膜科学技术在水处理方面的进展与研究.doc

膜科学技术在水解决方面的进展与研究
邵思敏
化学工程与工艺专业 学号
摘要：综述了膜科学技术在给水解决、海水淡化、污水解决和特殊行业水解决中应用的最新进展，简要介绍了膜科学技术的基本工艺及其应用，并介绍了国内与国外在膜技术在水解决方面的发展情况。
关键词：膜、膜技术、基本原理、膜材料、水解决
1. 引言
水资源是人类不可缺少的自然资源，也是生物赖以生存的环境资源。对工业或生活废水进行解决，从而转化成可饮用或可再次运用的水已经成为解决水资源危机的一个重要途径[1]。
膜分离是在20初出现的，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术[2]。随着工农业生产增长的需要，膜分离工程在水解决领域将发挥越来越重要的作用。各种膜分离方法对于进水水质有不同规定，为达成合格的进水指标，必须对原水进行适当的预解决[3]，膜技术的应用给人类带来了巨大的环境和经济效益。
2. 膜科学技术的简述
膜分离技术是一门系统科学，它集成了高分子材料科学、物理化学、有机合成、化工分离、生物化工、化工机械等多个学科的科学知识，是一门多学科交叉的科学。
膜分离技术作为分离、浓缩、提纯及净化技术，具有分离效率高、操作方便、设备紧凑、工作环境安全、节能等优点，和其他传统分离技术相比，具有无可比拟的优势。特别是它在节能、环境保护以及水资源的再生运用方面的突出表现，使人们对膜技术的发展前景刮目相看[4]。

膜技术在水解决中的应用范围相称广泛，既可用于给水解决，也可用于废水解决，在某些特殊行业的水解决中也有涉足且其应用规模在不断扩大[5]。世界膜市场的快速发展，不仅自身形成了每年约百亿美元的产值，并且有力的促进了社会、经济及科技的发展。可见，发展膜分离技术对于社会、经济、科学发展都具有重要而深远的意义。
2.1膜分离技术原理
运用它们之间的物理或化学性质的差异进行分离是混合物分离的指导思想， 膜分离技术也是如此，它运用混合物的物理性质或者化学性质的差异，将其分离，以达成水解决的需求。
2.1.1运用物理性质的原理
膜分离技术可运用混合物的物理性质的不同，如质量、体积、大小、或者几何形状的差异，膜作为筛子使用，将其分离。
2.1.2运用化学性质的原理
混合物通过度离膜的速度可以当作是两个环节的速度。一个速度是从膜表面接触混合物进入膜内部的速度，即溶解速度。溶解速度取决于混合物和做分离使用的材料膜的化学性质。第二个速度是进入膜内后从膜表面扩散到膜另一面的速度，即扩散速度。扩散速度除了与混合物及膜的化学性质有关外，还与物质的相对分子质量有关。
3. 膜技术的种类
3.1反渗透分离技术
3.1.1基本原理
Lonsdale和Riley等人提出的溶解扩散理论较好地说明膜透过现象，该理论假定膜是无缺陷的完整的膜，溶剂与溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶质在膜中的溶解，然后在化学位差的推动力下，从膜的一侧向另一侧扩散，直至透过膜。溶质和溶剂在膜中的扩散服从菲克(Fick)定理。物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，并且取决于其在膜中的溶解度。溶质的扩散系数比水的扩散系数小得越多，高压下水在膜内的移动速度就越快，因此透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。
溶剂
溶液
膜
渗透
溶剂
溶液
∏=ρgH
平衡
H
溶剂
溶液
反渗透
p > ∏
p
反渗透是运用反渗透膜选择性地只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。
3.12膜材料
