无机分离膜于20世纪70年代末进入工业领域，在80年代，工业用无机微滤膜和无机超滤膜得以发展。无机分离膜具有聚合物分离膜无法比拟的一些优点：化学稳定性好、机械强度大、抗微生物腐蚀能力强、孔径分布窄、分离效率高。

根据膜孔截留原水中颗粒的大小，过滤膜分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）。目前，用于水处理的陶瓷膜主要有微滤膜和超滤膜。

1 陶瓷膜过滤原理

膜一般定义为两相之间的选择性屏障，也就是说它对溶液中的某一（或某些）成分有选择透过性的本领。对于陶瓷膜的半渗透性可以有下列解释，但不能解释全部渗透现象。

简单的解释为筛分作用，即膜孔大小介于水分子与溶质分子之间，因此水能透过，而溶质不能透过。但这不能解释盐离子不能透过的原因，因为这些离子和分子的大小基本一样。

第二种解释是在半透膜孔的壁上吸附了水分子，因此堵塞了溶质分子的通路。水分子可以自由运动通过膜孔，而溶质分子则需要把水分子顶下来才能通过，这需要较大的能量，因此不能透过半透膜，而达到分离的效果。

2 陶瓷膜在水处理中的应用

目前陶瓷膜在水处理领域的应用主要包括净水处理和污废水处理两个方面。净水处理主要是饮用水和淡化水的制备，污废水处理主要包括各种化工行业废水处理、含油废水处理及生活污水处理和回用等。

2.1 在净水处理中的应用

2.1.1 饮用水的制备

传统的自来水生产工艺为混凝、沉淀、过滤和消毒，可去除水中大部分悬浊物及细菌。但是由于水源水污染加剧，传统工艺渐显处理效果不足，而且氯化消毒还可能形成对人类健康危害更大的三卤甲烷（THMs）。采用陶瓷膜技术处理市政用水，可以很好的解决这一问题，而且具有化学药剂用量少、占地少、节能和易于管理维护等优点。

通过不同孔径（0.2～5.0μm）陶瓷膜来研究膜面流速和操作压力对过滤水的质量和渗透流量的影响，认为0.2μm和0.8μm的膜比较适合于地表水的处理。美国Judith Herschell Green等人以不同河水为水源，超滤的方法制备饮用水，结果显示超滤膜出水不受原水浓度影响，水质好且稳定。用孔径小于0.18μm，孔隙率28%的不对称氧化铝陶瓷膜制备饮用水，能去除水中全部霉菌、杆菌及大于50nm的微例子，细菌总去除率大于99%，用于饮用水净化的膜，采用简单的机械清洗方法可使膜的渗透量完全恢复，不需反冲，不存在膜的深层污染和孔隙堵塞。

通过与活性炭臭氧技术比较，提出陶瓷膜技术在饮用水方面具有广阔的应用前景，还可把二者相结合使之更好的发挥作用。用孔径为200nm和50nm的氧化铝、氧化锆的TGA改良膜进行测试，用蒸馏法进行水的脱盐淡化，取得非常理想的结果。

2.1.2 锅炉补给水的制备

发电厂锅炉补给水要求水纯度高，水量大，且能连续供水。传 般采用离子交换法制水，但遇到杂质含量较高的水源时，再生酸碱用量大，环境污染严重，且水质不稳定，目前 上发达 大都采用反渗透-离子交换工艺制取锅炉补给水。国内有人用微滤加反渗透系统证明能有效的处理火力发电厂冷却系统的排水。膜系统前采用絮凝剂处理和添加PTP2000阻垢剂，并调整pH值在7.3～7.6，系统脱盐率大于98%，回收率达到35%。

2.1.3 医药用水的制备

医药针剂用水传统采用多级蒸馏制备，其工艺繁琐、能耗高、而且质量常常得不到保证，用超滤膜技术制取医药用水取得很好的效果，而且陶瓷膜对中药水提液具有较好的澄清除杂作用。

