摘要：近年来膜产业得到了快速发展，膜组件系统已经国产化。膜分离技术在城市给水、废水处理中发挥重要作用。膜技术在饮用水领域的应用可在以下几方面进行拓展研究：研发适合低污染水源水和农村水源特点的无药剂一体化膜处理技术；优化城镇给水厂膜法水处理技术体系针对水质突变对超滤膜运行特性的影响；研发应对水质突变的应急处理技术与超滤组合工艺强化处理技术。

关键词：膜分离法；水；废水处理；应用

1膜分离技术原理

膜分离技术是一种通过膜对不同分子之间的选择性传输实现分离、浓缩等目的的技术。膜分离技术可以通过不同膜的选择性吸附、过滤、离子交换、渗透等作用来实现目的。膜分离的基础是膜具有选择性、通透性，这种选择性、通透性使得不同大小、形状、化学性质的物质能够以不同的速率穿过膜。

常见的膜分离技术主要包括以下4种分离机理。（1）过滤。通过过滤的方式实现分离是膜分离技术最基本的应用。过滤膜的选择性在于孔径的大小和形状，通过选择不同的过滤膜，可以实现不同分子之间的筛选。例如通过过滤膜对污水、饮用水等进行深度的过滤和净化。（2）吸附。吸附法主要利用膜对不同物质的亲和力来实现分离。通过材料的亲和力实现物质的吸附，将目标物分离出来，这种分离方法适用于极性小分子和中等分子的分离。（3）离子交换。离子交换法主要利用膜对离子的亲和性来实现分离。离子交换膜通常是一种带有离子交换基团的聚合物膜。这种聚合物膜可以在水中吸附带电离子，并通过交换作用或拉电作用与水中的带电离子进行交换，实现对离子的选择性分离和集中。（4）渗透。在渗透过程中，溶质浓度区域的液体从高浓度流向低浓度区域的液体。通常使用逆渗透膜来实现这一过程，逆渗透是将一种水溶液压缩到逆渗透膜上的压力最大限度，然后分离溶液成分的一种分离方式。与传统的过滤器不同，逆渗透膜能够过滤掉非常小的杂质和离子，从而实现水的净化和去除盐分的作用。

2膜分离法在水和废水处理中的应用

2.1膜分离技术在给水中的应用

在饮用水处理方面，膜分离技术是快速过滤的一种方法，已在饮用水的深度处理上得到广泛应用。

微滤在自来水厂中较为常见。日本有30多家自来水厂采用陶瓷膜过滤系统生产饮用水。在国内，广东省顺德市五沙自来水厂扩建工程较早地采用了微滤膜分离技术，出水浊度达标、适应水质变化能力较强，但投资及运行费用较高。微滤膜常与其他方法连用，以避免单一的微滤膜在去除有机物时能力不足，常见的是在膜处理工艺前加装预处理单元（如加入混凝剂或活性炭粉末等），既能降低膜出水中天然有机物（NOM）的含量，还能减缓膜污染。

纳滤膜和超滤膜均可用于城市供水系统。但由于纳滤膜的能耗较高，城市供水系统应用的主要是超滤膜。传统的混凝-沉淀-过滤-消毒的常规处理工艺存在微生物安全风险、DBPs等水质问题，而单独的超滤膜分离技术对颗粒物、藻类等去除效果较好，对DOC的平均去除率为9%，但对水中小分子有机物去除率低。超滤膜技术受膜污染导致的膜通量下降、辅助设备维护等原因影响，运行维护成本较高，其置于臭氧活性炭组合工艺滞后，可以对微型动物和各种病原微生物进行有效拦截。东营市南郊自来水厂采用超滤膜分离技术和二氧化氯消毒，既减少了出水中氨氮和消毒副产物的生成，又保证了出水达标。