反渗透膜规定具有以下性能[6]
（1） 高的截留率和高的透水率；
（2） 强抗微生物侵蚀性能；
（3） 好的柔韧性和足够的机械强度；
（4） 抗污染性能好，使用寿命长，使用pH范围广；
（5） 运营操作压力低；
（6） 制备简朴，便与工业化生产；
（7） 耐压致密性好，具有化学稳定性，能在较高温度下应用。
40年来，醋酸纤维素在膜材料中占有十分重要的位置。其重要因素是：它与其他膜材料相比，虽然有其局限性，但是资源无穷无尽，其有无毒、耐氯、价格便宜、制模工艺简朴、便与工业化生产等优点；此外制的的膜用途广，水渗透流率高，截留率也好。尽管具有众多优点，但其抗氧化性能差，易水解，易压密，抗微生物侵蚀性能较弱等。因此，除对醋酸纤维素进行某些化学改性和接枝外，开发研究新的膜材料，也成为膜材料工作者研究的重要课题。
3.2纳滤分离技术
纳滤又称松散型反渗透，是介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术。它具有两个特性[7]：（1）对水中的分子量为数百的有机小分子成分具有分离性能；（2）对于不同价态的阴离子存在Donnan效应。物料的荷电性，离子价数和浓度对膜的分离效应有很大的影响。
和反渗透同样，纳滤可以去除水中离子和有机物，对2价离子去除率高达95%以上，对1价离子去除率较低(40%～80%)。纳滤的这一性能决定了其在生活饮用水解决上代替反渗透，具有保存一定矿物质又能去除有机物的优点。在发电厂水解决中，人们较多关注的是其用作循环冷却水解决，去除硬度防垢，以及用于循环冷却水排水的回收运用。纳滤的这种特殊性能，可用来解决发电厂生产中的其他问题，由于纳滤对有机物去除率高，可用于发电厂非经常性难解决有机废水的一次性解决等，也可应用于净水厂的水解决系统，如1993年巴黎郊区建成一座产水量为2800 m3/ d 的纳滤净水厂,运用经传统工艺解决后的地表水生产饮用水,此地表水通过三级纳滤系统解决,可有效去除其中的杀虫剂及THAs 前体[8]。
3.3超滤分离技术
3.3.1基本原理
超滤是一个压力驱动的膜分离过程，重要由筛除机理去除水中杂质，以压力差为推动力，分离膜的孔径在0.0015-0.02um之间，推动压力在100-1000kPa左右。超滤合用于分离大分子物质、胶体、蛋白质等，可有效取出水中的悬浮物、胶体、有机物等杂质，是替代活性炭过滤器和多介质过滤器的新一代预解决产品。
一般认为，超滤是一种筛分过程[9]。在一定的压力作用下，具有大、小分子溶质的溶液流过超滤膜表面时，溶剂和小分子物质（如无机盐类）透过膜，作为透过液被收集起来，而大分子溶质（如有机胶体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。
在超滤中，超滤膜对溶质的分离过程重要是：
（1） 在膜表面及微孔内吸附（一次吸附）；
（2） 在孔内停留而被去除（阻塞）；
（3） 在膜面的机械截留（筛分）。
3.3.2膜材料
目前，已经商品化的超滤膜材料有十几种。从大的方面来分，超滤膜材料可分为有机高分子材料和无机材料两大类。
1. 有机高分子材料
用于制备超滤膜的有机高分子材料重要来源于天然高分子和合成高分子材料。有资源丰富、亲水性强、成孔性好、价格低廉的纤维素衍生物；有抗氧化性好、化学性稳定、良好的力学性能、不易水解、耐酸碱的聚砜类；有力学性能良好、冲击强度高、韧性好、抗紫外耐老化、化学性稳定、耐酸碱和强氧化剂卤素的含氟类聚合物；尚有乙烯类聚合物等等有机高分子材料。
2. 无机材料
无机膜材料重要分为致密材料和微孔材料两类。致密材料涉及致密金属材料和氧化物电解质材料，对某些气体具有较高的选择性；微孔材料重要涉及多孔金属、多孔陶瓷和分子筛等材料。多孔金属重要采用Ag、Ni、Ti及不锈钢等材料；多孔陶瓷重要有氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛等耐高温腐蚀材料。
