维普资讯 http://www.cqvip.com 环境保护科学 第２８卷 总第１１２期２００２年８月 膜法水处理技术及研究进展 Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｔｓ Ｓｔｕｄｙ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ 翟莹雪 （西南农业大学资源环境学院 重庆４００７１６） 摘要综述了反渗透、微游、超滤、蚋游、渗透蒸发、液膜等几种常见膜技术的应用现状及进展情况・主要时反渗透膜的 原理、流程、存在的问题及开发和利用情况进行了介绍。简单概括了近年发展起来的双极膜等新膜分离技术的开发研究。展 望了膜分离技术的前景。 关键词 膜分离技术 反渗透 废水处理 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｓｅｖｅｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ．ＭｉｃｒｏｆｉＩｔｒａｔ；ｏｎ．Ｕｈｒａｆｉｈｒａｔｉｏｎ．Ｐｅｒｖａｐａｒａｔｉｏｎ．Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｅｍｈｒａｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｗｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｍａｉｎｌｙ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ｔｈｅ ｆｌｏｗ．ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｅｘｉｓｔｉｎｇ・ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｎｄ ｔｉｌｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅ、 ｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ．Ｂｉｐｏｌａｒ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｔｃ．ａｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅｄ．Ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 人们认识膜现象已有２００多年的历史，第一张 点。现在反渗透技术已有大范围的应用。 商品膜的出现至今已有４０多年。膜技术由于高效、 １．１．１ 反渗透的基本原理 对透过的物质具有 实用、可调、节能和工艺简便等．已广泛应用．产生 选择性的薄膜称为半透膜．一般将只能透过溶剂而 极高的经济效益。在环境问题的解决，更有效 不能透过溶质的薄膜称之为理想的半透膜。当把相 的资源利用和医疗保健等领域，膜技术有着光明的 同体积的稀溶液（例如淡水）和相同的体积的浓溶 发展前景。现在已有许多膜分离技术获得大规模应 液（例如盐水）分别置于半透膜的两侧时稀溶液的 用，如微滤、反渗透、超滤、纳滤、电渗析、渗透蒸发、 溶剂将自发的向浓溶液的一侧流动，这一现象称为 液膜等，特别是反渗透膜．已经在许多发电厂、制药 渗透。图１是渗透膜的示意冈。当渗透过程达到 厂得到利用。还有不少如双极膜、膜蒸馏、膜萃取等 新膜技术也有技术开发上的进展。 二豳匿 水ｉ卉【 １ 几种常见膜分离技术简介及应用现状和 浓溶液 稀溶液 Ｕ 进展 渗透膜 １．