淺談膜濾水在水處理技術(shù)方面的應(yīng)用及發(fā)展
韓宗璞
摘 要：本文分析了表面過濾和膜濾的作用機理，闡述了微孔過濾，超過濾，反滲透在水處理方面的應(yīng)用，并展望了膜濾水技術(shù)的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：膜濾；水處理技術(shù)；反滲透膜；應(yīng)用；發(fā)展
1 表面過濾和膜濾
1.1 過濾系指懸浮液流徑多孔介質(zhì)，并進行固液分離的過程。它是飲用水澄清工藝中不可缺少的最終工序，是工業(yè)用水進行預(yù)處理的主要環(huán)節(jié)，也是高純水制備工藝中精處理的重要手段。在過濾裝置中，過濾介質(zhì)（過濾載體）是核心組成部分，也是過濾功能水平提高的關(guān)鍵。
從不同的分類標準出發(fā)，過濾方法及濾池種類可以有多種，根據(jù)原水中固體顆粒的大小及對出水水質(zhì)要求的不同，水處理中所采用過濾介質(zhì)的結(jié)構(gòu)形式也應(yīng)不同，從而就把過濾分為粗濾、微濾、超濾和粒狀材料過濾四種主要類型。若按照被截留雜質(zhì)在過濾介質(zhì)上的分布特點情況，過濾又可分為表面過濾和濾層過濾兩類。當被截留的顆粒物聚集在過濾介質(zhì)表面 時，則稱表面過濾（亦稱濾餅過濾或載體過濾），上述的粗濾、微濾和超濾均屬于表面過濾；當被截留的顆粒物分布在過濾介質(zhì)內(nèi)部時，則稱濾層過濾，粒狀及纖維狀材料過濾都是濾層過濾。從作用機理上看，表面過濾主要在于介質(zhì)孔隙的篩除作用，而濾層過濾則主要是粒狀濾料表面的粘附作用。表面過濾的介質(zhì)主要有四種類型：網(wǎng)狀多孔材料，附著在支撐結(jié)構(gòu)上的預(yù)涂層，微孔材料和濾膜。
1.2 濾膜是一種高分子材質(zhì)的致密薄膜層過濾介質(zhì)。按照其制膜材料的不同，濾膜種類有以下幾種：醋酸纖維素膜、乙烯類聚合物和共聚物膜、縮合物中性膜、脂肪族和芳香族聚
酞胺、聚亞胺膜、高分子電介質(zhì)膜等，其中目前使用較多的是醋酸纖維素膜和芳香聚酞胺膜二種。膜組件的形式有管式、板框式、卷式、微管式及中空纖維等。
2 微孔過濾（MF）
微濾是微孔過濾的簡稱，其原理與普通過濾相類似，屬于篩網(wǎng)狀過濾，過濾膜的孔隙比較均勻，是深層過濾技術(shù)的發(fā)展。微濾使過濾從一般只有比較粗糙的相對性質(zhì)過度到精密的絕對性質(zhì)，在靜壓作用下，小于膜孔的粒子通過濾膜，比膜孔大的粒子則被截留在膜面上，使大小不同的組分得以分離。主要材料有醋酸纖維素膜、硝酸纖維素膜、醋酸纖維與硝酸纖 維的混合膜、聚偏氟乙烯膜及聚碳酸醋膜等。
微孔過濾在水處理方面可用于飲料水的制備、電子工業(yè)中制備純水、城市污水深度處理等。微濾技術(shù)在純水制備中主要有兩種用途：第一，在反滲透或電滲析之前，作為預(yù)處理的保安過濾器，以清除細小的懸浮物質(zhì)；第二，在陽床、陰床或混合床離子交換柱之后，用它濾除樹脂碎屑或細菌等雜質(zhì)，以做純水端的精處理工序。
3 超過濾（UF）
超濾是超過濾的簡稱，含有高超過濾之意，即其過濾能力超出了普通過濾的能力，表現(xiàn)為能把更細微的顆粒除掉。超濾用于截留水中膠體大小的顆粒，而水和低分子量的溶質(zhì)則允許通過膜，超濾膜的平均孔徑介于反滲透膜和微孔濾膜之間。
超濾的工作方式是進水在流動過程中，一部分水透過膜，另一部分水則在沿膜面進行平行流動的同時，將膜表面上的截留物帶走；而微孔過濾卻是將全部的進水以擠壓方式濾過，因而膜的微孔容易堵塞。
超濾在小孔徑范圍與反滲透相重疊，在大孔徑范圍內(nèi)與微濾相重疊，因此它可以分離溶液中的大分子、膠體蛋白質(zhì)微粒、細菌，而對于大部分離子沒有（或有輕微的）去除作用，由于它使用壓力低，產(chǎn)水量大，便于操作，因此應(yīng)用范圍廣泛，發(fā)展速度很快。