3.4微滤分离技术
3.4.1基本原理
微滤是以静压差为推动力[10]，运用膜的筛分作用进行分离的膜过程，其分离机理与普通过滤类似，但过滤精度较高，可截留0.03-15um的微粒或有机大分子，因此又称为精密过滤。
微孔滤膜的截留机理大体可分为四种；
（1） 机械截留作用 微孔滤膜可截留比膜孔径大或与孔径相称的微粒，及筛分作用；
（2） 物理作用或吸附截留作用 膜表面的吸附和电性能对截留起着重要的作用；
（3） 架桥作用 通过电镜可以观测到，在微孔滤膜孔的入口处，微粒因架桥作用同样也可以被截留；
（4） 网络型膜的网络内部截留作用 微粒截留在膜的内部而不是在膜的表面。
机械作用对微孔滤膜的截留性能起着重要作用，但微粒等杂质与孔壁间的互相作用也同样不可忽略。
3.4.2膜材料
微孔滤膜材料是影响膜性能的基本因素，因此材料的选择非常重要。一般来讲，材料的加工规定、耐污染能力和化学及稳定性是重要考虑因素。用于制备微孔滤膜的材料可以是有机高分子材料，也可以是无机材料。
有机材料中有天然高分子材料，比如硝酸纤维素、醋酸纤维素、再生纤维素等；有合成高分子材料，如亲水性材料聚醚砜（PES）、磺化聚砜、聚丙烯腈（PAN）、聚酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSF）、聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚醚铜（PEEK）等，疏水性材料聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等。
无机材料中有氧化铝、氧化锆等陶瓷，不锈钢、钨、钼等金属，微化玻璃和碳化硅等。
3.5电渗析分离技术
3.5.1基本原理
电渗析是在直流电场的作用下，溶液中的带电离子选择性地通过离子互换膜的过程[11]。溶液中的离子在电位差的推动下，通过荷电膜而同其他不带电的组分分开。阳膜为带负电的阳离子传递膜，阴膜为带正电的阴离子传递膜。
浓溶液
稀溶液
电极冲洗液
原料液
阳极
阴极
C
A
C
A

3.5.2膜材料
离子互换膜是电渗析器的核心部件，是一种膜状的离子互换树脂。但是必须指出，在电渗析中使用的离子互换膜，事实上并不是起离子互换作用，而是起离子选择透过作用，更确切地应称为离子选择性透过膜。
又阳离子互换材料组成的膜具有酸性活性基团，可解离出阳离子，它对阳离子具有选择透过性，称为阳离子互换膜，简称为阳膜；又阴离子互换材料组成的膜具有碱性活性基团，可解理出阴离子，它对阴离子具有选择透过性，称为阴离子互换膜，简称为阴膜。阳离子互换膜中有强酸型的磺酸型，中酸型的磷酸、膦酸型弱酸型的羧酸、酚型，混合型的苯酚磺酸；阴离子互换膜中有强碱型的季铵、吡啶季铵型，中、弱碱酸型的伯胺、仲胺、叔胺型，混合型的混合铵型；特殊离子互换膜中有表面涂层膜、双极膜、两性摸、镶嵌膜等。
3.6透析分离技术
3.6.1基本原理
透析是一种扩散控制的，以浓度梯度为驱动力的膜分离方法。溶液中的低分子溶质可从浓度较高的进料液侧，通过扩散透过膜，而进入浓度较低的透析液测。
3.6.2膜材料
透析膜是透析器的重要构成部分，抱负的透析膜材料应具有以下特点[12]：膜材料的纯度高，不具有任何对身体有害的物体；具有优良的生物相容性，对蛋白质物特异吸附；有稳定的物理、化学性能和良好的力学性能；能经受消毒解决二不影响结构、性能；加工成型方便，制的的透析膜的表面皮层应尽也许的薄，膜表皮层及支撑层的孔隙率尽也许高，已获得更高的通量；孔径分布应尽也许窄，使膜对所有被希望脱出分子的筛分系数都接近于1，即对某些溶质具有高渗透性清除率，并对大分子物质的泄露较小。透析器的封装材料还不能具有亚甲基二苯胺，不会释放环氧乙烷。
