膜分离技术的应用与进展探讨

　　摘要：膜分离技术在现代技术领域中是一项高新技术行业，在许多领域都有着重要应用，对其进行分析是十分必要的。文章介绍了膜分离技术的原理、分类、特点，阐述了其在废水处理、饮用水处理、海水淡化、大气污染控制中的应用。 

　　关键词：膜分离技术；废水处理；饮用水处理；海水淡化；大气污染控制 

　　膜分离技术在现代技术领域中是一个高新技术行业，虽然早在200年前人们就发现了膜分离现象的存在，但是第一张工业用膜直到20世纪60年代才出现，至此之后膜技术才进入了快速发展阶段。虽然膜技术的发展时间不长，并且因为其自身具有的独特优越性得到了广泛的应用和快速的发展，使其在多个领域中有了广泛的应用。 

　　1 膜分离技术 

　　1.1 膜分离技术的原理 

　　膜分离技术在应用中使用半透膜对物质进行分离，在对物质进行分离是在常温以下时，将膜两侧的电位差或电力差作为推动备分离为动力，对溶剂和溶质进行分离、浓缩、钝化。人工合成和天然高分子高分子薄膜是膜分离技术中常用的薄膜，将电位差或外界能力作为动力，对多组分流物质或双组分进行分离—提纯—富集。目前常用的膜分离技术有纳滤、气体分离、液膜等方式。 

　　1.2 膜分离技术的分类 

　　超滤截留的相对分子质量集中在1000～100000范围内，在操作过程中，选择特定的相对分子质量膜可以实现将目标产物与杂质的分离。在生产化产品中早就实现了对超滤技术的应用，并且该技术相对来说比较成熟，目前其在生物制品的生产中已经得到了比较广泛的应用，其主要应用于生物制品在生产过程中的分离与浓缩操作。 

　　纳滤主要截留相对分子质量处于200～1000范围的分子，对其进行应用可以使溶液中的无机盐和小分子通过。通过纳滤对抗生素进行提取可以通过以下两种方式进行：（1）通过纳滤对萃取的抗生素发酵溶液进行处理，从而将溶液中的无机盐和水提出，然后通过萃取剂完成萃取工作，通过这样的操作方式可以适当减少在萃取过程中对萃取剂的使用量，提高经济效益；（2）先利用萃取剂对抗生素进行处理，利用纳滤浓缩萃取液，这种操作过程能够改善萃取环境，提高处理效果。两种不同的处理方式具有较为明显的优点和缺点，因此在实际处理过程中应当依据期望目标和具体情况选择合理的处理方式。微滤是一种相对来说比较成熟的膜，其孔径大小在0.05～10μm之间，对其进行应用可以去除微粒、细菌等不溶物，这种过滤在国际上被称作绝对过滤，微滤的孔径较大，其在应用过程中通透率较高，并且其造价相对来说较低，具有广泛的应用范围。 

　　1.3 膜分离技术的主要特点 

　　膜分离技术在应用过程中具有如下特点：（1）膜分离过程的完成需要压力的作用，可以在常温下进行，适用于果汁、药物、对热物体比较敏感的物质等，同时也适用于对水和大气的处理；（2）膜分离并不会使物质发生相对变化，不需要破坏物质分子（原子）结构，因此该技术对能量的需求相对来说较少；（3）膜分离技术的驱动力为压力差，装置简单，实际操作也十分简单；（4）膜分离技术具有广泛的应用范围，从微粒到微生物，甚至到离子极都有着其应用的空间。 

　　2 膜分离技术在废水处理中的应用 

　　生活废水和工业废水大量的排入到水体中将会对水质造成较为严重的破坏。为了改善环境，并对废水中存在的一些有用物质进行回收，应当采取合理的方式对生活废水和工业废水进行处理，确保废水达到排放标准，不会对环境造成污染。 

　　纳滤和超滤技术经常被应用在废水处理中。将纳滤技术应用到城市污水处理中，可以有效降低城市废水的色度、浑浊度、有机物的含量；城市污水在经过超滤处理后，可以将其用于冷却循环水源，这大幅度地提高了对水的利用。此外，对毛织和毛皮加工过程产生的洗毛水进行处理，采用超滤技术可以对废水中的羊毛脂进行回收，通过处理后的洗毛水的浓度下降8～22倍，对于脂的截留率能够超过80%，COD去除率也超过80%。 

　　纳滤技术经常被应用到工业重金属废水处理中，应用纳滤技术对重工业生产过程中产生的废水进行处理：一方面可以实现对90%以上的废水进行回收，使其钝化；另一方面可以使肺水肿的金属离子含量浓缩约10倍。将纳滤膜应用在造纸废水处理中，不仅可以实现对废水中COD（约90%）的处理，而且其膜通量与传统的聚砜超滤膜相比更高。在石油工业中对纳滤技术进行应用：一方面可以去除酚（95%）；另一方面也可以去除工业废水中的镍、钛、汞等高价金属，降低石油废水对环境的污染。在食品工业废水中应用超滤——纳滤组和对制造大豆乳清废水处理实验进行深度研究发现，通过纳滤对经处理后的乳清洗废液进行浓缩，浓缩后的溶液中的总糖总截留量约为75%。 