１ 反渗透 圃１渗透示意圈 反渗透技术在５０年代才开始研究，到６０年代 平衡时，浓溶液侧的液面将会比怖溶液的液面高出 末制成具有工业价值的反渗透膜，１９７１年开始有 一定高度，即形成一个压差，称为渗透压。渗透压的 工业性反渗透装置在电厂投入运行，现在反渗透法 大小取决于溶液的固有性质．即与溶液的种类、浓 进行水处理工艺遍及美国、日本、法国、意大利等国 度和温度有关而与半透膜的性质无关。若在浓溶液 家，我国于７Ｏ年代末开始引进反渗透装置于发电 的一铡施加一个大于渗透压的压力．溶剂的流动方 厂的水处理。９０年代反渗透膜的开发研制成为热 向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶 收稿日期 ２００１—１１—２９修回日期 ２００２—０４—２２ —１８ 维普资讯 http://www.cqvip.com 膜法水处理技术及研究进展液一侧流动，这一现象称为反渗透。见图２。 翟莹雪 ②有些技术能力差的企业，不懂得反渗透膜元 件及其数量的合理选择，膜元件的合理排列等，造 压力 成部分膜元件在非常情况下运行。 ● 浓溶液 仑 ⑧产膜质量不过关。膜质量的好坏直接影响到 稀溶液 盐及其它杂质的去除率。 ④运行管理不严。系统运行时，压力要处于膜 可承受的压力范围，防止超强度、超负荷运行，使膜 产生机械性损失，导致泄露发生。 针对以上存在的问题，我国一些膜技术专家及 渗透膜 图２渗透示意圉 反渗透装置就是利用这一原理用高压泵将待 处理水经过增压以后，借助半透膜的选择截留作用 来去除水中的无机离子的，由于反渗透膜在高压情 况下只允许水分子通过，而不允许钾、钠、钙、锌等 离子及病毒、细菌通过，所以它能获得高质量的纯 水。 １．１．２典型的反渗透工艺流程 反渗透应用于 不同的工艺有不同的工艺流程，一般情况下，它们 都遵从于以下几个过程，即预处理、反渗透及后处 理。见图３。 翌堕 ● ‘ Ｔ过’预 混凝剂一混凝沉淀一泥渣 程处 ———丁一—— 理 砂滤及精过滤 活性炭吸附 ｐＨ调节一 ● 反渗透膜分离 ● 膜透过水 添加 一 ＋ 排放或复用 图３典型的反渗透工艺流程 反渗透技术应用十分广泛，主要应用于海水淡 化、纯水和超纯水制备、城市给水处理、城市污水处 理及应用、工业电镀废水及纸浆和造纸工业废水处 理、化工废水处理、冶金焦化废水处理、食品工业、 医药工业等废水处理，我国有大港电厂、宝钢自备 电厂、沧州电 一等九个发电厂应用反渗透技术来进 行预脱盐处理。在不断的应用过程中，反渗透的缺 点和不足日益显露，主要表现在以下几点： ①进口设备由于原水水质的不同，缺乏技术论 证及工艺修改，照抄照搬，不适合我国国情。所以反 渗透进水一定要根据原水水质的不同进行预处理 以满足设备对进水水质的要求。 科研人员一直努力于膜元件及应用工艺流程的优 化研究。黄征青“ 对纯水工程中反渗透膜进行研 究，提出了使用时一些常见问题及解决方法．并提 出延长反渗透膜使用寿命的途径；陈效勤 ｊ也提出 了国内反渗透水处理技术存在问题及改进措施；在 Ｒ０膜的开发方面，闻瑞梅。 对ＲＯ复合膜ＮＴＲ一 一膜分离一处理 ７５９与醋酸纤维膜ＣＡ进行比较，提出Ｒ（）复合膜 的应用前景。 与国外相比，我国反渗透工艺和工程技术已接 近国外先进水平，但膜和组器技术同国际同类产品 仍有较大的差距，复合膜虽已完成中试放大，但离 工业生产仍有较大的差距。当前反渗透膜市场，中 空纤维型仍以国产ＣＴＡ膜组件为主，而卷式型基 本上由进口ＰＡ复合膜元件所占据。在工业上，引 进ＰＡ复合膜和其他有关键部件，设计制造反渗透 装置，取代了以往整机进口的局面，实践证明是成 功的。 １．２微滤（ＭＦ） 微滤是一种精密过滤技术，它与反渗透、超滤 均是通过压力而驱动的。