目前用于制备透析膜的材料重要有天然纤维素及其衍生物与合成聚合类两大类。纤维素类有醋酸纤维素、再生纤维素等；合成聚合物类涉及聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚砜、聚烯烃、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醚嵌段共聚物等。由于透析膜重要用于医疗用途，对膜材料的规定非常苛刻，因此可临床应用的膜材料只有少数几种，具体有铜氨法再生纤维素、脱乙酰基纤维素、醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚醚砜/多芳基化合物合金、聚砜、聚酰胺等几种。
3.7渗透汽化分离技术
渗透汽化过程(Pervaporation ,简称PV ,国内又称为“渗透蒸发”)是一种新型的膜分离过程,是运用混合液中各组分被高分子膜选择吸附溶解,及其在膜中扩散速度的不同,通过渗透与蒸发将各组分分开,从而分离或富集有机混合物中的某一组分。
渗透汽化技术用于液体混合物的分离,其突出的优点是可以以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸取等传统方法难以完毕的分离任务。它特别合用于蒸馏法较难分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物及同分异构体的分离;对有机溶剂和混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势;还可以同生物及化学反映耦合,将反映生成物不断脱除,提高反映转化率。所以,渗透汽化技术在石油化工、医药、食品、环保等工业领域中具有广阔的应用前景,是目前处在开发期和发展期的技术,国际学术界的专家们称之为21世纪最有前程的高技术之一[13]。
渗透汽化是运用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶解扩散性能的不同,实现组分分离的一种膜过程。液体混合物料流与膜的一侧接触,所有组分的蒸气分压均处在饱和状态。通过减少下游蒸气分压,可以保持膜两侧之间的蒸气分压梯度。渗透液以蒸气的形式离开膜面并冷凝,然后以液态形式移出。渗透液蒸发所需的热量也传递并通过膜,即渗透汽化是传热与传质相随着的过程。液态料液混合物提供蒸发焓,所以料液侧的温度会减少。
渗透汽化是同时涉及传质和传热的复杂过程,用于描述其传递过程机理的模型有多种,如溶解扩散模型、孔流模型、不可逆热力学模型、虚拟相变溶解扩散模型、非平衡溶解扩散模型等。其中普遍认可的是溶解扩散模型。根据溶解扩散模型,渗透物组分通过膜的传递分为3个环节:料液中渗透组分的液体分子在膜上
游侧表面溶解;然后扩散通过膜;最后在膜下游侧解吸进入汽相。简称为溶解 —扩散 —解吸。
4.膜技术在水解决中的应用
4.1膜技术在海水淡化中的应用
世界上淡水资源局限性，已成为人们同益关切的问题。作为水资源的开源增量技术．海水淡化技术已经成为解决全球水资源危机的重要途径。在海水淡化解决中重要采用的膜分离技术有反渗透、电渗析以及膜分离技术综合使用的方法。反渗透法于20世纪70年代起用于海水净化，通过几十年的发展，随着反渗透膜性能提高、预解决技术进步、能量回收率的提高等，已成为投资最省、成本最低、应用范围广泛的海水淡化技术．也是目前最清洁的方法。
（1）国内外发展现状
