排水工程师：水处理中膜分离技术应用的研究

 

　　一前言
　　自从 1748 年法国科学家 Abble Nallet 发现了膜分离现象，即水能自然扩散到装有酒
精溶液的猪膀胱膜内，各国学者就开始了对膜的研究[1]。膜分离技术与传统的分离过程
如过滤、精馏、萃取、蒸发、重结晶、脱色、吸附等相比，具有操作简便，设备紧凑，工作环
境安全，节约能耗和化学试剂，无相变，无污染等特点，被认为是 21 世纪最有发展前途
的高新技术之一，将在 21 世纪的工业技术改造中起决定性的作用[2]。目前，膜分离技术
已广泛应用于各行各业，尤其在水处理的领域，现已遍布生活污水、工业废水（电厂废水、
重金属废水、造纸工业、印染废水、石化工业废水和医药废水）、生活饮用水等方面。
　　二．膜分离原理及其特点
　　膜分离技术是在外力推动下，利用一种具有选择透过性能的特制薄膜作为选择障碍
层使混合物中某些组分易透过，其他组分难透过被截留，来达到分离、提纯、浓缩作用的
技术[3]，其工作原理为：一是根据混合物中组分质量、体积、大小和几何形态的不同，用
过筛的方法将其分离；二是根据混合物不同化学性质进行分离，物质通过分离膜的速度
（溶解速度）取决于进入膜内的速度和进入膜表面扩散到膜另一表面的速度（扩散速
度），其中溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间化学性质。一般，膜的形态结构决
定其分离机理及应用方式。根据结构的不同，膜可分为固膜和液膜，固膜又可分为对称膜
（柱状孔膜、多孔膜、均质膜）和不对称膜（多孔膜、具有皮层的多孔膜、复合膜），液膜
可分为存在于固体多孔支撑层中的液膜和以乳液形式存在的液膜两种。
　　目前，常用膜分离技术可分为反渗透（RO）、超滤（UF）、微滤（MF）、纳滤
（NF）、电渗析（ED）和膜接触器（MC）等。在使用过程中，膜都需制成组件形式作为
膜分离装置的分离单元，工业上常用的膜组件形式有板框式、圆管式、螺旋卷式和中空纤
维式。后三种皆为管状膜，差别主要是直径不同：直径大干 10mm 的为管式膜，直径在
0．5～10mm 之间的是毛细管式膜，直径小于 0．5mm 的为中空纤维膜。管状膜直径越小，
则单位体积里的膜面积越大。废水处理中常用膜分离法如表所示[4]。
　　与传统分离技术相比，膜分离技术具有以下特点：①膜分离是可分离相对分子量为

“ ”

几千甚至几百物质的高效分离过程。②膜分离过程基本不发生 相 的变化，耗能低，能量
转化率高。③膜分离过程可在常温下进行，适用于热敏性物料如果汁、酶、药物等的分离、
分级和浓缩。④膜分离设备的运动部件少，结构简单，操作、控制、维修方便。⑤膜分离效
率高，设备体积小，占地少，适用范围广。

三、膜分离技术在生活污水处理方面的应用
　　1．超滤在生活污水处理方面的应用
　　超滤以压力为驱动力，利用超滤膜的高精度截留性能进行固液分离或使不同分子量
物质分级的膜分离技术。广泛应用于生活污水处理中的超滤膜过滤精度为 0．01 m，对胶
体、藻类、病毒、有机大分子等有很好的去除率。山西大唐国际云冈热电有限责任公司的生
活污水处理系统[6]，就是采用生物处理＋超滤的处理方案，经过长时间运行，结果证明