武卓敏　王昕宇

摘 要：水是人類(lèi)賴(lài)以生存的重要自然資源。全球水環(huán)境質(zhì)量的嚴(yán)重惡化和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使得水資源的短缺已成為制約社會(huì)發(fā)展的瓶頸，迫切要求適合時(shí)代發(fā)展的各類(lèi)水資源化技術(shù)。反滲透技術(shù)技術(shù)擁有許多不可替代的優(yōu)勢(shì)，有很大的開(kāi)發(fā)利用空間。

關(guān)鍵詞：水危機(jī)；膜技術(shù)；現(xiàn)狀；前景

城市污水具有量大、集中、較為穩(wěn)定的特點(diǎn)，是一種潛在資源。工業(yè)廢水大多含有不同濃度的化學(xué)物質(zhì)，其中有些具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，膜技術(shù)不僅能對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行有效的凈化，又能回用其中的有用物質(zhì)。我國(guó)是水資源大國(guó)同時(shí)也是水資源貧國(guó)，海水作為水資源的重要組成部分，有效利用是解決我國(guó)水資源危機(jī)的重要措施之一。我國(guó)西部嚴(yán)重缺水，苦咸水淡化是解決此問(wèn)題的有效途徑，膜技術(shù)可以在這些方面發(fā)揮重要作用。

1.膜技術(shù)定義

所謂的膜，是指在一種流體相或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相互分隔為互不相同的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生凝聚相。

膜技術(shù)，是利用一張?zhí)厥庵圃斓?，有選擇透過(guò)性的薄膜，在某種推動(dòng)力的作用下，使溶質(zhì)或溶劑分離的方法。分離溶質(zhì)時(shí)一般叫滲析；分離溶劑時(shí)一般叫滲透。

2.膜技術(shù)的分類(lèi)

根據(jù)推動(dòng)力的不同，膜分離有下列幾種：

濃度差：擴(kuò)散滲析（分離離子、小分子）

電位差：電滲析（分離離子）

壓力差：反滲透（RO， reverse osmosis）、納濾（NF， nanofiltration）、超濾（UF， ultrafiltration）、微濾（MF， microfiltration）

3.膜技術(shù)的發(fā)展歷史

上世紀(jì)六十年代，美國(guó)為解決宇航人員在太空以及月球的飲水問(wèn)題，花費(fèi)了約5億美元才研究出來(lái)膜技術(shù)。所以，純凈水在美國(guó)又稱(chēng)為“太空水”。反滲透膜是一種高科技的產(chǎn)品。它是經(jīng)由美國(guó)許多的科學(xué)家付出無(wú)數(shù)的心血、時(shí)間及金錢(qián)研究出來(lái)的，并不是一般的過(guò)濾器所能類(lèi)比的。在21世紀(jì)以前，反滲透膜技術(shù)都是被國(guó)外所壟斷，而中國(guó)是直到90年代末期才開(kāi)始掌握了反滲透膜的生產(chǎn)技術(shù).這個(gè)歷史要追述到建國(guó)初期，當(dāng)時(shí)我們國(guó)家的領(lǐng)導(dǎo)人已經(jīng)意識(shí)到海水淡化的前景和將來(lái)在社會(huì)中的作用。

我國(guó)膜分離技術(shù)的開(kāi)放是從1958年研究離子交換膜開(kāi)始的，20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始研制膜分離技術(shù)設(shè)備，被列入“六五”到“十五”規(guī)劃中，當(dāng)時(shí)我國(guó)的膜分離技術(shù)水平與世界水平差距不大，但由于原料及基礎(chǔ)工業(yè)水平的限制，生產(chǎn)出的膜元件性能偏低，生產(chǎn)成本高，沒(méi)有形成規(guī)?；a(chǎn)。我國(guó)膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)始于20世紀(jì)70年代，最早多限于電子，半導(dǎo)體純水的制作，80年代以后逐漸擴(kuò)大到其他工業(yè)，90年代起在飲用水、純水方面獲得廣泛使用。

早在1958年，石松研究員等首先在我國(guó)開(kāi)展離子交換膜電滲析海水淡化研究。而在此前1953年美國(guó)C.E.Reid建議美國(guó)內(nèi)務(wù)部將反滲透研究列入國(guó)家計(jì)劃。

1967年，國(guó)家科委組織全國(guó)海水淡化會(huì)戰(zhàn)，組織全國(guó)在水處理和分析化學(xué)、材料化學(xué)、流體力學(xué)等各個(gè)學(xué)科的精英會(huì)戰(zhàn)海水淡化。

1970年，組織了全國(guó)第一個(gè)海水淡化研究室。此期間，他們一直用電滲析技術(shù)進(jìn)行海水淡化，研制成功海洋監(jiān)測(cè)專(zhuān)用微孔濾膜，建成了世界最大的電滲析海水淡化站——西沙永興島海水淡化站。

1982年，中國(guó)海水淡化與水再利用學(xué)會(huì)經(jīng)中國(guó)科協(xié)學(xué)會(huì)部批準(zhǔn)在杭州成立。但是，因?yàn)榻?jīng)歷了十年浩劫，畢竟還是衰弱下去了，此時(shí)，遠(yuǎn)在大洋彼岸的美國(guó)的全芳香族聚酰胺復(fù)合膜及其卷式元件已經(jīng)赫然問(wèn)世。