反渗透技术在开发最初就是为了使海水淡化，采用这种技术淡化出的海水水质非常优良，优于一般自来水水质[14]。采用膜分离技术淡化海水工程已相称成熟，继在舟山建成500m3/d反渗透海水淡化站后，又分别建成了如下海水淡化站：辽宁长海县1000m3/d、浙江师洒1000m3/d、山东长岛1000m3/d、山东威海2023m3/d的大型反渗透海水淡化站。2023年终竣工投产的大连石化5650m3/d反渗透海水淡化脱盐项目，海水RO装置脱盐率达99.5%。我国第一套具有世界水平的海水淡化装置日产水量200t，以及第一套沙漠地区苦咸水淡化均采用电渗析技术。但是随 着技术迅速发展，由于反渗透能耗更低，电渗析技术在海水淡化方面的部分应用市场已被RO取代。美国已建有38万m3/d的膜分离技术淡化厂，其采用的工艺是将反渗透膜组件与超滤、微滤、纳滤等组件有机的组合应用[15]。
（2）海水淡化流程
一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就重要工艺过程来说，涉及海水预解决，淡化(脱盐)、淡化水后解决等。其中预解决是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要解决，如杀除海生物，减少浊度、除掉悬浮物(对反渗透法)，或脱气(对蒸馏法)，添加必要的药剂等。脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分，这一过程除规定高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还规定有相应的的能量回收措施。后解决则是对不同淡化方法的产品水针对不同的用户规定所进行的水质调控和贮运等解决。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法．都存在着能量的优化运用与回收，设备防垢和防腐以及浓抽水的止确排放等问题[16]。
（3）淡化产品水的性质
淡化水水质指标分析
反渗透淡化由于反渗透膜的脱盐率可达99．3％。并且反渗透膜可以截留糖类、氨摹酸、细菌、病毒等物质，因此其产品水安全可靠，水质纯净，TDS仅为20～500mg／L。一般反渗透淡化水水质控制指标为细菌总数(MNP·100ML或CFU·100mL)、大肠杆菌(CFU·l00mL)、色度／度、pH、总溶解性固体、总硬度，挥发酚、硅、硼、钠、铁、氯离子、硫酸根、氟化物等。一般来讲，反渗透法所产淡化水。具有矿物质含量少、轻微腐蚀性和偏酸性(pH值为6．5～7．5)的特点。
反渗透法海水淡化产品水除硼外，其他指标均达成囝内外生活饮用水标准(GB 5749—2023、世卫组织饮用水准则、欧盟饮用水水质指令二及EPA 822一R一04—005)指标限值。
淡化水的后解决方法
对淡化水的进一步解决通常称之为海水淡化后解决。国外的研究认为：通过解决后的淡化水水质，当碱度>80mg／L、80 mg／L5时，可以保证管网不受腐蚀,满足进入市政管网的规定。
通常的后解决涉及下列过程：①矿化。②防腐蚀。③消毒。④强化脱出特定化学成分。一般情况下后处珲过程只采用上述一种或几种措施就能满足规定。例如，与原水混合或添加必要的矿物质(如钙、镁)能同时稳定产品水水质并保护供水系统免于腐蚀。再如。通常添加次氯化钙是为了杀菌消毒，同时也能增长一些矿物质钙。通常淡化厂的产品水与原水混合并加入次氯酸钙消毒后，可达成卫生安全和网管防腐蚀的目的。
（4）反渗透膜海水解决技术应用发展
全球海水淡化设备年均市场容量约40亿美元，中国海水淡化设备未来十年投资规模将高达120一140亿元．海水淡化发展进入黄金十年。相比南水北调，对于北方沿海地区，海水淡化在中固更具有现实价值。中国目前海水淡化产能约40一50月吨／日。2023年80—100万吨／日，2023年250—300万吨／日。未来十年产量增长5倍以上。近2023来．反渗透技术发展迅猛．现已成为海水淡化的重要技术。目前，全国研制并开发反渗透组件的单位有40余家．装置设备的生产公司600家以上。专家认为，反渗透技术之所以成为主流技术。是由于该技术比较稳定，工艺流程比较简朴，投资费省、能耗低等优点[17]。
