当前，社会经济高速发展，人们环保意识逐渐增强。膜分离技术由于占地面积效、节能环保、易于自动控制等优势，应用领域越来越广泛，被越来越多的人了解和接受，被认为是21世纪较有前途的水处理技术之一。作为新兴的高效分离技术之一，膜分离技术现已被广泛用于化工、医药、食品、环保等领域，该技术的发展被称为“第三次工业革命”。

膜分离法是在某种推动力作用下，利用天然或人工合成的高分子膜对双组分或多组分物质进行分离、分级、提纯和富集的方法。其机理为：利用特定膜的透过性能分离水中的离子、分子和杂质。在分离过程中，分离效果受到诸如膜结构、电性或多方面因素的影响。一般认为，膜对溶质的分离主要经三个过程：

（1）膜表面的筛分：比膜孔大的颗粒被阻挡在膜表面外。

（2）一次吸附：微粒被吸附到膜内部。

（3）脱除：微粒从膜内脱除，达到分离目的。

1 膜技术的分类

根据膜分离技术的构造和功能不同，一般可分为以下几类。

1.1 超滤膜

超滤（UF）是以压力差为动力的过滤技术，可对不同相对分子质量的物质进行 分离，其技术原理与普通过滤方法一致，主要是筛分作用。该技术可同时对胶体或大分子物质进行分离，且具有能耗低、效率高、设备维护费用低、工作压力低、操作简便等优点。超滤既可以循环处理合格的工业过程水，也可与其他工艺联合，制备合格的纯水，亦可用于中水回用。目前，该技术已广泛应用于饮用水处理、工业废水处理、石油化工、电厂等领域。

1.2 渗透蒸发膜

渗透蒸发膜又称渗透汽化，是一种新型的膜分离技术。该技术利用膜透过和汽化相结合的分离过程，结合常规分离技术（如蒸馏、精馏等），达到分离和浓缩部分有机液体混合物的目的，尤其是近沸点混合物和共沸混合物。尽管渗透蒸发膜具有投资小、维护费用低、无污染等优点，且经过大力研发改进，但是其效率不高，所产生的经济价值有限。

1.3 反渗透膜

反渗透（RO）又叫逆渗透，是利用半透膜的选择性，以压力差作为推动力，在膜的一侧施加压力，促使混合物通过滤过膜，使原液里的溶剂通过半透膜，到达另一侧，从而实现混合物的分离。该技术具有效率较高、维护成本低、操作简便等优势。

目前越来越多的海水淡化系统采用反渗透膜技术。21世纪，能量回收装置的应用极大降低了反渗透膜在海水淡化应用中的成本。随着反渗透膜技术的研究发展及成本的下降，该技术成为苦咸水淡化中较具竞争力的工艺方法，因此成为了脱盐的主流工艺。此外，反渗透膜技术在中水回收方面也有着广泛应用。

1.4 微滤膜

能够进行微孔过滤的膜称为微滤膜。微滤膜属于静态过滤，其动力来源是静压差。微滤是利用压力推动流体透过膜或其他过滤介质从流体中分离出微米粒子的过程。微滤膜的分离机理分为：筛分截留、吸附截留、架桥截留和网络截留。该膜孔径均匀，孔隙率在80%左右，阻力小，低压下即可运行；其优点是效率高、速度快、介质不易脱落、吸附物质极少等。微滤目前已被广泛应用于饮用水、污水、反渗透和纳滤的预处理等领域；在食品、药品行业中，主要用于去除食品、饮料及酒类中的微生物及细微的杂质；在其他工业中用于去除废水中的悬浮物、细菌等颗粒物。

1.5 纳滤膜

纳滤膜是一种20世纪80年代中后期发展起来的介于UF和RO之间的膜分离技术，也是当前膜分离领域研究的热点之一。纳滤膜的孔径在1nm以上，一般在1～2nm，而且膜表面带负电荷；纳滤膜通过静电相互作用，阻碍多价离子的渗透，从而实现离子分离，因此，纳滤膜具有筛分效应和电荷效应两大特性。纳滤膜属于压力驱动膜，在同等压力下，纳滤膜通量比反渗透大得多，可在较低压力下有效地去除水中的有害物质。

纳滤可有效去除水中构成硬度的离子，因此可以进行水的软化。纳滤膜在水处理行业主要用于饮用水处理、工业废水处理等领域，该技术在美国印第安河县已经有所应用。

2 膜分离技术在水处理方面的应用

2.1 饮用水处理

膜分离技术处理饮用水主要是去除水中的有害物质（如细菌、病菌等），并过滤悬浮物。膜分离技术因其简单、稳定、高效等优点，近几年被广泛应用于饮用水制取方面，且处理规模不断增加。将超滤、纳滤、微滤等膜分离技术用于饮用水处理工作中，是水处理环境工程的重要突破，不仅过滤作用强大，还能除去水中纳米级颗粒，效果良好，提升了饮用水水质。与常规技术相比，膜分离技术具有很大的优越性。