2.2 工业废水处理

膜分离技术应用于工业废水处理具有能耗低，效率高和工艺简单，易于自动化、操作维护方便等特点，与其他废水处理方法相比具有明显的优势，所以在废水处理中受到特别的青睐。

2.2.1 纺织工业废水处理

纺织染色工程均以水为介质，而且往往需要一次或多次水洗，用水量比较大，排放的废水对环境污染较重。印染过程各工序排出废水含有的主要污染物为：悬浮物、BOD有机物、COD染料、还原漂白剂、重金属（如铅、铬等）以及色度染料等，同时处理的难度很大。Soma等人利用无机陶瓷膜处理印染废水，膜孔经平均为0.2μm，压力0.5～1.0MPa，错流速率3～5m/s。实验结果表明，悬浮物、有机物的去除均效果明显，其中不溶性染料去除率大于98%，通过加入一些表面活性剂可使可溶性染料去除率大于97%。Xuli.Li等人也用陶瓷膜技术处理印染废水实验证明，经过处理后的水的CODcr和硫化物达到 废水排放标准。

卢学实等人采用无机陶瓷膜处理某毛衫制品有限公司所排放的水，效果非常好，出水优于 二级排放标准，其COD去除率达87%以上。

2.2.2 造纸工业废水处理

造纸黑液碱性大，成分复杂且污染负荷高，而无机陶瓷膜具有热稳定性好，耐酸碱腐蚀和多种苛刻条件的特点，因此陶瓷膜可以进行造纸黑液类废水的处理。Dafinov等人研究了用TiO₂、ZrO₂微滤纳滤陶瓷膜处理木浆黑液中水的再利用及出流液的浓缩，分别用孔径为1.5KDa和15KDa的膜进行测试，通过对总固体（TS）、有机物质、COD和矿物质的测量，15KDa孔径的陶瓷膜表现出更好的效果。国内也有人采用孔径为0.8、0.2μm微滤膜和50μm超滤膜过滤草浆黑液。结果表明，选用0.8μm或0.2μm孔径的膜有利于渗透通量的提高并保证截留效果。其操作压力在0.25～0.35MPa之间，错流速率不小于5.0m/s，温度为60℃时，可获得较高的渗透通量。

2.2.3 含油工业废水处理

对于含油废水处理的方法很多，常见的有盐析法、凝聚法、气浮法、粗粒化法、膜分离法、吸附法和生物法等。相比于其他方法，膜分离法具有占地小、易操作、处理效果好等优点。

Koltuniwicz等人用有机膜与陶瓷膜对比实验处理十二烷烃的含油废水，结果表明陶瓷膜的污染速率较慢，程度较轻。樊栓狮等人用陶瓷膜处理含油废水，考察了膜压差、流速等因素对乳化油渗透量和膜截留率的影响规律，结果表明陶瓷膜具有较佳的分离效率。通过试验0.14μm孔径的陶瓷膜处理废油效果发现，温度在60℃，错流速率4.0～4.5m/s，跨膜压力约为0.3MPa时效果较好。

2.2.4 其它工业废水处理

陶瓷膜处理很多类型的工业废水都具有良好的效果，如印钞废水处理，有毒废水处理，重金属废水处理等。

2.3 城市污水处理及回用

随着水污染问题的日益严重和水资源的枯竭，人们对污水深度处理和循环再利用的要求越来越高。城市生活污水具有水量大、水资源集中、水质稳定的特点，经过净化后可以成为新的水源，既可以缓解城市水资源短缺的问题，又减轻了城市污水对环境的污染。回用水包括工业锅炉循环补给水，城市绿地喷洒用水，建筑冲厕用中水。

采用错流过滤，通过对稀释的生活污水来模拟的合流制溢出流的水，从0.2μm到5μm的四种α-Al₂O₃膜进行了测试，发现0.2μm和0.8μm的膜处理的水质满足地表水排放的标准。综合过滤液的生化水质和长期通量，0.2μm的陶瓷膜比较适于处理合流制排水管网的溢出水。

Kyu-Hong Ahn等人利用Al₂O₃-TiO₂膜处理生活废水，废水来源于宾馆用水，参数为COD69.7mg/L、TOC6.8mg/L、SS43.3mg/L、NTU190。膜为Al₂O₃-TiO₂管状膜，单管具有7通道，内径为4.5mm，总表面积为0.8m²，错流速率为2.5m/s。经过膜处理，其TOC去除率为58.5%，COD去除率为68.0%，NTU去除率为96.8%，SS去除率接近100%。处理后的水达到当地回用水的质量标准，可作为冲厕用水。

