膜分离技术是发展迅速、应用广泛的高新技术，该技术具有分离效率高、无相变、无化学反应、体积小、能耗低和操作方便等优点。它在“物质的分离与浓缩”过程中应用范围非常广泛，发展前景十分广阔。特别是近年来，膜分离技术应用于环保领域是一项重大的技术突破。它作为高新技术，相对于环保产业的传统工艺技术，具有明显的技术 性和投资经济性。

1 膜分离技术概况

1.1 膜分离技术

膜分离是通过膜对混合物中各组分的选择渗透作用的差异，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分混合的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集的方法。目前，已经工业化应用的膜分离过程有微滤（MF）、超滤（UF）、反渗透（RO）、渗析（D）、电渗析（ED）、气体分离（GS）、渗透汽化（PV）、乳化液膜（ELM）等。

1.2 膜分离学科发展的主要学科支持体系

以选择性分离膜为中心的膜科学主要围绕几个方向深入研究：膜材料和膜结构；膜制备与膜形成机理；膜性能与结构的关系；膜过程和传递机理；过程和设备设计与优化；膜应用研究等。膜分离技术能在短短30年内迅速发展是因为它有坚实的理论基础，例如化学渗透压学说、气体膜透过理论、膜孔径理论、膜平衡概念、定电位学说、双电层理论等等，近代科学技术的发展为分离膜材料研究提供了良好的条件，高分子科学的进展为膜分离提供了具有各种特性的合成高分子膜材料；电子显微镜等近代分析技术的进展为分离膜的结构分析和分离机理研究提供了有效手段。现代工业的发展需要节能、低品位原料的再利用和消除环境污染的新技术，而膜分离正好能满足这些需要。

1.3 发展膜分离技术的重要性

膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术，是多学科交叉的产物，亦是化学工程学科发展新的增长点。它与传统的分离方法比较，具有如下明显的优点：

（1）高效。由于膜具有选择性，它能有选择性地透过某些物质，而阻挡另一些物质的透过。选择合适的膜，可以有效地进行物质的分离、提纯和浓缩。

（2）节能。多数膜分离过程在常温下操作，被分离物质不发生相变，是一种低能耗、低成本的单元操作。

（3）过程简单、容易操作和控制。

（4）不污染环境。

由于这些优点，使膜分离技术在短短的时间迅速发展起来，已广泛有效地应用于石油化工、生化制药、医疗卫生、冶金、电子、能源、轻工、纺织、食品、环保、航天、海运、人民生活等领域，形成了独立的新兴技术产业。它的应用与节能、环境保护以及水资源的再生有密切的关系，因此在当今 上能源短缺、水荒和环境污染日益严重的情况下，膜分离技术得到 各国的普遍重视，欧、美、日等发到 投巨资立专项进行开发研究，已在此领域取得 地位。

2 膜分离技术在环保中的应用研究

2.1 在水处理中的应用

膜技术可以有效地提高水资源的利用程度，在海水淡化、滴灌以及工业用水循环使用的实践中都取得了较好的效果。膜分离技术作为较佳的水处理方法已成为研究的热点并取得了很好的成果。

2.1.1 膜技术在净水处理中的应用

（1）制取锅炉补给水。发电厂锅炉补给水要求水纯度高、水量大、且能连续供水。以前一般采用全离子交换法制水，但遇到含盐量较高（如500mg/L）的水源时，再生用酸、碱量大，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。我国20世纪80年代初上海杨浦电厂和天津军粮城电厂就引进了反渗透制取锅炉补给水装置。通过实际运行表明采用反渗透法不但改善了供水水质，还可节约酸碱处理费用。近年来越来越多的发电厂采用了反渗透法制取锅炉补给水，取得了明显的经济效益和社会效益。另外，还可用电渗析法制取锅炉补给水，采用电渗析-离子交换工艺在山东潍坊建成100m³/h电厂锅炉补给水示范工程。其后在河南巩义又建成240m³/h电厂锅炉补给水供应站。这两个工程在提高电渗析水回收率，延长电渗析器清洗周期，改善电厂锅炉给水水质，防止结垢，节水和节煤以及节酸碱方面取得了满意结果。

（2）制取纯净水。为消除饮用水消毒副产物和水塔及水箱对自来水的二次污染，反渗透（RO）、纳滤（NF）、微滤（MF）、超滤（UF）等膜技术成为替代传统技术的方法。RO技术无相变，能耗低，膜选择性高，装置结构紧凑，操作简便易维修和不污染环境。目前国内纯净水生产一般采用反渗透法。NF对二价（如钙镁离子）或多价离子及分子量介于200～500之间的有机物有较高的脱除率，可除去饮用水中加氯前三卤代烷前驱物，适用于硬度和有机物高的且浊度低的原水。MF、UF既可除去水中病菌、病毒、热源、胶体、COD、BOD等有害物质，又可透析对人体有益的无机盐。近年来大多数的矿泉水生产厂家均采用超滤或微滤技术除菌、除胶体、除絮凝物和颗粒等。

