膜分离由于具有处理效率高、工艺流程短、易控制、使用灵活、膜分离水厂占地面积少、生产可实现自动化等特点，可以获得以往传统处理工艺从未达到的、稳定可靠的洁净水质。因此，膜分离的研究和应用逐渐成为给水领域的热点，它被称为当今获得优质饮用水的重要技术之一，被称誉为“21世纪的水处理技术”，是替代传统工艺的较佳选择。膜分离作为一种高新技术已成功用于饮用水处理，尽管电渗析、反渗透作为苦咸水及海水淡化技术的发展已经历了几十年，微滤、超滤和纳滤技术用于地面水和地下水的饮用水处理在国外近十年才逐渐得到较明显的发展，开始用于小型水厂和水处理净化站，如法国、荷兰、美国、澳大利亚、以色列等 。

我国广东东莞太平港自来水公司等8家水厂也采用了全自动微滤设备，日产水量为24210m³/d，水厂规模从10～10000m³/d不等。膜技术在国内也开始用于城市小区官网饮用水的二次处理。在饮用水的膜滤处理工艺中，地下水源较广泛地使用微滤和超滤技术；对于微污染的地面水源，较多地使用超滤和纳滤技术；而对于苦咸水、受到重金属污染的水源，则使用反渗透技术。另外，还可使用电渗析法替代氯气对饮用水进行灭菌，以避免三卤甲烷（THMs）等“三致物”的生成。电渗析、反渗透还用于纯水和超纯水的制备。在一些 ，如法国的水处理行业已将饮用水处理中的化学氧化，生物氧化及活性炭吸附法等视为传统的水处理技术，而将膜分离技术视为现代的水处理技术。这些都标志着膜法净水工艺已成为成熟的饮用水深度处理工艺。

膜法还应用在城市污水及工业废水的处理。如使用电渗析、反渗透法处理和回收电镀废水中的铜、锌、镉、铬、镍等重金属及氰化物；使用电渗析、反渗透、超滤等技术处理造纸工业废水和废液并从中回收化学药品；使用电渗析法处理重金属废水和放射性废水；使用反渗透、超滤处理城市污水，可达到“中水”的指标，也可用于医院污水以及化工、冶金焦化废水的处理；此外，还可使用反渗透法处理食品工业、照相工业、制药废水；而超滤可以处理城市污水、含油废水、制毛、皮革、纸浆及纤维加工废水、颜料和染料废水、光学玻璃研磨废水等；微滤则用于电子、半导体工业以及医药工业中高纯水的制备，油田采出水处理、城市污水的深度处理；液膜法可处理有机废水、含氨或含氰废水、含阴离子（如P0₄^3-、NO^3-）废水等。

1 超滤膜在废水处理中的应用

超滤是一种压力驱动的膜分离过程，是根据分子的大小和形态而分离的筛选机理进行分离的。自20世纪60年代以来，超滤很快从实验规模发展成为重要的工业单元操作技术，它已广泛用于食品、医药、工业废水处理、高纯水制备及生物技术工业。在工业废水处理方面应用的较普遍的是电泳涂漆过程，城市污水处理及其他工业废水处理领域都是超滤未来的发展方向。

1.1 含油废水处理

机械行业工件的润滑、清洗和石化行业的炼制及加工等会产生含油废水，其油一般为漂浮油、分散油和乳化油三种形式存在。其中乳化油的分离难度较大，用电解或化学法破乳使油粒凝聚的费用较高，而超滤就不需要破乳直接可将油水分离，特别适用于高浓度乳化油的处理和回收。超滤处理乳化油废水时，界面活性剂大部分可透过，而超滤膜对油粒子完全阻止，随浓度增加油粒子粗粒化成为漂浮油浮于液面上，再用撇油装置即可撇除。陆晓千等用超滤膜技术处理清洗车床、设备等含油污水，颜色为乳白色，含油（1000～5000）mg/L，COD浓度高达10000～50000mg/L，经超滤膜处理后，颜色透明，含油低于10mg/L，COD 1700～5000mg/L，除油率99%。

1.2 城市污水的处理

污水再利用不仅减轻环境污染，而且也是解决水资源短缺的有效方法。城市污水经二级生化处理后进行超滤，可进一步降低水的浊度、色度及有机物。超滤出水可作为循环冷却水、造纸用水等对水质要求不太高的工业用水水源。