所分离的组分直径为０．０３ ～１５／￣ｍ；主要除去微粒、亚微粒和细粒物质。它多 用于半导体工业超纯水的终端处理，反渗透的首端 预处理。在啤酒与其他酒类的酿造中，用于除去微 生物与异味杂质等。张艳等人 采用氢氧化镁吸附 与无机陶瓷微粒膜相结合的方法对印染废水进行 了脱色处理，脱色率可达９８ 以上，并对膜污染和 清洗进行了研究，取得了较好效果。 我国微粒膜的研究与国外水平相比，常规微滤 膜的性能和国外同类产品的性能基本一致，折叠式 滤芯在许多场合代替了进口产品，但在错流式微滤 膜和组器技术及其在工程中的应用等方面，仍落后 于国外，这就抑制了微滤技术在较高浊度水质深度 处理中的应用。 １．３超滤（ＵＦ） ， 一】！）一 维普资讯 http://www.cqvip.com 环境保护科学 第２８卷 总第１１２期 ２００２年８月 超滤和反渗透相类似，分离的组分直径为 ０．００５～１０ｇｉｎ，介于反渗透与微滤之间。反渗透、超 滤和微滤三者组成了一个可分离从离子到微粒的 膜分离过程。超滤在水处理方面应用十分广泛。它 ２新型膜技术简介及应用现状 ２．１ 液膜 液膜就是悬浮在液体中的很薄一层乳液微粒。 至今已经历了带支撑体液膜、乳化液膜和含流动载 体乳化液膜三个阶段。液膜可以代替固膜分离气 体，用液膜法去除载人宇宙飞船密封舱中Ｃ（） 的 技术已成功的用于宇宙空问技术中。在石油化工 中，液膜可以用于分离那些物理、化学性质相似而 可以与反渗透联合制备高纯水；可以处理生活污 水；处理工业废水，包括电泳涂漆废水、含油废水、 含聚乙烯醇（ＰＶＡ）废水等；从羊毛精制废水中回 收羊毛脂；纤维加工油剂废水处理等等。近年来超 滤膜技术发展很快。李永发等人 在国内最早采用 膜技术处理采油污水，１９９５年报导了用外管式聚 砜（ＰＳ）超滤膜装置处理采油污水的意见报告，随 后他 又采用磺化聚砜（ＳＰＳ）平板式和外管式超 滤膜再次进行含油污水试验，并与ＳＰ超滤膜进行 不能用常规的蒸馏、萃取方法分离的烃类混合物。 液膜在医学上可以用来捕获许多有毒物质，然后安 全的排出体外。我国液膜技术近来也发展很快。朱 亦仁“ 提出了一种从发酵液中提取柠檬酸的新方 法——乳状液膜分离法，讨论了该方法的基本原理 比较。研究证明，ＳＰＳ膜通量随磺化度的增加而提 高，且优于ＰＳ膜，透过液可达到国家排放标准及 低渗透油田注水标准。目前，我国超滤技术在水处 理中以ＰＳＨ和聚丙烯中空纤维式组件应用最多。 与国际产品相比，国产超滤膜组件品种单一， 及传递过程和机理。考察了表面活性剂、载体和内 相试剂浓度对提取率的影响，确定了合适的膜配 方。高亮等 以三辛胺为活性载体．Ｓｐａｎ８０为表 面活性剂，液体石蜡为膜相添加剂，氨基酸料液做 外水相建立膜体系，研究不同试验条件下半胱氨酸 的迁移情况，确定了提取半胱氨酸的适宜条件．提 取率可达８０％以上。 ２．２双极膜 双极膜是一种具有专门用途的离子膜。它是一 种新型复合膜，由三部分组成：阳离子交换层（Ｎ型 膜）、界面亲水层（催化层）和阴离子交换层（Ｄ形 通量和截流率综合性能较低，抑制了超滤膜技术在 水处理以外领域的应用进展步伐。但现在，已有许 多共混超滤膜的研究。由于共混超滤膜具有单一组 分膜所无法比拟的优点，因此这是一个发展趋势。 １．４纳滤 纳滤膜是孔径介于反渗透与超滤膜之间的压 力渗透膜。它对分子量介于２００～１０００之间的有机 物和高价、低价、阴离子无机物有较高的截留性能。 纳滤被广泛用于水软化、有机生物活性物质及化工 中间化的除盐和净化浓缩、水中三卤代物前趋物的 膜），同样荷有不同固定电荷密度、厚度和性能的膜 材料，在不同复合条件下可制成不同性能的膜。如． 水解离膜、１，２价离子分离膜、防结垢膜、抗污染 去处、废水脱色等领域。近几年，纳滤恒容除盐已有 研究。