　　对工业废水和生活污水进行处理，降低其对环境的污染是人们不断追求的目标，前人针对废水处理过程中采用的膜分离技术表明，在工业废水和生活污水处理过程中应用纳滤膜技术取得了不错的效果，对废水进行科学合理的处理：一方面降低了废水对环境造成的污染；另一方面通过处理后的水可以被回收利用，不仅节约了水资源，同时也降低了能量消耗，具有良好的社会效益和经济效益。但是从实际情况来看，产生工业废水的种类较多，工业废水中的污染物各不相同，因此在分离过程中需要分离的成分也各不相同，通过纳滤处理的溶液是否会引起二次污染还有待人们的探究。除此之外，随着膜在处理过程中应用时间的延长，膜通量也会下降，对其进行长时间的应用，膜通量将会下降到一个经济性无法允许的程度。因此，生活污水和工业废水中对膜分离技术的应用中，如何延长膜过流时间，增加膜的通透量，简捷的膜再生方法都是有待人们进一步研究的内容。 

　　3 膜分离技术在饮用水处理中的应用 

　　过去很长一段时间内，人们在对饮用水的处理上都通过氯对饮用水进行消毒，近几年研究结果表明，高投放氯量将会引发一系列的问题。例如，饮用水中的抗氯原病体难以被杀死，并且增加了三卤甲烷（一种致癌物）的形成几率，极容易造成化学污染的发生。在饮用水处理中对应用膜技术进行应用很好地克服了传统对饮用水处理的局限性，为人们提供优质的水源，不仅能够降低饮用水的浊度，将饮用水中的锰化合物和铁去除，而且在处理过程中可以减少对混凝剂的使用量，UF（超滤）可以完成对部分有机物的截留，RO（反渗透）和NF（纳滤）可以将饮用水中的有机物和病毒完全去除，MF（微滤）和UF能够降低饮用水的浑浊度。 

　　从目前水处理的整体趋势来看，UF具有不错的应用前景，这主要因为UF的孔径通常都约为0.01μm，在对饮用水处理过程中不仅可以去除掉对人体有害的病毒，而且能够保留住人体需要的微量元素，并且膜在应用过程中不易遭受微颗粒的污损。RO和NF更多的应用在纯净水处理中，RO可以是应用水中的NH4+的浓度下降到0.2mg/L，从而抑制了硝酸盐的形成，NF可以去除水中约90%的二价离子（其中主要包括Mg2+、Ca2+），很适合去除在进行水消毒过程中所产生的三卤甲烷中间体、农药、杀虫剂等残余物，从而实现水软化。 

　　膜技术已经被广泛地应用在饮水处理中，UF和MF技术已经处理了大量的饮用水。法国的部分研究人员在对UF的应用中结合了PAC（粉末活性炭），研制成了CIRSTAL工艺，在许多大型水厂中都得到了广泛的应用。 

　　4 膜分离技术在海水淡化和大气污染控制中的应用 

　　4.1 膜分离技术在海水淡化中的应用 

　　地球上具有丰富的水资源，但是其中约97%的水资源都是海水，海水的盐含量很高，要想对海水进行使用，就必须对其进行淡化处理。海水淡化可以通过RO、MED（多级蒸发）、VC（压力蒸馏）完成。对这些应用方法进行对比，不难发现RO在应用过程中具有以下优势，如能耗低、费用低、建造周期短等，因此其已经成为了目前海水淡化的一项主要手段。中东地区的一些国家在海水淡化过程中已经开展了对RO的应用，其中沙特具有多家海水淡化工程。目前，我国辽宁省和浙江省也兴建了反渗透化装置。 

　　4.2 膜分离技术在大气污染控制中的应用 

　　人类的生活和生产会产生大量的污染气体，例如石油或煤的燃烧可能会形成硫氧化物，引发酸雨，氦氧化物可能会导致光污染的形成，而氯氟烃可能会对大气的臭氧层造成破坏。利用膜分离技术对人类生活和生产排放的气体进行处理，与传统方法相比具有高效、节能、不产生二次污染、回收有机物等诸多优点，膜处理技术已经被广泛地应用在天然气分离、石油化工厂对氢气的回收、脱除酸性气体等各个方面。特别是在回收蒸汽方面，膜已经被发达国家商品化，具有很好的商业价值。我国吉林大学利用大连化学物理研究所的膜分离装置对排放气体中的烯烃进行分离，取得了不错的经济效益。此外，分离技术在空气脱湿、天然气脱H2S、CO2中也都有着不错的应用空间，应当加强对此方面的关注。 

　　5 结语 

　　膜分离技术具有设备简单、分离效率高、节能等诸多优点，其在环境工程领域中的应用有着巨大潜能。但是对膜分离技术的应用要理性，总的来说，目前膜分离技术在应用过程中还存在成本偏高、已遭受破坏等问题，这些问题的存在在一定程度上阻碍了膜技术应用范围的进一步扩大与发展。因此，为了扩大膜技术应用范围，促进膜技术的发展，在日后研究过程中更应当降低膜的成本、提高其抗污染能力、延长膜的使用寿命，对膜分离技术进行组合应用，提高分离效果，从而扩大膜分离技术的应用范围，促进膜分离技术的发展。 

　　参考文献 

　　[1] 简武，冯玮隽，沈玲玲.膜分离技术在水处理中的研究及应用进展[J].绿色科技，2012，（3）. 

　　[2] 钱伯章.膜分离节能技术的国内外应用进展[J].化工装备技术，2012，（4）.