1.3 洗毛水的处理

皮毛加工及毛纺过程会产生大量的洗毛水，其中含有羊毛脂。洗毛水的传统处理方法是高速离心分离，其效率只能达30%～40%。用超滤法处理洗毛水不仅可以回收废水中的羊毛脂，而且可回用洗毛水。

1.4 电泳涂漆水处理

电泳涂漆是对汽车、冰箱、摩托车等的壳体镀上底漆的工艺，完成后需用水漂洗去掉浮漆，为防止洗出漆的损失而且应工艺要求，必须将漆水分离以回收漆。超滤是一种十分理想的回收漆的方法。经超滤分离后，漆返回漆槽回收，清水则返回清洗水箱继续使用。这样既提高了漆的利用率，又减少污水处理费用。在超滤膜运行中，应注意防止霉菌繁殖使膜变质，病毒堵塞滤膜，因此应定期在滤液中投加适量的防霉剂。

2 纳滤膜分离技术在废水处理中的应用

纳滤是20世纪70年代中后期开发的一种新型膜分离技术，由于在渗透过程中截留率＞95%的小分子约1nm，故被命名为“纳滤膜”。纳滤膜的操作压力应≤1.5MPa，截留分子量200～1000。纳滤分离技术基于筛分效应和荷电效应，大部分纳滤膜为荷电膜，其对无机盐的分离行为同时受到化学势梯度和电势梯度的控制影响，即纳滤膜的行为与其荷电性能、以及溶质的荷电状态和相互作用都有关系。

2.1 含重金属废水的处理

在金属加工和合金生产废水中，含有浓度相当高重金属离子。将这些重金属离子生成氢氧化物沉淀除去是处理含重金属的废水一般的措施。采用纳滤膜技术，不仅可以回收90%以上的废水，使之纯化，而且同时使重金属离子含量浓缩10倍左右，浓缩后的重金属具有回收利用的价值。如果条件控制适当，纳滤膜还可以分离溶液中的不同金属。

2.2 造纸废水的处理

造纸厂冲洗废水中含有大量污染物，纳滤膜可以替代传统的吸收和电化学方法高效地去除深色木质素和来自木浆漂泊过程中产生的氯化木质素。同样地，用纳滤膜处理含有硫酸木质素等有色化合物的废水，既能除去90%以上的COD，膜通量甚至比聚砜超滤膜还要高3倍。高通量可能是由于带负电性的纳滤膜截留了带负电性的硫酸木质素。LP Raman等采用纳滤膜技术对木浆漂白液进行处理，去除氯代木质素和90%的色度物质；Tomani等采用陶瓷纳滤膜处理造纸厂漂白废水，实现了造纸废水的封闭式运行。

2.3 化学工业废水的处理

处理化学工业废水的常用方法是浓缩后焚烧或曝气。而且浓缩时需要除去废水中的盐分，因为要是浓缩成高盐度的废水，这种废水会对焚烧炉或暖气装置产生更大腐蚀。另外，废水中含有许多生物不能降解的大分子有机物。这些问题只有用纳滤膜才能有效解决。纳滤膜在浓缩水中有机成分的同时，让盐分透过，从而达到分级分别处理。经浓缩后的已脱盐废水可以去曝气，而透过液则可经生化处理成无害的排放液。

2.4 石油工业废水的处理

在石油开采和炼制过程中，会产生各种含有机物和无机盐的废水，成分非常复杂。采用纳滤膜将原油废水分离成富油的水相和无油的盐水相，然后把富油相加入到新鲜的供水中再进入洗油工序，这样既回收了原油又节约了用水。石油工业的含酚废水中酚类物质毒性很大，必须脱出后才能排放。采用纳滤技术，不仅酚的脱除率可达95%以上，而且在较低压力下就能高效地将废水中的镍、汞、钛等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。

2.5 食品工业废水的处理

袁其朋等采用超滤、纳滤组合工艺对大豆乳清废水进行了处理实验。经超滤处理后的乳清废液，再经纳滤浓缩10倍后，浓缩液中总糖约有77%被截留，其中功能性的聚糖水苏糖和棉子糖的截留率高达95%以上，浓缩液中总糖质量分数达8.72%，再经活性炭脱色和离子交换脱盐及真空浓缩，即可得到透明状大豆低聚糖糖浆。该法的优点在于既解决了废水的排放问题，同时又通过回收利用增加了经济效益。另外，纳滤膜技术在生活污水、印染废水以及酸洗废液等方面的处理也有广泛的应用。