由于纳滤膜对物料中的盐和其他有效组分之 问的选择性透过（即纳滤膜选择透过低分子量的 膜、低压反渗透脱硬膜，其中水解离膜应用较广．山 它可派生出许多用途，如酸碱的生产、烟道气脱硫、 食盐的电解等。当前国外对双极膜的研究比较多， 我国莫剑雄等人 ＂也用双极膜进行了制酸碱的试 验研究。 盐，而对其他分子量较大的有效组分则全部截留）， 盐随着渗透溶剂而被不断去处，从而达到对物料的 除盐净化目的。高从揩等人 采用纳滤技术在上海 染化八厂进行了纯化和浓缩染料的工业性试验。结 果表明，纳滤可除盐至０．３ ，并可将染料从６％～ １２ 浓缩到２０％～３０％。张国亮等 以海洋高硬 ２．３渗透蒸发 渗透蒸发是利用液体中两种组分在膜巾溶解 度与扩散系数的差别，通过渗透与蒸发．将二种组 分进行分离。渗透蒸发过程的研究和应用．已从有 机物中脱水发展的水中脱除有机杂质以及有机物／ 度苦咸水为水源，采用纳滤膜软化技术制备饮用 水，系统连续运行２７个月，淡化水符合国家生活饮 用水卫生标准，并对纳滤的分离特点及高硬度下实 际运行的注意点作了近一步的探讨。我国纳滤技术 有机物的分离。杨虎等人。 对渗透蒸发在有机溶 剂混合物分离中的应用进行了综合介绍：朱长乐等 人“ 用渗透蒸发法对醇水分离进行了生产性试 的研究虽在８０年代末就开始了，但目前仍在实验 室研究开发阶段，尚无产品投放市场。 一验；韩宾兵等 分析了各种模型的特点，并就渗透 （下转第４ １页） ２０— 维普资讯 http://www.cqvip.com 环境保护科学 第２８卷总第１１２期２００２年８月 好．代表了新世纪吸声材料的发展方向，使我国的 ４ 结语 公路声屏障材料又增添一优良品种．具有十分广阔 通过对泡沫陶瓷吸声材料和吸声结构体的声 的应用前景。 学性能和力学性能研究，综上所述得出如下结论： （１）泡沫陶瓷具有重量轻、强度高、吸声性能 参 考 文 献 好、经久耐用、安全可靠、结构形式灵活、施工安装 １ Ｃｌａｙ Ｆｏａｍ Ｂａｔｉｍｅｎｔ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ 简便等特点，吸声用泡沫陶瓷特别适合在高温、潮 ｅｅ．Ｖ１５Ｎ５ Ｓｅｐ—Ｏｅｔ １９８７． 湿的环境下使用。 ２ Ｎｅｗ Ｓｏｕｎｄ—－Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｎｏｉｓｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｏｍ． （２）泡沫陶瓷具有比较稳定的力学性能，能在 Ｓｏｕｎｄ—Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ Ｐａｎｅｌｓ Ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ Ｔｕｒｎｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ 室外露天使用，常年经受风吹、日晒、雨淋，不会改 Ｗａｓｔｅ ｔｏ Ａｃｃｏｕｎｔ．Ｂｕｌｅｔｉｎｕｌ Ｓｔｉｉｎｔｉｆｉｅ—ｌｎｓｔｉｔｕｔｕｌ ｄｅ（；ｏｎｓｔｒｕｃｔｉ— 变自身的网状结构和吸声性能，是一种理想的公路 ｉ．Ｂｕｃｕｒｅｓｔｉ Ｖ２７Ｎ２ ｌ９８４． 声屏障材料。 ３ 湖北省机电研究院．吸声用泡沫陶瓷］： 实例 技术文什 ：编． ２００１． （３）泡沫陶瓷吸声构件在公路交通噪声能量集 ４ 杨满宏．刘书套．彩钢复合扳公路 屏障材料声学性能研究．噪 中在２００～ｌｋＨ 具有良好的吸声性能，能很好的 声与振动控制．１９９９ｆ５）．３９～・１２． 吸收因反射而产生的混响声，使屏障内行车道区域 ５宋国平等．