传统水处理技术不同程度存在分离效率低、能耗大、对水温要求严格等缺点，膜分离技术的出现与发展很好地解决了这些问题。在膜分离过程中，物质不发生相的变化，分离系数较大，操作温度在室温左右，这些优点使其成为解决当代人类面临的能源、资源、环境等重大问题的重要新技术，现在已有许多膜分离技术获得大规模应用，如微滤、反渗透、超滤、纳滤、电渗析、渗透蒸发、液膜等。因此，膜分离技术被公认为20世纪末至21世纪中期较有发展前景的技术之一。

1 膜分离技术的定义及其特点

1.1 膜分离技术的定义

膜分离技术，顾名思义，是利用一张特殊制造的，有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离技术。

1.2 膜分离技术的特点

（1）膜分离技术能耗低。因为膜分离过程不发生相变化，其中以反渗透耗能较低，这对于克服 的能源危机有相当的意义。

（2）膜分离过程是在常温下进行的，因而特别适于对热敏感的物质，如对废水中有价值的重金属、化学药品、生产原料等的分离、分级、浓缩与富集过程。而用膜法处理饮用水，其出水水质只取决于膜自身的性质，如膜孔径、膜的选择性等，与原水水质无关。

（3）膜分离技术适用的范围广，反应过程不会改变物质的属性，不需要添加剂参加反应，不会带来新的污染物和浪费其它物质，可用于多种类型的废水处理过程。

（4）膜分离法分离装置简单，操作容易且易控制，便于维修且分离效率高。与常规水处理方法相比，具有占地面积小，处理效率高等特点。

（5）膜分离技术设备可实现定型化，自控性强，便于管理和运行，也有利于产业化发展。

2 几种常见膜分离技术应用现状

2.1 微滤

微滤在20世纪30年代有硝酸纤维素微滤膜商品化，60年代主要开发新品种。近年来以四氟乙烯和聚偏氟乙烯制成的微滤膜已商品化，具有耐高温、耐溶剂、化学稳定性好等优点，使用温度在100～260℃。

工业废水的处理中，微滤用于电子、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。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10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，产水量为24210m³/d，水厂规模从10～10000m³/d不等。此外，微滤在饮用水的处理，如大同市成功地用有机微滤膜设备处理水库水中大颗粒物及部分细菌微生物。

2.2 反渗透

反渗透技术在20世纪50年代才开始研究，到60年代末制成具有工业价值的反渗透膜，1971年开始有工业性反渗透装置在电厂投入运行，现在反渗透法进行水处理工艺遍及美国、日本、法国、意大利等 ，我国于70年代末开始引进反渗透装置于发电厂的水处理。90年代反渗透膜的开发研制成为热点，现在反渗透技术已有大范围的应用。

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、沧州电厂等9个发电厂应用反渗透技术来进行预脱盐处理。目前，海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法、冷冻结晶法及反渗透法。其中反渗透法的耗能较低，只有6～7kW·h/m³，为蒸发法的1/4。 上较大的反渗透海水淡化厂设在沙特阿拉伯，其生产规模为56800m³/d。

2.3 超滤

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。超滤从70年代进入工业化应用后发展迅速，已成为应用领域较广的技术。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。城市污水处理及其它工业废水处理领域，都是超滤未来的发展方向。

在处理工业废水方面的应用：1986年，中国科学院生态环境中心用超滤法处理含油污水，在0.1MPa的压力，水通量保持在60～120L/m³·h的情况下，可把含原油200～1000mg/L的水处理达到环境排放标准。1994年，在北京印钞厂安装了超滤设备用于处理印钞擦版废水，处理能力为2t/h，迄今运转良好。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及工艺要求，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。60年代超滤被引入汽车涂装工艺，欧美 几乎所有的涂漆生产线均装配了超滤装置。目前，电泳涂漆市场已成为超滤技术较大的应用领域。

2.4 纳滤

纳滤是20世纪70年代中后期开发的一种新型膜分离过程。由于在渗透过程中截留率＞95%的较小分子约为1nm，故被命名为纳滤膜，纳滤膜的操作压力应≤1.50MPa，截留分子量200～1000。纳滤在水的软化、不同价阴离子的分离和高、低分子量有机物分级以及中、低分子量有机物除盐等方面得到了广泛应用。目前，纳滤技术已广泛用于制造生化产品、处理污水、制备饮用水和回收物料等多个领域。

与传统的处理方式相比较，城市污水经过纳滤或反渗透处理回用到城市绿地喷洒，可以降低由于水中的无机盐特别是重金属盐类含量过高造成的土壤盐碱化，有效地避免水中可能存在的致病微生物对人的身体健康造成的潜在危害。工业用水量比较大的主要是循环冷却水和锅炉补给水，城市污水经过污水厂二级处理后回用到工业循环补给系统还须进一步降低水中的有机物、氮和磷、悬浮物、硬度及氯离子含量，否则就会加剧循环系统管道和换热器的腐蚀，增加循环系统的外排污水量。二级出水回用作工业冷却水通过纳滤或者反渗透处理可以实现。

2.5 电渗析

电渗析的核心是离子交换膜，在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，实现溶液的淡化、浓缩及纯化。目前电渗析已经成为膜分离技术的重要组成部分，主要用于淡化苦咸水、制备工业用水和饮用水。

自 台电渗析装置问世后，其在苦咸水淡化，饮用水及工业用水方面的巨大优势大大加速了电渗析的进一步研发。美国内务部盐水局（OSW）在上个世纪的70年代建立了大型电渗析海水淡化试验厂，海水含盐量约35g/L，可用电渗析淡化到300～500mg/L。在中东和非洲缺淡水的地区，利用电渗析方法淡化苦咸水的工厂总产水量已经超过了30×10⁴t/d，出水的含盐量也只有3～6g/L。

2.6 液膜

液膜技术是20世纪60年代中期由美国埃克森研究工程公司的黎念之博士提出的一种新型膜分离技术，直到80年代中期奥地利的J.Draxler等科学家采用液膜法，从粘胶废液中回收锌获得成功，液膜分离技术才进入了实用阶段。液膜法可处理有机废水、含氨或含氰废水、含阴离子废水等。

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，然后安全地排出体外。我国液膜技术近年来也发展很快，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。

3 膜技术的应用前景展望

膜分离技术在水处理中的主要方向为饮用水的制取、工业用水中物质的回收与水资源再利用、工业废水的治理等。同时，对膜及相关过程的规模化、膜污染的监测与控制、操作条件的优化也是研究的主要方向。膜技术在环保领域的应用将成为国内外重点发展的前沿课题。因此对膜材料提出了更高的要求，尤其是要制造出适应于环保行业高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料。

任何水处理技术都有它的适用范围，往往使用某一种膜技术并不一定能够解决各种水处理问题，因此在实际应用中通常将不同的膜技术进行组合使用，这样往往可以发挥各自的特点，取得更大的技术和经济效果。同时膜技术与常规的水处理技术联合使用也是不可忽视的，如高纯水制备中将膜技术与离子交换及常规过滤技术相结合，则可发挥它们各自的优势，使处理效果大大提高，而处理成本则大大下降。

膜分离技术发展迅速，同其他工程科学的结合也越来越紧密，诸如同传感器相结合构成膜传感器等。膜分离技术得到越来越广泛地应用，不但用于常规的水处理，还用于杀菌等多个领域。膜分离技术的研究也可谓与日俱进，可以预料在新世纪，随着法规标准的日益提高和膜技术的不断成熟、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。