浅谈膜滤水在水处理技术方面的应用及发展-水利论文发表

浅谈膜滤水在水处理技术方面的应用及发展
韩宗璞
摘要：本文分析了表面过滤和膜滤的作用机理，阐述了微孔过滤，超过滤，反渗透在水处理方面的应用，并展望了膜滤水技术的发展前景。
关键词：膜滤；水处理技术；反渗透膜；应用；发展
1 表面过滤和膜滤
1.1 过滤系指悬浮液流径多孔介质，并进行固液分离的过程。它是饮用水澄清工艺中不可缺少的最终工序，是工业用水进行预处理的主要环节，也是高纯水制备工艺中精处理的重要手段。在过滤装置中，过滤介质（过滤载体）是核心组成部分，也是过滤功能水平提高的关键。
从不同的分类标准出发，过滤方法及滤池种类可以有多种，根据原水中固体颗粒的大小及对出水水质要求的不同，水处理中所采用过滤介质的结构形式也应不同，从而就把过滤分为粗滤、微滤、超滤和粒状材料过滤四种主要类型。若按照被截留杂质在过滤介质上的分布特点情况，过滤又可分为表面过滤和滤层过滤两类。当被截留的颗粒物聚集在过滤介质表面时，则称表面过滤（亦称滤饼过滤或载体过滤），上述的粗滤、微滤和超滤均属于表面过滤；当被截留的颗粒物分布在过滤介质内部时，则称滤层过滤，粒状及纤维状材料过滤都是滤层过滤。从作用机理上看，表面过滤主要在于介质孔隙的筛除作用，而滤层过滤则主要是粒状滤料表面的粘附作用。表面过滤的介质主要有四种类型：网状多孔材料，附着在支撑结构上的预涂层，微孔材料和滤膜。
1.2 滤膜是一种高分子材质的致密薄膜层过滤介质。按照其制膜材料的不同，滤膜种类有以下几种：醋酸纤维素膜、乙烯类聚合物和共聚物膜、缩合物中性膜、脂肪族和芳香族聚
酞胺、聚亚胺膜、高分子电介质膜等，其中目前使用较多的是醋酸纤维素膜和芳香聚酞胺膜二种。膜组件的形式有管式、板框式、卷式、微管式及中空纤维等。
2 微孔过滤（MF）
微滤是微孔过滤的简称，其原理与普通过滤相类似，属于筛网状过滤，过滤膜的孔隙比较均匀，是深层过滤技术的发展。微滤使过滤从一般只有比较粗糙的相对性质过度到精密的绝对性质，在静压作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，比膜孔大的粒子则被截留在膜面上，使大小不同的组分得以分离。主要材料有醋酸纤维素膜、硝酸纤维素膜、醋酸纤维与硝酸纤维的混合膜、聚偏氟乙烯膜及聚碳酸醋膜等。
微孔过滤在水处理方面可用于饮料水的制备、电子工业中制备纯水、城市污水深度处理等。微滤技术在纯水制备中主要有两种用途：第一，在反渗透或电渗析之前，作为预处理的保安过滤器，以清除细小的悬浮物质；第二，在阳床、阴床或混合床离子交换柱之后，用它滤除树脂碎屑或细菌等杂质，以做纯水端的精处理工序。
3 超过滤（UF）
超滤是超过滤的简称，含有高超过滤之意，即其过滤能力超出了普通过滤的能力，表现为能把更细微的颗粒除掉。超滤用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量的溶质则允许通过膜，超滤膜的平均孔径介于反渗透膜和微孔滤膜之间。
超滤的工作方式是进水在流动过程中，一部分水透过膜，另一部分水则在沿膜面进行平行流动的同时，将膜表面上的截留物带走；而微孔过滤却是将全部的进水以挤压方式滤过，因而膜的微孔容易堵塞。
超滤在小孔径范围与反渗透相重叠，在大孔径范围内与微滤相重叠，因此它可以分离溶液中的大分子、胶体蛋白质微粒、细菌，而对于大部分离子没有（或有轻微的）去除作用，由于它使用压力低，产水量大，便于操作，因此应用范围广泛，发展速度很快。
4 反渗透（RO）
在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边稀溶液中，这是和自然界正常渗透过程相反的渗透，称为反渗透。反渗透所分离的溶质，一般是分子量在500以下的糖、盐等低分子，由于溶液的渗透压较高，
为了克服渗透压，因而必须采用较高的压力，一般操作压力为210MPa。反渗透所用膜为非对称膜或复合膜。
反渗透的工作方式与超滤类同，反渗透装置也与超滤装置同，有板框式、管式、卷式和中空纤维式，并以中空纤维式应用最为广泛。
反渗透在水处理方面很大的优越性是对钙镁离子的去除十分完全，因此产水硬度是比较低的，而且它又能除去水中有机物、微生物、胶体等杂质，反渗透法产水的水质是较为理想的，它在工业给水处理方面的应用也己很普遍，目前主要是存在如何提高水的回收率和降低成本的问题。
5 膜滤水处理技术的应用及前景
目前，许多学科的学者都在从事超滤和反渗透技术的研究。高分子科学家研究新的膜材料，合成具有各种功能的膜；物理化学家和数学家利用数学模型研究不同膜的通过性能；化学工程学家利用新膜，设计组件，用于化工分离。我国从70年代初开始这方面的研究工作，一些研究单位、高等院校和使用单位相互协作结合，在基本理论的研究，膜和组件的制造、实际应用等方面，均取得了丰硕的成果，从而有力地推动着膜分离技术与表面过滤技术的迅速发展。
在饮用水处理方面，膜滤水技术发展非常迅速。这是由于客观上要求高品位供水水质而促进行。用膜技术处理饮用水在世界上已建成多个水厂，万t∕天以上的水厂已有十几座。至于小型水处理装置就美国已达到数百多个厂家，其形式是各式各样，生产出净化水品牌亦是五花八门。这种小型净化水处理装置它首先是用于航空航天和高层人物的饮用水，现已普及到老百姓。我国虽然起步较晚，但发展很快，首先是用在市场上销售的瓶装水的制造上。目前市场上各种各样的瓶装水和净水器几乎都采用了不同类型的膜处理，据了解这其中有的用电渗析，反渗透，也有用超滤、微滤等来制造。这种用膜技术生产瓶装水或制造小型净水器，从方向看应该说符合有的放矢的处理直接饮用水，把我国自来水的水质提高一个层次。
由于客观上存在以下问题：
（1）天然水体污染的持续加剧；
（2）分析方法在负敏度和精确度方面的不断提高；
（3）水源中又出现新的问题，如寄生虫等导致水质恶变；
（4）生物处理工艺、膜技术提出了对水处理新认识的可能性；
（5）饮用水标准更加严格。
6 结语
由于现代工业的发展；江河被污染；造成了生活水源的馈乏。同时随着人民生活水平的提高和科学技术的发展，对水质的要求也越来越高，传统的水处理技术很难适应实际不断提高的水质要求。从目前看，传统的水处理技术长期很难突破，膜滤水技术则是解决这一难题的希望。