4.2膜技术在污水解决中的应用
膜技术在废水解决方面的研究和应用几乎涉及到废水解决的各个领域，涉及电泳漆废水和石油、化工、纺织、食品加工、造纸、医药、机械加工等行业的废水解决。近年来，随着环境污染的加剧和水资源的枯竭，人们对水的循环再运用、深度解决的呼声和规定越来越高，如何尽也许多地回收运用现有的水资源已成为人们关注的焦点，废水作为一种资源的观点也逐渐被公众所接受。膜技术在废水解决中的应用也向综合运用方向转变，一些新的膜过程不断地得到开发研究，如膜软化、渗透汽化、膜蒸馏、支撑膜液、膜生物反映器、仿生膜及生物膜等过程的研究工作不断进一步。这些工作既以充足回收运用废水中的有价资源为目的，又在一定限度上推动了废水解决的深度，具有重大的环境效益和经济效益。
4.2.1工业污水的解决
（1） 石化废水解决。王立国等用中空纤维超滤装置在胜利油田河口水站对解决油田含油污水进行了实验，设计规模为1.5t/h，滤后水中的悬浮固体含量为0.56mg
/L，含油量为0.56mg/L，可满足地渗透油层注水的水质规定。2023年7月北京燕山石化年的污水回用项目采用超滤工艺。
（2） 含重金属废水解决等。在电镀加工和合金生产过程中，经常需要大量水冲洗，在这些清洗水中，具有浓度相称高的重金属如镍、铁、铜、锌等。G.Sznejer[18]用乳状液膜法解决含重金属锡的废水，取得了较好的效果。奥地利一家公司运用乳状液膜解决粘胶纤维厂含锌废水，能将含锌浓度为350mg/L富倍数达100以上。Marr[19]等运用乳状液膜解决粘胶纤维厂含锌废水，可以将废水中锌的质量浓度从350mg/L降至5mg/L，并已在中试的基础上进行了工业化。王士柱等建立规模的类似装置，在料液酸度较低的情况下，解决后锌的质量浓度可低质5mg/L，符合国家排放标准，此系统中既可解决污水，又可回收资源。根据Marr及王士柱等估算，采用该技术回收1kg锌，所需费用小于1kg锌的价格，可见环保效益与经济效益达成了统一。
（3） 造纸废水。膜分离技术装置可以在造纸工业中用于解决大量废水，减少造纸厂排放水的色度，生化耗氧量以及其他有害杂质，并使部分水得以循环运用。在解决污水的同时，还可以提取有用的物质。潘碌亭[20]等采用无流动载体组成的乳状液膜法解决造纸黑液，取得了良好效果。朱潇潇[21]等采用微滤预解决，再用纳滤膜解决造纸废水，微滤分离对溶解性有机物不能很好的去除，而在前解决中加入絮凝后，则能有效减少COD，纳滤膜可以很好的减少硬度，去除水中各种离子。
（4） 有机废水。刘国光[22]等用LMS-2为表白活性剂，煤油为膜溶剂，石蜡为膜增强剂，内水相解吸剂为氢氧化钠溶液的乳状液膜体系解决醋酸质量浓度为1000mg/L的废水，在适宜的操作条件下，醋酸的提取率可达96%以上，Wang[23]研究了用液膜法去除水溶液中的多种有机酸成分。
（5） 其他废水解决。沈阳化工研究院[24]所开发的液膜分离工艺从高浓度废水中回收可运用资源的技术于2023年获国家科技进步二等奖，其研究重要着眼于用液膜分离工艺从农药废水中回收酚，从含吡啶废水中回收吡啶化合物，从含氰废水中回收氰化物，并采用液膜分离工艺解决染料废水，均取得了良好的效果。

张力等采用超滤加反渗透的工艺对含氰废水进行二级解决，结果是对CN的截留率高于89%。李健等在对某针织厂印染废水的二级生化解决出水的水质进行研究后，采用微絮凝过滤加反渗透脱盐法进行解决，结果表白，反渗透系统出水水质达成《城市污水再生运用工业用水水质》标准，可回用于该厂生产中。某玉米加工厂采用厌氧消化超滤膜生物反映器解决玉米加工废水，COD去除率达成97%。丁杭军等采用一体式好氧中空纤维膜生物反映器解决医院污水，对氨氮的平均去除率分别为80%和97%，出水水质良好。20世纪90年代，美国通用汽车公司采用外置错流管式超滤膜生物反映器解决工业和生活混合废水，系统出水COD和BOD的质量浓度分别低于400mg/L和10mg/L。