成绵高速公路新型声屏障设汁探讨．交通环 ．２００１ 声环境得到有效改善。 （３）．１ ９～２２． （４）泡沫陶瓷性能／价格比高，经济和社会效益 ．“．．“．．“．．“．．“．．“．．“．．“．．“．．“ ．“．．“．．“．． ．“．．“．．“．．“．．“．．“．．“． “．．“．．“．．“．．“．．“．．“．．“ ．“－．“－．“－．扯－．“－．“－．“－．¨－・“－・ ．・“－— ・・“－・“－・“－・“－・ ・・ ・・¨・４ （上接第２０页） 理技术的联合使用是十分重要的，是今后开发新型 蒸发膜传递理论的研究方向提出了建议。渗透蒸发 水处理工艺的一个重要方向。相信膜技术在水处理 近年研究虽然进展很快，但它单独使用的经济性并 技术中的作用和地位会日益突出。其应用范围也日 不好，工业上多用于集成过程（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ 益广阔。 ｐｒｏｃｅｓｓ）或组合过程（Ｈｙｂｒｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓ），即与其它 分离过程结合起来使用，可以发挥有关分离过程的 参 考 文 献 优点，做到扬长避短，达到优化的目的。 １．黄征青等．（Ｊ３水处理技术．２０００．２６（６）：３６７． ２．陈效勤等．工业用水与废水．１９９９．３０【．Ｉ）．Ｓ～７． ３ 结语 ３．闻瑞梅等．微电子子学．１９９６．８．２６【４）． 任何水处理技术都有它的适用范围，往往使用 ・Ｉ．张艳等． ］水处理技术．２０００．２６（６）：３３６． 某一种膜技术并不一定能够解决各种水处理问题， ５．李永发等．ＣＪ）水处理技术．１９９５．２ｌｔ ３）：ｌ１５． 因此在实际应用中通常将不同的膜技术进行组合 ６．李永发等．［Ｊ］水处理技术，２０００．２６（ｓ）：２８５． 使用，如ＥＤ与ＲＯ的结合，ＲＯ与ＵＦ的结合，及 ７．商从揩等．（Ｊ３水处理技术．１９９６．２２（３０）：ｌ—Ｉ７． ＲＯ与ＭＦ的结合使用等，这样往往可以发挥各自 ８．张围亮等．［Ｊ］水处理技术．２０００．２６（ｒＩ）：６７． ９．张维润等．ｒ．Ｊ３水处理技术．１９９４．２０ｔ１）：２７． 的特点，取得更大的技术和经济效果。同时膜技术 １０．张维润等．［Ｊ］水处理技术．１９９６．２２【５）：２７１． 与常规的水处理技术联合使用也是不可忽视的，如 １１．宋德政等． ］水处理技术．１９９３．１９【２）：９３． 高纯水制备中将膜技术与离子交换及常规过滤技 １２．朱亦仁等． Ｊ］水处理技术．２０００．２６（５）：２７７～２８０． 术相结合，则可发挥它们各自的优势，使处理效果 １３．高亮等．：Ｊ］水处理技术．２０００．２６【ｆＪ）：７６～８１． 大大提高，而处理成本则大大下降。在废水深度处 １１．奠剑雄等．ｒ．Ｊ３水处理技术．１９９８．２Ｉ（２）：７８． １５．杨虎等．：Ｊ］水处理技术．１９９９．２５（６）：３１１． 理方面，膜与常规的生化处理相结合（膜生物反应 １６．朱长乐等． Ｊ］水处理技术．２０００．２６（４）：ｌ９４～１９８． 器）则可实现水的回用。如在酒精稀端的浓缩、恒沸 １７．韩宾兵等．０］水处理技术．２０００．２６ｔ ５）：２８ ～２８８． 体系（浓端）的脱水，若采用膜分离方法，与中间段 １８．张风＿材等．（Ｊ３水处理技术．１９９７．２３（５）：２７１． 常规精溜法相结合，就可降低能耗、改进设备并提 １９．孙宏１６等．，Ｊ］水处理技术．１９９８．２Ｉｔ ２）：９２． 高经济效益。因此，在研究水处理工艺时，将各种膜 ２Ｏ．邵刚．膜法水处目！技术ｔ第２版）． ｉｌｌＩｆｌＩ版 Ｉ：．…７． 分离技术的相互配合使用，以及膜技术与常规水处 ——４４——
