自從1748年法國(guó)科學(xué)家abble nallet發(fā)現(xiàn)了膜分離現(xiàn)象，即水能自然擴(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱膜內(nèi)，各國(guó)學(xué)者就開(kāi)始了對(duì)膜的研究。膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的分離過(guò)程如過(guò)濾、精餾、萃取、蒸發(fā)、重結(jié)晶、脫色、吸附等相比，具有操作簡(jiǎn)便，設(shè)備緊湊，工作環(huán)境安全，節(jié)約能耗和化學(xué)試劑，無(wú)相變，無(wú)污染等特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)zui有發(fā)展前途的*之一，將在21世紀(jì)的工業(yè)技術(shù)改造中起決定性的作用。目前，膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其在水處理的領(lǐng)域，現(xiàn)已遍布生活污水、工業(yè)污水(電廠廢水、重金屬?gòu)U水、造紙工業(yè)、印染廢水、石化工業(yè)廢水和醫(yī)藥廢水)、生活飲用水等方面。

膜分離原理及其特點(diǎn)

膜分離技術(shù)是在外力推動(dòng)下，利用一種具有選擇透過(guò)性能的特制薄膜作為選擇障礙層使混合物中某些組分易透過(guò)，其他組分難透過(guò)被截留，來(lái)達(dá)到分離、提純、濃縮作用的技術(shù)，其工作原理為：一是根據(jù)混合物中組分質(zhì)量、體積、大小和幾何形態(tài)的不同，用過(guò)篩的方法將其分離;二是根據(jù)混合物不同化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分離，物質(zhì)通過(guò)分離膜的速度(溶解速度)取決于進(jìn)入膜內(nèi)的速度和進(jìn)入膜表面擴(kuò)散到膜另一表面的速度(擴(kuò)散速度)，其中溶解速度*取決于被分離物與膜材料之間化學(xué)性質(zhì)。一般，膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)決定其分離機(jī)理及應(yīng)用方式。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，膜可分為固膜和液膜，固膜又可分為對(duì)稱(chēng)膜(柱狀孔膜、多孔膜、均質(zhì)膜)和不對(duì)稱(chēng)膜(多孔膜、具有皮層的多孔膜、復(fù)合膜)，液膜可分為存在于固體多孔支撐層中的液膜和以乳液形式存在的液膜兩種。

目前，常用膜分離技術(shù)可分為反滲透(ro)、超濾(uf)、微濾(mf)、納濾(nf)、電滲析(ed)和膜接觸器(mc)等。在使用過(guò)程中，膜都需制成組件形式作為膜分離裝置的分離單元，工業(yè)上常用的膜組件形式有板框式、圓管式、螺旋卷式和中空纖維式。后三種皆為管狀膜，差別主要是直徑不同：直徑大干10mm的為管式膜，直徑在0.5～10mm之間的是毛細(xì)管式膜，直徑小于0.5mm的為中空纖維膜。管狀膜直徑越小，則單位體積里的膜面積越大。廢水處理中常用膜分離法如表所示。

與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，膜分離技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①膜分離是可分離相對(duì)分子量為幾千甚至幾百物質(zhì)的分離過(guò)程。②膜分離過(guò)程基本不發(fā)生“相”的變化，耗能低，能量轉(zhuǎn)化率高。③膜分離過(guò)程可在常溫下進(jìn)行，適用于熱敏性物料如果汁、酶、藥物等的分離、分級(jí)和濃縮。④膜分離設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作、控制、維修方便。⑤膜分離效率高，設(shè)備體積小，占地少，適用范圍廣。

膜分離技術(shù)在生活污水處理方面的應(yīng)用

1.超濾在生活污水處理方面的應(yīng)用

超濾以壓力為驅(qū)動(dòng)力，利用超濾膜的高精度截留性能進(jìn)行固液分離或使不同分子量物質(zhì)分級(jí)的膜分離技術(shù)。廣泛應(yīng)用于生活污水處理中的超濾膜過(guò)濾精度為0.01 m，對(duì)膠體、藻類(lèi)、病毒、有機(jī)大分子等有很好的去除率。山西大唐云岡熱電有限責(zé)任公司的生活污水處理系統(tǒng)，周李鑫、濮文虹等以北京市郊某市政污水處理廠一期(氧化溝處理工藝)工程二沉池出水和二期(sbr處理工藝)工程二沉池出水為原水，分別采用絮凝一砂濾一超濾和直流一混凝一超濾的預(yù)處理工藝，結(jié)果表明，兩種工藝出水的sdi,'b于2，濁度達(dá)no.04-0.1ntu，cod 去除率20%～60%，一定程度上還降低了氨氮、總磷等污染物濃度，sdi、濁度與產(chǎn)水量均達(dá)到了反滲透進(jìn)水水質(zhì)的要求。