厦大三达公司拥有 国际的膜分离技术，该技术可以将西部的盐碱水、硬水等劣质水分离成为安全的饮用水，还可将工业和生活污水进行回收分离，成为安全饮用水，实现用水的污染零排放，从而有效解决我国西部地区的缺水问题，这对我国西部地区水资源的开发、保护和有效利用有着特殊的意义。

2.1.2 膜技术在废水处理中的应用

在废水处理方面，膜分离技术的应用也十分广泛。值得一提的是，由于在膜分离过程中不加入任何其他物质，因此膜技术净化废水的过程，同时也使有用物质得以回收，产品质量或生产效率得以提高，成本降低，能耗与物耗减少，污染消除或减轻。

从20世纪70年代初期首先使用反渗透（RO）法处理电镀污水并用于镀镍污水的回收处理，此后又应用于处理镀铬、镀铜、镀锌等漂洗水以及混合电镀污水。1965年英国首先发表了用半透膜处理电泳涂料污水的专利。1983年又有人用反渗透法处理染料溶液的研究。1969年美国首先报道了活性污泥法和微滤法处理城市污水的方法。1972年开始的膜生物反应器研究近年已进入实用阶段。近20年来，膜分离技术先后在含油、脱脂废水、纤维工业废水、造纸工业废水、放射性废水和高层建筑废水等各类污水处理中得到可广泛的应用。比如，采用超滤膜处理电泳漆废水，不仅处理后的水可以回用于清洗，而且分离出的涂料也可以回用；采用纳滤膜处理染料废水，不仅可以净化水，还可回收染料。电镀是当今全球三大污染工业之一。由长沙力元新材料股份有限公司与 海洋局杭州水处理技术开发中心设计、制造的电镀漂洗液镍回收系统已成功运用。电镀废水经该工艺技术处理后得到回用，废水中的有价原材料（硫酸镍、氯化镍）浓缩后回到电镀槽得以回收，基本达到零排放。因此，膜集成技术用于电镀废水资源化，不仅不会造成二次污染，而且还回收了废水中的有害重金属，变害为宝，同时使水资源得到再利用。

2.2 其他膜技术的研究应用

20世纪80年代以来，气体膜分离技术得到迅速发展，已在化工、石油化工等行业获得较广的应用，而膜富氧技术的发展对节能降耗、环境保护和提高人类生活质量均具有重大的作用。气体分离和渗透汽化是正在发展中的技术。其中气体分离相对较为成熟一些。目前已有工业规模的气体分离体系是空气中氧和氮的分离；合成氨厂中氨、氮、甲烷混合气中氢的分离；天然气中二氧化碳与甲烷的分离。渗透汽化是这些膜过程中 有相变的过程，在组件和过程设计中均有特殊的地方。它主要用于有机物/水，水/有机物，有机物/有机物分离，是较有希望取代某些高能耗的精馏技术的膜过程。除了以上已在工业应用的膜分离过程外，还有许多正在开发研究中的新膜过程，它们是膜萃取、膜蒸馏、双极性膜电渗析、膜分相、膜吸收、膜反应、膜控制释放、膜生物传感器等。这些膜过程目前尚处在小型试验和中试阶段。

3 膜分离技术的发展前景

3.1 膜技术应用前景广阔

膜分离技术在环保中尤其是在水处理的广泛应用中进展十分迅速，许多发达 越来越多的应用膜分离技术来处理污水以解决环境污染问题和水资源短缺问题。近几年的应用实践证明，我国膜技术已步入大规模工业应用阶段，市场潜力很大，应用前景广阔。

3.2 应用开发动向

进行以水处理为主的膜材料及膜研究，如大通量、高表面积的反渗透膜研究、界面缩聚法制备纳滤膜活性层的方法；大通量高选择性气体分离膜研究；二氧化碳分离、有机废气处理的研究；从水中分离有机物的高选择性膜研究和有机物/有机物分离膜研究；另外还有膜过程在环境保护及治理、水资源再生、燃料电池隔膜的理论和应用研究；具有更好耐酸碱、耐热、耐压、耐有机溶剂性能、抗氧化、抗污染性能和易清洗性能的高聚物膜、无机膜和生物膜材料；结合多种膜过程优点的集成膜过程；取代反渗透和蒸发工艺的膜蒸馏过程等。

4 结语

膜分离技术被称为是“21世纪的水处理技术”。我国膜分离技术在环保领域中的应用水平与 水平尚有较大差距，急需开发适合环保领域的高效分离膜和大型组件。可以预计，本世纪膜分离技术将得到迅速的发展，在污水处理领域发挥极其重要的作用。