膜分離技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用

趙慶山

摘 要：人類生產(chǎn)生活離不開水資源，水資源利用后的回用及排放十分重要。在眾多水處理技術(shù)中，膜分離技術(shù)是一種較為新型且高效的分離凈化方法。該文主要介紹了膜分離技術(shù)在飲用水凈化、造紙行業(yè)、海水淡化、分離重金屬等方面的應(yīng)用，同時總結(jié)膜污染后不同清潔技術(shù)的相關(guān)原理。

關(guān)鍵詞：膜分離；水處理；膜污染；膜清潔

中圖分類號：X703 文獻標志碼：A

1 膜分離技術(shù)簡介

隨著現(xiàn)代生物學和物理學的快速發(fā)展，膜分離技術(shù)應(yīng)運而生。這是一種具有選擇透過性的，由無機材料或有機高分子材料制作而成的多孔薄膜，其原理是在外力的作用下，小分子物質(zhì)通過薄膜，大分子物質(zhì)被截留在膜的另一側(cè)，從而達到物質(zhì)分離的效果。在水處理方面的應(yīng)用中，膜分離技術(shù)可以使分子量較小的水分子順利通過，而將水中的鹽類、無機物等分離出來，從而達到水提純、凈化的要求。膜分離技術(shù)相對傳統(tǒng)的水處理技術(shù)來說，整體處理結(jié)構(gòu)較為簡單，占地面積小，不必使用其他化學藥劑，運行過程高效、便捷。

隨著制造業(yè)技術(shù)的不斷提高，很多材料都可以用于過濾膜的生產(chǎn)，這使膜分離技術(shù)成本降低，可以廣泛應(yīng)用于生物制藥、化工生產(chǎn)和食品制造等多個行業(yè)。在世界水資源緊張的今天，對生活污水、工業(yè)冷卻循環(huán)水、工業(yè)廢水等進行充分處理，使之滿足排放、回用、回灌標準變得越來越重要。我國在此方面的研究相對于發(fā)達國家起步較晚，更應(yīng)該采用資源節(jié)約型和環(huán)境友好型材料充分利用和發(fā)展膜分離技術(shù)，保護人類賴以生存的水資源。膜分離技術(shù)分為很多種，其中包括電滲析（ED）、微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）和膜生物反應(yīng)器（MBR）等。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多價格低廉、易得的材料可以用于加工過濾膜，但是膜的清洗和再生也是十分重要的，這也是很多科研人員的研究課題。

2 膜分離技術(shù)的應(yīng)用

2.1 凈化飲用水

在飲用水凈化過程中，除了要去除水中無機鹽、有機物等常見污染物，更重要的是去除水中微生物及其產(chǎn)生的化學物質(zhì)。如果其進入人體，可能會導致一些疾病的產(chǎn)生，如痢疾、霍亂、傷寒、傳染性肝炎等，對身體健康造成很大問題。膜分離技術(shù)可以有效解決此類問題，通過控制膜表面空隙的大小決定可以通過膜的物質(zhì)種類，去除水中致病菌。同時，膜分離技術(shù)還可降低飲用水的濁度和色度，提高飲用水質(zhì)量。在使用膜分離技術(shù)的過程中，基本上不需要向原水中添加化學成分，對原水體的影響也較小，降低水處理成本，更適用于大規(guī)模的飲用水處理系統(tǒng)。

2.2 造紙行業(yè)水處理

造紙行業(yè)對于水的使用是大規(guī)模的，同時水的質(zhì)量也影響到出廠紙張的品質(zhì)。在造紙的過程中，改變紙張的性能這一步驟是必不可少的，大部分的企業(yè)會選擇使用涂布技術(shù)改變紙張性能。隨著該技術(shù)的使用，大量涂布廢水隨之產(chǎn)生，此種廢水主要含有顏料、乳膠等化學成分，絕不可直接排放。同時其中還有一部分化學物質(zhì)因其成本較高，如果通過一定手段提取再利用，也可提高企業(yè)利潤。因此很多企業(yè)選擇添置膜分離水處理設(shè)備。將廢水通過設(shè)備后，清水部分符合國家排放標準，可以正常排放且不會污染環(huán)境；另一側(cè)截留下來的化學藥品可通過處理繼續(xù)用于產(chǎn)品制造。這種既可以保護環(huán)境又可以降低成本的水處理設(shè)備對于企業(yè)未來發(fā)展是不可或缺的。

