染的问题，采用纳滤膜进行处理，重金属的种类对重金属截留率的影响。在pH和操作压力均处于最佳条件下，纳滤膜对于不同金属截留效果不同，如对于金属铊的去除率为20%，而对金属镉、砷和铅的去除率可达到90%以上。应用碳化硅陶瓷膜处理工业废水的处理效果进行研究。研究发现，在跨膜压差为0.14MPa、过滤时间为20min以及膜孔径为0.5μm时，碳化硅陶瓷膜可有效的对工业废水进行过滤并使滤后水达到排放要求。
3.3苦咸水处理
我国水资源紧缺，原生劣质水分布面积广，尤其是西北内陆干旱地区，分布有大量苦咸水。地下苦咸水含盐、含氟量高，其多项指标达不到国家饮用水标准。苦咸水口感苦涩，不能直接饮用，长期饮用会导致胃肠功能紊乱，免疫力低下，影响人体健康。由此可以看出，苦水咸水的处理十分重要。苦咸水的处理可以使用反渗透分离技术或电渗析离子交换技术。在反渗透法处理苦咸水的过程中，推动力是压力差，常温操作，设备简单，没有发生相变化，膜起着筛分作用，因此反渗透所需能耗低。在苦咸水处理中，反渗透法不但可以去除水中的各种离子，而且可以脱除比离子大的微粒，适用性好。
3.4海水淡化
海水含有大量盐类与微生物，无法直接饮用，直接饮用会影响人体正常生理功能，导致人体脱水，甚至中毒。在以往膜分离技术的应用过程中，人们会利用电渗析法和反渗透法分离海水中的不可利用物质，使得海水可以饮用。反渗透法通过压力差从海水中分离各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而获得淡水，相比电渗析离子交换，减少了树脂再生剂的使用量。相较于电渗析法，反渗透法更加经济，可以达到良好的使用效果。海水淡化技术不断发展革新，膜分离技术日益成熟，膜价格不断降低，使得反渗透海水淡化的成本日益下降，其凭借绿色、环保、低能耗等优势受到人们的高度重视与认可。在海洋水淡化过程中，人们需要研发新技术，为海洋水淡化提供技术保障。
四、结束语
综上所述；膜分离技术在水处理环境工程中发挥着不可替代的作用。为缓解我国水资源紧张问题，避免水资源浪费，同时实现水资源的合理利用，人们要正确认识膜分离技术，明确不同技术的优势与特点。这样才能将不同技术应用在水环境工程处理中，充分发挥技术优势，达到良好的处理效果，为后续水资源利用打下良好基础，最终实现我国水资源的合理利用，同时实现人与环境的和谐发展。
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