4.2.2城市生活污水解决
城市人口的增多符合日前的社会发展形势，但随之而来的就有系列问题，其中水污染问题在城市问题中日益突出，集中解决城市污水成为水污染治理的首要任务。2023年终我国城市污水解决厂的平均运营负荷率为65%，比2023年提高了10%，尚有很大一部分的污水解决厂的解决能力低下，没有充足发挥作用。至2023年，在已建有污水解决厂的城市中，大约10%的城市污水解决厂运营负荷低于30%[25]。我国的城市污水解决尚有很长的路要走。
1967年世界上第一个采用MBR工艺的生活污水解决厂由美国的Dorr Oliver公司建成，解决能力为14m3/d。20世纪90年代中期日本有39座采用膜分离技术的污水解决厂运营，100多座高楼采用MBR法将污水解决后回用于中水管道[26]，这些系统的出水已达成深度解决的标准，并且系统占地小，管理方便，产泥量很小。1997年英国公司建立了当时世界上最大的污水解决厂，解决能力为2023m3/d，1999年又在Swanage建成了13000m3/d的MBR污水解决厂[27]。
在我国，徐元勤等采用规模为800m3/d的侵入式连续微滤膜装置对城市污水进行深度解决并回用。运营结果表白其出水水质稳定、良好、无色、无嗅，优于生活杂用水水质标准。熊丽等发现孔径在0.1mm左右的筛绢作为载体形成的自生生物动态膜在膜通量为13.9、16.7和20.8L/(m2.h)3种情况下均可稳定运营30d以上，对生活污水中的COD去除率大于90%，出水COD为20-30mg/L，污水中的悬浮固体几乎被完全截留、分离、除水中未检测到SS。
4.3膜技术在特殊水解决中的应用
4.3.1在食品工业的应用
膜分离技术应用于食品工业始于20世纪60年代末。一方面是从乳品加工和啤酒无菌过滤开始的。随后逐渐用于果汁、饮料加工、酒类精制、酶加工等方面。
西欧是将膜技术用于食品工业起步最早、应用最广泛的地区。20世纪80年代以来，日本对这方面开始重视，美国、澳大利亚、加拿大等国也紧随而上，进展极为迅速。
我国在膜分离用于食品加工的开发方面，相对较滞缓。数年来基本上仅停留在某些酶制剂的生厂上。近年来，步子在加快、特别在饮料行业，发展很迅速。
膜分离与传统的食品工业中的加工技术相比，有以下三个特点。
第一，节能。食品工业中，一方面碰到的是脱水问题。往往先要浓缩、除去大量水分后才干进一步加工。食品工业中传统的脱水方法是蒸发，这需要吸取大量的热。用膜分离方法脱水，没有这个相变，所以能量消耗就大大减少。
第二，能做到最大限度保存原有的营养成分。在食品加热蒸发过程中，由于温度升高，很多不耐热的营养成分被破坏。膜分离是在常温下进行脱水的，如有需要，还可以把操作温度降至室温之下。所以食品用膜技术脱水，可以把食品中的营养成分所有或大部分保存下来，基本上做到原汁原味。这样，加工出来的产品，可以提高档次，使产品升值。
第三，可以简化工艺流程和操作环节。传统的饮料生产是用巴氏杀菌和添加化学防腐剂的方法来使产品达成食品卫生规定。用微滤膜技术可以代替巴氏杀菌和添加化学防腐剂。此外，传统的果汁澄清先是在反映缸中加酶解决，然后过滤或离心。时间长、占地面积大、成本高。若用超滤技术，可以减少反映缸、泵、压缩机、离心机等设备，节省硅藻土或其他助滤剂和酶制剂，减少操作费用和人工费用，并可提高果汁产量和减少废渣。
4.3.2在医疗卫生方面的应用
医药行业所用的药剂、溶液、注射用水必须是杀菌的，采用膜分离技术可经济方便的去除水中的细菌微生物和悬浮物，制备无菌液体。