纳滤膜在给水中，常用于处理低浊、高硬度、高有机物的源水。临汾市给水厂采用纳滤膜工艺处理部分的原水，再按一定的比例与常规工艺处后的水混合，符合水质要求。吴玉超等使用纳滤组合工艺再次处理常规工艺出水，对水中的TOC和UV245的去除率均超过95%，对微量有机物的去除明显好于臭氧-活性炭处理工艺。

2.2膜分离技术在制浆造纸废水处理中应用

制浆造纸过程中产生大量的废水，其中含有大量的悬浮物、有机物和其他污染物，这些污染物会严重影响水环境质量，因此需要采用适当的废水处理技术进行处理，以减少污染的影响。膜分离技术在制浆造纸废水处理中的应用非常广泛，主要应用于以下几个环节：

膜分离技术可以很好的去除废水中的悬浮物，通常采用微孔滤膜或超滤膜进行过滤分离，除去水中大颗粒的悬浮物和颗粒的石灰，纤维及其他杂质。

制浆造纸废水中含有较高的化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）等有机物质，这些有机物难以通过化学处理和生物处理去除，膜分离技术非常适合用于去除这些难以处理的有机物质，通常使用反渗透膜或纳滤膜进行过滤分离。

制浆造纸废水中含有较高的钠、钾、镁、钙等离子物质，膜分离技术可以使用离子交换膜或反渗透膜等进行过滤分离去除这些离子物质。

2.3生物膜应用

生物膜、膜生物反应器（MBR）和生物膜—膜生物反应器（BMBR）生物膜是由微生物附着在载体或填料上生长、繁殖形成，包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床、移动床生物膜反应器（MBBR）等。与传统生物法相比具有占地小、费用低、处理效率高等优点，被应用于含盐废水、石化废水等的处理。

由生物法和膜分离结合而成，其反应器中同时存在活性污泥和膜组件，可使废水受到生物降解和膜分离双重处理。根据原理不同分为萃取MBR、曝气MBR和固液分离MBR，根据膜组件和生物反应器结合方式的不同又分为分置式和一体式。与传统水处理技术相比，MBR具有占地面小、易改造、效率高、污泥产量少等优势，常被应用于石化废水的处理。随着研究深入，现已衍生出动态内循环反应技术（DMBR）等新型工艺。

将生物膜与MBR相结合的新型复合式废水处理技术，当前处于实验室研究阶段，与MBR相比因具有更好的脱氮、除磷效果、更好的减缓膜污染、去除悬浮物效果等优点而前景广阔。

采用厌氧—缺氧—好氧（AAO）-生物膜耦合工艺处理电镀废水，并探究其除有机物、氨氮和磷的效果。结果表明：COD脱除率稳定在89%，脱氮率可达70%～80%，除磷率大于65%。

采用具有高微生物负载量、多段筛选等优点的多段式膜生物反应器接种活性污泥和处理COD为600mg/L、盐度为2%的模拟高盐废水。结果表明：反应器在短时间内可成功启动，废水处理后COD、总无机氮（TIN）、总磷（TP）脱除率分别稳定在90%、95%、95%以上。

2.4微滤膜的孔径较大，通常用于废水预处理

Capar等通过超滤和纳滤从预处理后的废水中回收丝胶蛋白，回收率达到94%～95%。改性微滤膜的表面能够提高废水中不同微粒的分离效率。胡学兵等采用纳米ZnO和氧化石墨烯等材料对氧化铝陶瓷微滤膜进行改性，并将其用于含油废水的分离，改性膜表现出更好的油水分离性能。

结论

膜分离技术在工业废水处理领域发挥着重要作用，能够有效地将废水中的无机盐和金属与水分离并进行回收利用。一方面需开发高效、价廉的清洗方法提高膜分离工艺的生产效率，减少膜清洗对膜的损害。另一方面，需要改进膜材质，研发为耐污染、耐腐蚀的新型膜材料，以有效地抵抗废水中的污染物对膜的影响，提高膜的使用寿命和稳定性。

参考文献：

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