近年来，国内外尤其是美国和欧洲的城市给水厂处理工艺优先选择超滤和微滤膜技术。目前，国内已有数座应用超滤工艺的水厂净化规模在2.0×10⁵m³/d以上，超滤水厂每天的总处理量超过8.0×10⁶m³。许多厂家利用微滤和反渗透膜处理饮用水，能有效去除小颗粒有机物和悬浮固体。

2.2 煤化工高氨氮废水处理

与传统的水处理方法相比，反渗透技术有以下特点：

（1）在常温条件下，采用无相变的物理变化对溶质和水进行分离。

（2）除盐率和水的回用率高，可截留粒径几个纳米以上的溶质离子。

（3）杂质去除范围广，可去除溶解性无机盐类和其他各类杂质。

（4）自动化程度高，操作简单，运行费用低，设备紧凑，占地面积少。

（5）不用大量的化学药剂和酸、碱再生处理，化学废液及废酸、碱的排放量大大减少，环境效益及社会效益好。

溶解在废水中的无机盐类可以利用反渗透技术来去除，过程中先对高氨氮废水进行预处理，然后再利用反渗透技术处理以达到去除其特征污染物NH₄⁺-N的目的。

水的预处理、反渗透装置处理和后处理是反渗透系统的三大部分，根据反渗透系统的设计规范和反渗透技术处理其他工业废水的实例，用反渗透技术处理煤化工高氨氮废水可采用如下工艺流程：

原水→絮凝剂→多介质过滤器→活性炭过滤器→保安过滤器→阻垢剂→高压泵→RO装置→混床→回用

在煤化工高氨氮废水中加入絮凝剂，然后使其进入多介质过滤器，再流经活性炭过滤器。活性炭过滤器主要是用于吸附废水中的焦油以及滤除此时废水中未除去的有机物、悬浮物和胶体等，以达到出水SDI≤3。活性炭过滤器可避免焦油所引起的RO膜的化学降解和水中污染物对RO膜的污染，保证膜的正常性能。

保安过滤器的存在可以有效地保证RO膜进水的浊度、悬浮物含量和SDI值达到膜进水的相关要求，保证RO膜的使用效果和增强RO膜的使用寿命。在废水中可加入阻垢剂以解决废水中难溶盐所可能引起的结垢现象，使系统更好的运行。

RO装置的正常运行需要一定的推动力来克服渗透压等阻力，高压泵可以提供合适并且充足的进水压力，达到所需要的产水量。该系统的主要设备主体是反渗透装置，利用反渗透膜的选择透过性来去除NH₄⁺-N和废水中的其他有机物、悬浮物等。

煤化工高氨氮废水经过反渗透系统的处理可以有效去除其中所含的各种污染物，并且出水的稀相可以用作锅炉循环水系统的补充水回用，提高了水资源利用率。

2.3 海水淡化方面

水危机问题是目前全 各个 和地区都不能忽视的问题，而膜技术就是解决此问题的有力工具之一。地球上97%的水资源是海水，海水的淡化处理可以有效地解决目前所面对的水资源危机。膜分离技术在海水淡化方面主要有节能和高脱盐两个主题。目前，随着 经济和科学技术的高速发展，膜技术不断革新使得反渗透技术处理海水所需能量不断减少，并且研发出各种膜原件以适应不同需求。利用膜分离和常规蒸馏技术形成的新型膜分离技术可以在保证较高膜通量的情况下达到海水淡化的高回收率。另外，基于离子交换膜能选择性地透过阳离子或者阴离子性质的电渗析分离技术在浓海水制盐方面得到广泛应用，制得的液体盐中含有更少的钙镁离子。

3 膜分离技术的应用前景

膜分离是新兴的、高效的水处理技术，可以简便高效地达到溶液分离浓缩、纯水制备、废水处理与回用等目的。当前，研究新型膜材料，研发低成本的制膜新工艺和性能完备的集成膜分离技术以及膜分离与传统分离技术相结合的新型分离工艺，将成为未来膜分离技术的主要研究方向。

4 结语

随着技术不断发展，更多新型膜材料的不断推出，21世纪的膜分离技术正在蓬勃发展。效率更高、更廉价且无污染的膜被研制出来，必然会使膜分离技术在水处理领域得到更加广泛地应用，使众多企业获得更显著的经济效益、环境效益和社会效益。