输液剂是大量输入液体的一种注射剂，是补充、调节病人体内水、电解质及酸碱平衡的必备药品。由于水中的悬浮物、盐类、微生物、热源等往往会引起细菌感染。国营华阳河制药厂经采用无锡市超滤设备厂生产的切割分子量为6000道尔顿的NUF-6000中空纤维超滤装置于输液制备生产线上后，情况大为改善，水之非常稳定。20世纪90年代初，国内初次从国外购置膜空气净化设备，并逐步扩大应用范围，为发酵工业彻底解决气体净化技术落后，带来了希望，迄今为止，膜气体净化技术在一些公司中大量应用的情况证明，此项技术是当今国际上最先进、最抱负的。它具有极高的气体净化质量，使用中安全、可靠、稳定，可充足满足现在的发酵工业的所有操作条件。
膜分离技术在药品生产上的应用非常广泛，如天津大学在华北制药厂的协助下，对超滤工艺用在青霉素提炼精制过程中除去蛋白质的应用；透析膜分离技术在人工肾的应用；膜蒸馏法在人参露和洗参水的分离浓缩等。
4.3.3其他应用
膜分离技术应用十分广泛，并且还在不断扩展中，尚有以下重要的应用。
（1） 膜与生物技术。生物产品加工过程一般都涉及了原料灭菌预解决、生物反映、以及反映的检测控制和产品的分离、提纯、浓缩等环节。膜技术几乎可以用于生物产品加工过程的各个阶段和所有环节。膜技术在发酵过程中拥有重要作用，可提高发酵工业生产中的水回收率、减少产品浓缩中的能耗、提高产品质量和回收率、解决高浓度有机废水等；膜生物反映器可改变生物反映历程，提高生物反映效率；生物膜传感器解决信息的能力。
（2） 膜在国防军事的应用。谁是保障军队战斗力的重要物资，特别是缺水和水质恶化地区，给水保障如同军队的生命线。舰艇人员的平常生活用水和动力装置所需淡水，除淡水舱带以外，全靠海水淡化供应，膜分离技术海水淡化被广泛应用于舰艇上；膜分离技术用于野战排供水，可提供生活用水，并可用于野战医院的解决医院污水，及时回收污水进行再运用。
（3） 膜在交通、运送方面的应用。大型的船只需要膜分离技术供应水；油槽船防爆使用膜式富氮空气发生装置清洗，提高长距离、长时间运送的安全性铁路蒸汽机车锅炉用水、内燃机车冷却用水及铁路系统的蓄电池电解用水，对水质均有特点规定，都需要膜分离技术对水质进行分离解决。
5. 结论和展望
在当今世界水解决业朝着以开发水资源（即废水回用）与保护环境的方向发展。膜分离技术由于具有节能、设备简朴、运营费用低等优点，在水解决领域的研究及应用将会日益广泛。近年来国内外研究者开展了这方面的研究，并取得了一定进展。随着膜材料性能的改善、价格的减少以及技术的成熟，如在膜材料改性方面的等离子法、表面活性剂法、紫外辐射法、高分子合金法等，膜技术在水解决中的应用完全有也许取代常规水解决工艺，在供水解决和污水解决方面发挥出更故意义的作用。同时在食品工业、医疗卫生、石油化工、环境工程等方面也将发挥更重要的作用。
目前，我国膜产业发展十分的迅速，但也应当清醒的结识到与发达国家的差距。从数量上，我国已超过美国或日本，但是有代表性的高科技膜产品很少；我国的分离膜品种少、性能低、规格不全，一些高性能膜还需要进口；膜分离技术应用上的一些重要配套设备，国内提供不出高质量产品，必须靠进口；在应用领域上，深度和广度都不够，别人已经广泛应用的领域我国还刚刚起步；在科研、开发工作方面，我国较长一段时间中，存在着低水平反复的现象，多数项目属于追赶类型，缺少创新，经费投入长期局限性。
为此，我们应尽快改善以上情况。一方面，要尽快在我国形成一个完整的、高水平的膜工业体系；第二，抓重点，进一步推广膜技术在我国国民经济各领域的应用；第三，组织力量攻关，加强创新研究；最后，加强学术交流，成立全国膜学会。这样，我们才干在全球膜行业的高速发展中取得进步，并赶上发达国家的脚步，成就我国膜技术科学的辉煌。
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