3 液膜分离技术在废水处理中的应用

液膜技术是60年代中期由美国埃克森研究与工程公司的黎念之博士提出的一种膜分离方法，直到1986年奥地利的Marr等科学家采用液膜法，从粘胶废液中回收锌获得了成功，液膜分离技术才进入了实际应用阶段。液膜主要由膜溶剂（水或有机溶剂），表面活性剂（乳化剂）和添加剂组成，按其构型和操作方式的不同，可分为乳状液膜和支撑液膜，其中乳状液膜更为常用。乳状液膜可看成一种“水/油/水”型（W/O/W）或“油/水/油”型（O/W/O）的双重乳状液高分散体系，将两种互不相溶的液相通过高速搅拌或其它方法（如超声波法、喷管法等）制成乳状液，然后将其分散到第三种液相（连续相）中，就形成了乳状液膜体系。乳状液膜表面积大，传质速度快，可以有目的地控制其选择性。

3.1 处理含酚废水

液膜法除酚效率高、流程简单，可处理低浓度、高浓度含酚废水。华南理工大学环境研究所采用液膜法两段逆流连续萃取除酚，将LMS-2、煤油、表面活性剂、氢氧化钠水溶液混合搅拌制成乳状液，处理后的工业含酚废水中酚含量从1000mg/L降至0.5mg/L。破乳后可从内水相中回收酚钠盐，油相则循环利用。目前，我国在液膜处酚技术方面已进入工业应用阶段。

3.2 分离废水中的有机物、无机酸

美国科罗拉多矿业大学的Wang研究了用液膜法去除水溶液中的多种有机酸成分。如两种有机酸溶质体系（间甲酚、安息香酚、酚/苯基乙酸）和3种有机溶质体系（酚/安息香酚/苯基乙酸）。以总浓度为0.012mg/L的间甲酚/安息香酸溶液的分离实验为例，随膜相与外水相接触时间延长，外水相中间甲酚/安息香酸不断减少直至平衡，安息香酸可去除95%左右，间甲酚剩余较多。

3.3 去除重金属离子

奥地利Graz工业大学的Marr等人采用乳状液液膜分离技术，对去除粘胶废水中的Zn²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺、Ni²⁺等重金属离子做了大量的实验。表明Ni²⁺除外，其它金属离子的去除率均高于99%。

4 膜分离技术（UF和MF）在饮用水中的应用

膜技术作为饮用水独立工艺是近十几年来较重要的技术突破。它取代了原水处理工艺复杂、庞大的设施，而且处理后的水质，是以前任何水处理设备工艺都难以达到的。用形象一点的话来讲，任何肮脏不堪的水，经过膜技术的处理，流淌出来的就是可以饮用的清洁水。自来水处理中使用传统混凝、过滤等分离技术，只能得到常规相关的水质，与源水条件、药剂材料、水力条件、设备温度的稳定状态有密切联系。而膜技术处理的水质则与上述条件无关，只是选好膜的截流尺寸即可。膜分离技术具有以下性能：首先，它是一种物理过滤过程，不需加任何药剂；其次，它是一种 的过滤作用；第三，它不产生任何副产品；第四，其运行驱动力是压力，易实现自动控制。

MF膜和UF膜可截留水中绝大部分悬浮物、胶体和细菌。美国Saratoga水厂的运行结果表明，虽然原水中的浊度变化很大，低至＜1NTU，高达＞250NTU，但出水浊度一直保持在0.05NTU以下。Karimi等的试验表明，MF工艺能够有效去除水中的颗粒，如粒径范围在5～15μm的颗粒的平均对数去除率为3.3～4.4，粒径范围在2～5μm颗粒的平均对数去除率为2.3～5.5。Adham等对UF膜处理河水进行实验，结果表明UF膜能有效去除大肠杆菌，出水中不含大肠杆菌。Jacangelo等研究发现通过UF工艺处理后的出水，水中的贾第虫和隐孢子虫卵囊都在检测限以下。Madaeni实验证明，标称孔径0.22μm的疏水性MF膜在搅拌和较低的跨膜压差的情况下，对脊髓灰质炎病毒的去除率＞99%，而对UF膜来说，病毒的去除是完全的，并且指出，MF膜去除病毒的优势机理是“标准过滤”，即膜孔径大小刚好使病毒吸附到膜孔壁上。