2.3 海水淡化

很多沿海國家或城市，由于受到海水侵蝕，淡水資源較為匱乏，但是海水資源相對豐富，這就使很多研究人員將研究目標轉(zhuǎn)向海水淡化后用于生活、飲用、生產(chǎn)等方面。常用的海水淡化方法包括蒸餾法、電滲析法、反滲透法等。反滲透技術(shù)相對其他2種淡化方法，擁有能耗較低、效率較高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，這些優(yōu)點使該技術(shù)迅速在很多國家和地區(qū)發(fā)展起來，如澳大利亞、美國等。同時澳大利亞使用風能提供海水淡化設(shè)備所需的能源，使整體建造及運作更為綠色、環(huán)保。

2.4 分離重金屬

工業(yè)的迅速發(fā)展離不開金屬材料，在金屬材料制造的過程中，常使用大量的水沖洗金屬表面，去除殘余的重金屬離子。原本企業(yè)對于這部分工業(yè)廢水的處理方法大同小異，均是使用各種化學藥劑使之與重金屬離子反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀，經(jīng)此工藝處理后的水基本可以符合國家關(guān)于工業(yè)污水排放標準，同時將其中可以回用的物質(zhì)收集再利用?，F(xiàn)代膜分離技術(shù)完全可以代替化學藥劑的投加，直接將含有大量重金屬離子的污水通過過濾膜，有研究表明，利用過濾膜技術(shù)處理過的工業(yè)污水可以去除99 %以上的重金屬離子，同時節(jié)省化學藥劑的成本費用。

3 膜污染與膜清潔技術(shù)

膜污染指的是原水經(jīng)過膜表面時，水中雜質(zhì)、膠體、大分子物質(zhì)與膜發(fā)生反應(yīng)停留在膜表面或者膜孔中，導致膜通量和分離效果降低，影響出水質(zhì)量。膜污染現(xiàn)象出現(xiàn)的原因有很多，象被分離物質(zhì)在截留后被吸附在膜體內(nèi)，或者由于截留側(cè)濃度不斷升高，導致膜通量降低等，這些皆可降低膜的使用效率。面對這種情況，對于膜的清潔是必不可少的。常用的清潔技術(shù)分為物理、化學、生物三大部分。

3.1 物理清潔方法

物理清潔方法主要包括低壓高流速清洗和反壓清洗這2種。無論使用其中的哪一種或者二者聯(lián)用，其主要原理是利用處理后的水對膜表面進行清洗以去除污染物質(zhì)。但是這類清潔方法并不能完全去除膜內(nèi)殘留的化學物質(zhì)，不適用于長期使用后的分離膜清潔工藝，因此需要與化學、生物等清潔方法聯(lián)合使用。

3.2 化學清潔方法

就常用的超濾膜來說，其化學清潔方法所需的藥劑主要包括酸、堿、螯合劑等。這些物質(zhì)可以有效地與殘留在膜表面的化學物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使之離開膜表面，恢復(fù)膜的分離效果。但是在使用清潔藥劑之前，必須明確需要去除的物質(zhì)有哪些，據(jù)此選擇合適藥劑，避免因藥劑使用不當改變膜結(jié)構(gòu)或性質(zhì)，造成膜損傷。象需要去除有機物，常使用EDTA作為螯合劑；去除氧化鐵，選擇酸性清洗劑等。

3.3 生物清潔方法

生物清潔方法主要分為兩大類：一類是使用微生物等具有生物活性的物質(zhì)作用于膜表面，除去其中污染物；另一類是將某些生物制劑固定在膜表面，這種生物制劑可以與某些被分離的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，改變其化學、生物性質(zhì)，使之不能在膜表面滯留，提高膜抗污染的能力。這2種方法的作用原理不同，但是效果均可達到膜的再生標準，有助于降低運行成本。

4 結(jié)語

膜分離技術(shù)因其眾多優(yōu)點將成為更多科研人員研究的重點，隨著環(huán)保意識的不斷增強，該技術(shù)的發(fā)展將更加符合不同水質(zhì)的實際需要，在更多水處理領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。同時，開發(fā)抗污染性能強、易清潔的分離膜也將是研究人員需要克服的難點。

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