膜技术在水处理中的应用与发展

膜技术在水处理中的应用与发展

杨大为

天津创源碧凯环境工程有限公司 301800

摘要：随着社会经济和城市化进程的发展，水资源紧缺和水环境污染已经成为限制社会经济发展的关键因素并且日趋严峻。这个时期膜分离技术应运而生，由于其技术简单高效，可有效应对我国现阶段的水环境治理问题，对我国水处理的发展和方向具有重要影响。使用膜技术进行水资源净化可以大大提高产水水质，降低水中有害物质含量，提高水资源的利用率，在中国水环境资源化过程中将发挥重要作用。

关键词：膜技术；水处理；应用；发展

1 前言

随着社会经济和城市化进程的发展，水资源紧缺和水环境污染已经成为限制社会经济发展的关键环节并且日趋严峻。膜分离技术应运而生，该处理技术简单高效，不仅可以去除水中的胶体、悬浮物和细菌病毒，还可以选择性的进行一二价离子的去除，在污水处理、自来水净化、特种分离和海水淡化等领域有着广泛的应用。本文重点阐述膜技术在水处理领域中的应用，不仅可以提高水资源的再利用率，缓解我国水资源短缺的问题，而且大幅改善我们自来水和排放水的水质，社会和经济价值显著。

2 膜技术概述

2.1膜技术原理

膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。与其他传统的分离方法相比，膜分离具有过程简单、经济性较好、往往没有相变、分离系数较大、节能、高效、无二次污染、可在常温下连续操作、可直接放大、可专一配膜等优点。另外膜过程特别适用于热敏性物质的处理，所以在食品加工、医药、生化技术等领域具有独特的适用性。膜技术处理废水的基本原理是利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程，废水经过膜技术处理后，出水水质量非常好，可以达到回用水质标准，实现循环利用。如果能够合理的运用膜技术将会为社会带来巨大的经济效益。

2.2膜技术作用

在膜技术中水分子可以自由穿过膜孔，而粒径较大的物质将被截留在膜表面。在驱动力的作用下，可使溶液中的物质与其他杂质有效的分离，经过这种分离过程能获得较为纯净的产水，作为废水处理后期的深度处理技术能达到提高水质的作用。膜分离过程属于物理分离过程，物质穿过分离膜并未发生化学变化，因而它的能量转化率非常高，分离的效率也很好，还具有节能、可操作性强、自动化程度高等其他的优点。随着研究的不断深入和应用技术的不断成熟，膜分离已经成为水处理领域不可或缺的处理技术，给社会带来更大的经济效益和环境效益。

3 膜技术在水处理中的应用分析

3.1微滤膜技术的应用

微滤膜技术是最早被提出并应用，且应用最广的一种膜技术，它主要应用于饮用水生产的预处理和初级处理环节，可以有效清除原水中的固体颗粒、悬浮物、细菌等其他物质。在应用微滤膜技术对污水进行处理时，为达到良好的处理效果，往往需要将微滤膜技术结合其他水处理方法来共同对水进行处理，如生化处理、混凝沉淀技术等。

其中最好的技术结合莫过于膜生物反应器技术。该技术是集生物反应器的生物降解和膜的高效分离于一体，是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的新型高效污水生物处理工艺。膜生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，与传统的生物处理方法相比，具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点，是目前最有前途的污水回用处理技术之一。目前我国经济发达地区的污水处理厂，均采用了先进的膜生物反应器处理工艺，给当地带来了可观的环境和经济效益。

3.2超滤膜技术的应用

超滤膜技术是一种膜透过溶液过滤、分离、浓缩技术，在驱动力的作用下，溶液中的小分子量溶质、溶剂能够穿过超滤膜上的微孔，大分子溶质、杂质、藻类、病毒则将被滞留在膜另一侧。超滤膜技术清洁效率高于其他水处理工艺，整体处理效果以及质量有着明显的优势，在环保工程水处理中的应用，能够进一步减少水处理过程中化学药剂的用量，在控制了水处理成本的同时也有效防范了水处理造成的各种二次污染。由于超滤运行过程中可以投加适量的氧化剂或消毒剂，可有效抑制微生物的滋生，可以达到净化水体的作用，同时保持超滤膜的稳定运行。在超滤膜技术的实际应用中，大多数自来水厂和再生水厂可以通过超滤膜技术实现水处理设施的自动化运行，运营维护简单，产水水质稳定洁净，多方面提高了水厂的经济效益。超滤还应用在食品和医药工业，乳清超滤回收其中的蛋白质，是乳品工业中应用最大的一个领域，牛奶经超滤可增加奶酪得率，该工艺正逐步取代传统工艺，将有很大经济效益。