通过电子显微镜观察发现，病毒多是吸附在膜孔内部，而不是膜表面的滤饼中。致病原生动物主要有阿米巴（痢疾）、兼性寄生阿米巴（脑膜炎）、肠梨形虫（胃肠功能紊乱腹泻）、贾第虫（腹泻）、隐孢子虫（腹泻），这些原生动物主要是通过它们的胞囊（Cyst）或卵囊（Oocyst）来传播疾病的。贾第虫胞囊大小约为5～10μm，隐孢子虫为2～5μm，而阿米巴在10～15μm左右，个体较大，具有强耐氯性，常规水处理方式很难去除，但其尺寸远远大于MF膜和UF膜的孔径，因此MF膜和UF膜可通过筛滤作用将之完全去除。Clive的研究也表明，UF膜能去除寄生虫卵，如贾第虫卵和阴孢子虫的卵囊，并能去除较小的病毒——脊髓灰质炎病毒。由此可见，UF膜和MF膜可完全实现对饮用水的除浊和消毒，与其他的除浊、消毒工艺比较，UF膜和MF膜的显著优点是对进料浓度的波动相对来说不太敏感。

UF膜和MF膜对水中的有机物去除率不高。Laine等人经实验证实，截留分子量为1000～5000的UF膜去除THMs前驱物效果不是很好。但Anselme等人提出了一种特殊的工艺来去除溶解性有机碳（DOC）和微污染物，即将一定量（6～15mg/L）的粉末活性炭（PAC）投加到UF或MF膜装置的循环水流中，组成吸附-固液分离工艺流程来处理饮用水。PAC可有效吸附水中低分子量的有机物，使溶解性有机物转移至固相，再利用UF膜或MF膜截留去除微粒的特性，可将低分子量的有机物从水中去除。而且，PAC还可有效地防止膜污染。Loseph等人通过电子显微镜观察发现PAC会在膜面上形成一层多孔状膜，它吸附水中有机物，不仅去除有机物还可以避免膜污染。这层PAC膜较松软，反冲洗会很容易将它去除。Laine等提出将颗粒活性炭与UF膜组合，利用颗粒活性炭去除低分子量的溶解性有机物。实验证明，这种组合也能提高出水水质。UF膜技术也可应用于地下水处理。美国环保局规定，受地表水直接影响的地下水必须像地表水一样处理，这样，一些地下水也必须过滤和消毒。适应这种需要，UF膜技术是一种理想工艺，因为UF膜工艺就可以完成过滤和消毒两项要求。

5 膜分离技术在水处理方面的应用前景

将均是非侵入性的膜技术与紫外（UV）消毒结合起来，能极大降低化学物质和微生物风险，并能使水的回用、海水淡化等有较大发展。而对膜技术的大量应用可以解决公众的多种处理目标要求。今后膜处理除了作为常规处理的后续处理以外，更大的趋势是作为单独的处理流程取代现行流程，很可能形成一套两级膜处理流程，即原水先通过MF或UF这样的低压流程去除颗粒和大的微生物污染体，再进入NF和RO这样的高压流程以去除NOM、一些人工合成有机化合物，以及其他污染物质。

而我国在饮用水生产以及污水处理中采用膜技术起步较晚，目前主要还处于国外设备的引进、消化及研究开发阶段。据1993年统计，国内膜和膜装置的年产值大约是2亿多元人民币，其中离子交换膜和电渗析器约1亿元，反渗透和超滤膜装置约为1000万元，微滤约为3000万元，气体分离膜约为1000万元。很显然我国膜和膜装置的产值还是很低的，仅为 市场的1/500，日本的1/100。

但是，即使在美国投入膜法水处理的生产应用也不过仅五年的时间，目前大家的研究差距还不算太大，因此我们必须迎头追上，加速发展我国的膜工业，可以预料在新世纪，随着法规标准的日益提高、膜技术的不断成熟、成本不断降低、水价的日趋上涨等，膜法水处理技术将会出现一个技术上进一步提高，应用上更加普及的高潮。