4 反滲透（RO）
在濃溶液一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透方向，把濃溶液中的溶劑（水）壓到半透膜的另一邊稀溶液中，這是和自然界正常滲透過程相反的滲透，稱為反滲透。反滲透所分離的溶質(zhì)，一般是分子量在500以下的糖、鹽等低分子，由于溶液的滲透壓較高，
為了克服滲透壓，因而必須采用較高的壓力，一般操作壓力為210MPa。反滲透所用膜為非對稱膜或復(fù)合膜。
反滲透的工作方式與超濾類同，反滲透裝置也與超濾裝置同，有板框式、管式、卷式和 中空纖維式，并以中空纖維式應(yīng)用最為廣泛。
反滲透在水處理方面很大的優(yōu)越性是對鈣鎂離子的去除十分完全，因此產(chǎn)水硬度是比較低的，而且它又能除去水中有機物、微生物、膠體等雜質(zhì)，反滲透法產(chǎn)水的水質(zhì)是較為理想的，它在工業(yè)給水處理方面的應(yīng)用也己很普遍，目前主要是存在如何提高水的回收率和降低成本的問題。
5 膜濾水處理技術(shù)的應(yīng)用及前景
目前，許多學科的學者都在從事超濾和反滲透技術(shù)的研究。高分子科學家研究新的膜材料，合成具有各種功能的膜；物理化學家和數(shù)學家利用數(shù)學模型研究不同膜的通過性能；化學工程學家利用新膜，設(shè)計組件，用于化工分離。我國從70年代初開始這方面的研究工作，一些研究單位、高等院校和使用單位相互協(xié)作結(jié)合，在基本理論的研究，膜和組件的制造、實際應(yīng)用等方面，均取得了豐碩的成果，從而有力地推動著膜分離技術(shù)與表面過濾技術(shù)的迅速發(fā)展。
在飲用水處理方面，膜濾水技術(shù)發(fā)展非常迅速。這是由于客觀上要求高品位供水水質(zhì)而促進行。用膜技術(shù)處理飲用水在世界上已建成多個水廠，萬t∕天以上的水廠已有十幾座。至于小型水處理裝置就美國已達到數(shù)百多個廠家，其形式是各式各樣，生產(chǎn)出凈化水品牌亦是五花八門。這種小型凈化水處理裝置它首先是用于航空航天和高層人物的飲用水，現(xiàn)已普及到老百姓。我國雖然起步較晚，但發(fā)展很快，首先是用在市場上銷售的瓶裝水的制造上。目前市場上各種各樣的瓶裝水和凈水器幾乎都采用了不同類型的膜處理，據(jù)了解這其中有 的用電滲析，反滲透，也有用超濾、微濾等來制造。這種用膜技術(shù)生產(chǎn)瓶裝水或制造小型凈水器，從方向看應(yīng)該說符合有的放矢的處理直接飲用水，把我國自來水的水質(zhì)提高一個層次。
由于客觀上存在以下問題：
（1）天然水體污染的持續(xù)加劇；
（2）分析方法在負敏度和精確度方面的不斷提高；
（3）水源中又出現(xiàn)新的問題，如寄生蟲等導(dǎo)致水質(zhì)惡變；
（4）生物處理工藝、膜技術(shù)提出了對水處理新認識的可能性；
（5）飲用水標準更加嚴格。
6 結(jié)語
由于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展；江河被污染；造成了生活水源的饋乏。同時隨著人民生活水平的提高和科學技術(shù)的發(fā)展，對水質(zhì)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)很難適應(yīng)實際不斷提高的水質(zhì)要求。從目前看，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)長期很難突破，膜濾水技術(shù)則是解決這一難題的希望。
 

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