3.3纳滤膜技术的应用

纳滤(Nanofiltra tion, NF)是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术, 纳滤膜的孔径为几纳米，纳滤技术因此而得名。纳滤技术无任何化学反应，无需加热, 无相转变, 不会破坏生物活性, 不改变风味、香味，因而被越来越广泛地应用于水处理、食品、医药工业中的各种分离、精制和浓缩过程。NF技术在水处理中的应用主要包括:饮用水的净化、软化, 电子、半导体、生物以及医药生产领域超纯水的制备、受污染表层水和地下水及

工业废水的净化处理等。纳滤膜最大的应用领域是饮用水的软化和有机物的脱除。传统的饮用水处理主要通过絮凝、沉淀、砂滤和加氯消毒来去除水中的悬浮物和细菌，而对各种溶解性化学物质的脱除作用很低。纳滤膜可以去除消毒过程产生的微毒副产物、痕量的除草剂、杀虫剂、重金属、天然有机物及硫酸盐和硝酸盐等。因此称为21世纪饮用水净化的首选技术。目前我国大部分家用净水机已经开始采用纳滤作为直饮水的处理技术，也有部分地区的开始采用“超滤+纳滤”的高标准工艺作为自来水厂的终极净化工艺。

3.4反渗透膜技术的应用

反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。表面微孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。因此反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。反渗透技术已成为海水和苦咸水淡化、纯水和超纯水制备及物料预浓缩的最经济手段，我国已经将这种技术广泛应用在各地区大型脱盐水处理中，较为典型的有辽宁长海、山东威海与浙江舟山等。这就说明脱盐水处理工作有助于对水资源紧缺现象的缓解，有助于减轻水资源压力，有助于维持社会的稳定。随着该项技术的全面推广，反渗透技术将成为21世纪解决缺水地区饮用水的主要手段。

4 膜技术在水处理过程中的发展趋势分析

目前已经成熟和不断研发出来的微滤、超滤、反渗透、纳滤、渗析、电渗折、气体分离、渗透汽化、无机膜等技术正在广泛用于石油、化工、坏保、能源、电子等行业中，并产生了明显的经济和社会效益，特别是它将对21世纪的工业技术改造，起着重要的战略作用,它将在人类社会的发展史上起到不可替代的重要作用。在未来的发展中，膜生产企业需注重技术创新，拓展水处理膜的应用。

4.1 开发膜工艺新的应用领域

在水处理膜技术应用中，处理效果的关键在于膜材料和应用领域的开发。在未来的发展中，企业需开发新的膜材料，在保障水处理膜功能的前提下，增强水处理膜的性能，延长水处理膜的使用寿命，降低生产能耗，实现环保绿色生产。比如，针对水处理中的盐和重金属杂质，可研发微滤膜;针对水处理中的酸性/碱性液体，可研发耐高浓度酸碱的生物膜;针对高温水处理，可研发耐高温的生物膜;针对水处理中的有机物杂质，可研发超滤膜;针对含油废水的处理，可研发反渗透膜等^[1]。

4.2 提升膜产品性能

结合当前的水处理膜应用，水处理膜性能优化是必然发展趋势性能，具体提升方向如下：第一，抗污染性能，水处理膜应用时，普遍存在污染物堵塞问题，膜生产企业需增强膜产品的抗菌能力和清洗恢复性，保障水处理效果；第二，膜通量，该性能与水处理膜的处理效率联系密切，还会影响水处理膜的使用寿命；第三，机械强度，部分水处理场景的条件较为恶劣，要求膜的机械性能更好。同时，研究机构及膜生产企业可将工作重点放在复合膜中，将多种性能集于一体。

4.3 加强膜产品回收再应用

近年来膜技术广泛应用在市政、石化、印染等行业里，带来的一个问题是：大量使用后的膜产品需要处理，由于大多数膜产品都是有机膜，废旧膜回收和处理面临一个不小的难题。目前有一些企业开始对使用后的反渗透膜元件进行回收二次使用，即对于脱盐率不达标的膜元件替换下来，用在脱盐率不高和微量有机物的去除方面，这种方案就很经济、而且环保。还有像国内碧水源等膜企业，开始对废旧膜丝进行回收，精制成原料再投入膜生产，这点还是值得行业借鉴和学习的。

5 结论

综上所述，随着水处理膜技术的发展，水处理的效果有很大提升，相关专家需加强水处理膜技术的研发。通过本文的分析可知，在未来的水处理膜技术发展中，相关人员需开发新的应用领域、提升膜产品性能、加强膜产品回收再利用，提升膜法水处理的效果和质量，促进水资源的最大化利用。如果在这几方面的问题能更好的解决的话，膜分离技术将会在国民经济中发挥更为重要的作用，特别是它将对21世纪的工业技术改造，起着重要的战略作用,它将在人类社会的发展史上起到不可替代的重要作用。

参考文献

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