1984年，國(guó)家海洋局以海水淡化研究室為主體，組建國(guó)家海洋局杭州水處理技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，中國(guó)開(kāi)始對(duì)膜技術(shù)重視了，但是，美國(guó)海水淡化用復(fù)合膜及其卷式元件已經(jīng)大面積商業(yè)化了，投入到了國(guó)家和民用中去了。

1992年，國(guó)家為了追趕膜方面技術(shù)與世界的差距，國(guó)家科委、軍委，以“中心”為依托，組建國(guó)家液體分離膜工程技術(shù)研究中心，并開(kāi)始悄悄研制國(guó)產(chǎn)反滲透膜。

2001年，“中心”實(shí)行集團(tuán)化分體管理，所轄三個(gè)控股的中外合資公司，兩個(gè)中資公司和一個(gè)研發(fā)中心。 反滲透膜當(dāng)年正式公開(kāi)問(wèn)世，從此，中國(guó)有了自己的反滲透膜產(chǎn)品，享有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、由中國(guó)制造、具有民族品牌的高性能復(fù)合膜元件開(kāi)始投放市場(chǎng)，中國(guó)成為世界上第四個(gè)掌握自主反滲透膜技術(shù)的國(guó)家。

但是，作為反滲透膜的最高點(diǎn)，中空纖維反滲透膜一直是空白。

4.膜技術(shù)特點(diǎn)

（1）可在一般溫度下操作，沒(méi)有相變；

（2）濃縮分離同時(shí)進(jìn)行；

（3）不需投加其他物質(zhì)，不改變分離物質(zhì)的性質(zhì)；

（4）適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定；

5.工程應(yīng)用特點(diǎn)

膜分離技術(shù)的工程應(yīng)用是從20世紀(jì)60年代海水淡化開(kāi)始的。1960年洛布（Loeb）和索里拉金（Sourirajan）教授制成了一張高通量和高脫鹽率的醋酸纖紙素膜，這種膜具有非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，從此使反滲透從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)應(yīng)用。

（1）離子選擇透過(guò)性高：具有選擇性透過(guò)特定離子的優(yōu)點(diǎn)。

（2）電阻?。弘娮铇O小。通過(guò)電滲析設(shè)備控制電力成本。

（3）機(jī)械強(qiáng)度高：通過(guò)加固材料，增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，有韌性，方便操作。

（4）耐化學(xué)性：化學(xué)性穩(wěn)定，能長(zhǎng)期使用

（5）尺寸穩(wěn)定性：溫度、構(gòu)成、濃度變化時(shí)，尺寸變化小。

（6）溶質(zhì)、溶劑的擴(kuò)散?。耗軌蜃钚』苜|(zhì)、溶劑的擴(kuò)散移動(dòng)。

（7）能夠分離單離子和多離子：通過(guò)選擇膜的種類(lèi)，能夠分離溶液中的單離子和多離子。

6.膜污染

自然界中的水含有各類(lèi)雜質(zhì)，按其在水中的存在狀態(tài)可分為三類(lèi)：懸浮物質(zhì)、溶解物質(zhì)和膠體物質(zhì)。當(dāng)用反滲透膜對(duì)和溶質(zhì)進(jìn)行分離時(shí)，盡管對(duì)原水進(jìn)行了適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，但水中的雜質(zhì)仍會(huì)聚集在膜的表面使膜污染，結(jié)果使膜的分離率或透水速度下降，或兼而有之。膜的污染類(lèi)型通常有：水中難溶鹽在膜表面結(jié)垢，金屬氧化物及膠體、微生物形成污垢。膜污染是膜使用中必然產(chǎn)生的現(xiàn)象。

7.應(yīng)用

（1）海水或苦咸水（小于10g/L）淡化；

（2）自來(lái)水脫鹽制取初級(jí)純水；

（3）電滲析與離子交換組合制取高純水；

（4）廢液的處理回收（可以與電極反應(yīng)聯(lián)合進(jìn)行）

（5）如酸洗廢水回收硫酸和鐵，

（6）芒硝（Na2SO4）回收硫酸和堿

8.膜技術(shù)未來(lái)的研究重點(diǎn)

（1）膜污染的機(jī)理及污染防治；

（2）膜技術(shù)工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化；

（3）膜技術(shù)污泥產(chǎn)率與運(yùn)行條件的關(guān)系，以合理減少污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費(fèi)用；

（4）膜技術(shù)生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的代謝特性及其對(duì)出水水質(zhì)、污泥活性等的影響從而確定適宜的微生物生長(zhǎng)及代謝條件；

（5）膜技術(shù)工藝經(jīng)濟(jì)性研究。在目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應(yīng)狀況和規(guī)范設(shè)計(jì)要求的條件下，膜技術(shù)用于污水處理的最大經(jīng)濟(jì)流量的確定；

（6）以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對(duì)象、兼具脫氮除磷、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行等為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)新型的膜生物反應(yīng)器。

8.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)不懈的努力，我國(guó)的膜技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但在深度處理領(lǐng)域的應(yīng)用與世界先進(jìn)水平尚有差距。今后的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)、制造高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命、抗污染、抗通量的膜材料，著重解決膜污染、濃差極化及清洗等關(guān)鍵問(wèn)題。

可以預(yù)料，在不久的將來(lái)我國(guó)膜技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，憑借其自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它也必將為人類(lèi)做出巨大貢獻(xiàn)。

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