2.納濾在生活污水處理方面的應(yīng)用

納濾(nf)是近20年發(fā)展起來(lái)的介于反滲透(ro)和超濾(uf)之間的新型膜分離技術(shù)，對(duì)二價(jià)或多價(jià)離子及分子量介于200～500之間的有機(jī)物有較高脫除率。由于其特殊的孔徑范圍和制備時(shí)的特殊處理(如復(fù)合化、荷電化)，使得納濾膜具有較特殊的分離性能。生活污水一般用生物降解/化學(xué)氧化法結(jié)合處理，但氧化劑用量太大，殘留物多，若在它們之間加上納濾環(huán)節(jié)，使可被微生物降解的小分子(mw<100)透過(guò)，截留住不可生物降解的大分子(mw>100)，然后大分子物質(zhì)在化學(xué)氧化器處理后再進(jìn)行生物降解，這樣就可節(jié)約氧化劑和活性炭的用量，降低zui終殘留物的含量。

慢用新型抗污染濾膜對(duì)主要成分為某高校家屬院區(qū)化糞池上清液的生活污水進(jìn)行處理，結(jié)果經(jīng)納濾中試設(shè)備過(guò)濾的處理水的水質(zhì)*達(dá)到建設(shè)部頒布的生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)，除不能飲用外，可滿(mǎn)足澆花、洗車(chē)、洗衣、洗浴等各種生活雜用，回用率達(dá)75%。

膜分離技術(shù)在工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用

隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展，其在生活污水和工業(yè)廢水方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如循環(huán)冷卻排污水、重金屬?gòu)U水、造紙廢水、印染廢水、制藥廢水等。

1.膜分離技術(shù)在循環(huán)冷卻排污水處理方面的應(yīng)用

火力發(fā)電廠一直是工業(yè)用水大戶(hù)，其耗水量約占工業(yè)用水總量的20%左右?；痣姀S用水中循環(huán)冷卻水的用量zui大，因此許多火電廠把節(jié)水工作的重點(diǎn)放在循環(huán)冷卻排污水回用上。于是，采用反滲透技術(shù)處理循環(huán)冷卻水達(dá)到回用目的就顯得十分重要。河北某電廠共有6臺(tái)發(fā)電機(jī)組，總循環(huán)冷卻水量6.3萬(wàn)m3/h。循環(huán)水濃縮3倍左右，排污水約為900m3/h。該電廠地處北方缺水地區(qū)，淡水資源緊缺，為緩解供水矛盾，電廠投資建設(shè)了200m3/h，l1反滲透除鹽水項(xiàng)目，以循環(huán)冷卻排污水為水源，反滲透出水作為鍋爐預(yù)脫鹽補(bǔ)充水，通過(guò)泵打到煤場(chǎng)和輸煤棧橋做噴淋水，結(jié)果實(shí)現(xiàn)回用及綜合利用目的。

2.膜分離技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理方面的應(yīng)用

含硒的農(nóng)業(yè)排放廢水已在世界范圍內(nèi)成為一個(gè)新的污染源，如美國(guó)加利福尼亞州的san joaquin谷，鹽化污水含硒量已達(dá)到4 200mg/l。濕地環(huán)境受該廢水污染，出現(xiàn)高比率的水鳥(niǎo)胚胎畸形和死亡的硒中毒現(xiàn)象。kharaka等人試驗(yàn)得出，采用納濾技術(shù)處理加利福尼亞谷的重污染廢水，可截留95%以上的硒和90%以上的其他多價(jià)陰離子。

納濾膜處理大量污水且所需壓力低，預(yù)處理步驟少，成本低，處理含硒的農(nóng)業(yè)排放廢水為其他含硒廢水提供了突破性的處理方法。在金屬加工和電鍍工業(yè)中清洗水和電鍍液中常含有濃度較高的重金屬離子，如銅、鎘、鎳、鐵等，采用納濾膜可使這些金屬離子濃縮10倍，并回收90%以上的廢水。利用某些金屬離子在一定氯離子濃度下可形成荷電和非荷電絡(luò)合物的性質(zhì)，用荷電納濾膜可將它們分離開(kāi)，如鎘和鎳在氯化納濃度為0.5mo1/l時(shí)，前者以電中性絡(luò)合物的形式存在，而后者形成荷正電絡(luò)合物，于是帶正電的納濾膜可截留鎳離子，實(shí)現(xiàn)兩種離子的分離”。

結(jié)束語(yǔ)

半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，膜分離完成了從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，成為一項(xiàng)節(jié)能的新分離技術(shù)。膜分離技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用既保護(hù)環(huán)境，又回收有用物資。除上述應(yīng)用外，膜分離技術(shù)在電鍍廢水、電泳漆廢水、纖維工業(yè)廢水、食品加工、醫(yī)療醫(yī)藥、攝影廢水和放射性廢水等方面也都有很多應(yīng)用。但是膜技術(shù)畢竟還是一門(mén)年輕的發(fā)展中的綜合性學(xué)科，膜分離技術(shù)正處于發(fā)展上升階段，無(wú)論是理論上還是應(yīng)用上都還有很多工作要做，所以還需要不斷探索，不斷開(kāi)發(fā)新的過(guò)程，研制新的材料，將膜技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和*，使它在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。