3 陶瓷膜的污染和清洗

3.1 陶瓷膜的污染

陶瓷膜使用中的较大问题是膜污染，膜污染不仅包括由于不可逆吸附、堵塞引起的污染（不可逆污染），而且包括由于可逆的浓差极化导致凝胶层的形成（可逆污染），二者共同造成运行过程中膜通量的衰减。

3.2 陶瓷膜污染的控制

减轻膜污染的方法主要有以下几类方法：

料液预处理，是指在原料液过滤前向处理液中加入一种或几种物质，进行预絮凝、预过滤、改变溶液pH值等处理，使原料液的性质或溶质的特性发生变化，以脱除一些与膜相互作用的物质，减轻膜的污染并提高了过滤通量。有人研究用硫酸铝作预絮凝，投加量为2-4mg/L（以Al计）时，滤饼阻力和浓差极化阻力较小。用活性炭作为膜分离技术处理天然水的预处理，可以有效的去除膜本身难以去除的低分子溶解性有机物，减轻了膜污染，同时减少三卤甲烷等物质的生成。

优化膜分离操作水力条件，是通过改善膜表面的流体力学条件以减轻浓差极化、减少滤饼沉积量、降低膜污染、提高膜通量。主要有湍流促进，流体脉动，离心失稳，两相流技术等，H.Yonekawa等人通过改变陶瓷膜管内的构造以改变水流形态，就是属于湍流促进。

与其它水处理技术相结合减轻膜的污染，把膜技术与处理污水的生物反应器结合起来的工艺就是膜生物反应器（MBRs）。

3.3 陶瓷膜的清洗

无论如何改进工艺，膜污染都无法避免，所以在应用中必须进行膜的清洗，使其恢复过滤能力。

主要的清洗方法包括物理清洗、化学清洗、超声波清洗、电清洗和热处理清洗。

物理清洗：用机械的方法从膜表面或孔内去除污物，包括正方向冲洗，变方向清洗，透过液反压冲洗，振动，空气喷射，自动海绵球清洗，气-液脉冲等。

化学清洗：根据污染物不同选择不同化学试剂进行清洗，如：用酸类清洗剂溶解去除矿物质及DNA，NaOH水溶液有效脱除蛋白质污染，柠檬酸加氨水清洗液可去除碳酸盐垢及金属胶体，EDTA加NaOH清洗液去除二氧化硅、有机物及微生物污染。

超声波清洗：通过超声波脉冲产生高能量破坏膜表面和吸附物质的连接，振散膜面颗粒，从而去除膜表面沉积层。

电清洗：在膜面施加电场，使带电粒子或分子沿电场运动，从而达到去除的目的。

热处理清洗：由于陶瓷膜稳定的热稳定性，可以采用高温灼烧的方法使孔径堵塞物分解而达到清洗的目的，采用这种方法清洗，要注意密封部分的耐高温性。

4 陶瓷膜在水处理领域的发展前景及研究方向

陶瓷膜过滤作为一种新型分离技术，成为国内外竞相研究开发的热点之一，在水处理领域有着良好的前景。美国Business Communication Co.(BCC)统计结果显示，预计2005年全 膜市场为70亿美元。而无机膜约占整个膜市场的20%左右，在无机膜中，陶瓷膜的应用超过80%以上。在我国，存在人均水资源少，水需求量大，水环境污染严重等问题，陶瓷膜技术在此问题的解决上可以发挥重要作用，所以，陶瓷膜技术在水处理领域有着巨大的市场发展空间。

有关无机陶瓷膜在水处理中的应用，结合国际研究现状，归纳研究方向主要有以下两个方面：

在理论方面：膜的传递机理，膜的污染机理及清洗机理等。

在应用方面：改善制膜工艺，提高透过率及分离选择性；开发低成本制膜工艺，降低膜法水处理的成本；将膜过滤技术与其它废水处理技术相结合，减轻膜污染，充分发挥各自优势和协同作用。