膜科学技术在水处理方面的进展与研究

1、膜科学技术在水处理方面的进展与研究邵思敏化学工程与工艺专业 学号 摘要：综述了膜科学技术在给水处理、海水淡化、污水处理和特殊行业水处理中应用的最新进展，简要介绍了膜科学技术的基本工艺及其应用，并介绍了国内与国外在膜技术在水处理方面的发展情况。关键词：膜、膜技术、基本原理、膜材料、水处理1. 引言水资源是人类不可缺少的自然资源，也是生物赖以生存的环境资源。对工业或生活废水进行处理，从而转化成可饮用或可再次利用的水已经成为解决水资源危机的一个重要途径1。膜分离是在20初出现的，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术2。随着工农业生产增长的需要，膜分离工程在水处理领域将发挥越来越重要的作用。各种

2、膜分离方法对于进水水质有不同要求，为达到合格的进水指标，必须对原水进行适当的预处理3，膜技术的应用给人类带来了巨大的环境和经济效益。2. 膜科学技术的简述膜分离技术是一门系统科学，它集成了高分子材料科学、物理化学、有机合成、化工分离、生物化工、化工机械等多个学科的科学知识，是一门多学科交叉的科学。膜分离技术作为分离、浓缩、提纯及净化技术，具有分离效率高、操作方便、设备紧凑、工作环境安全、节能等优点，和其他传统分离技术相比，具有无可比拟的优势。特别是它在节能、环境保护以及水资源的再生利用方面的突出表现，使人们对膜技术的发展前景刮目相看4。膜技术在水处理中的应用范围相当广泛，既可用于给水处理，也可

3、用于废水处理，在某些特殊行业的水处理中也有涉足且其应用规模在不断扩大5。世界膜市场的快速发展，不仅自身形成了每年约百亿美元的产值，而且有力的促进了社会、经济及科技的发展。可见，发展膜分离技术对于社会、经济、科学发展都具有重要而深远的意义。2.1膜分离技术原理利用它们之间的物理或化学性质的差异进行分离是混合物分离的指导思想， 膜分离技术也是如此，它利用混合物的物理性质或者化学性质的差异，将其分离，以达到水处理的需求。2.1.1利用物理性质的原理膜分离技术可利用混合物的物理性质的不同，如质量、体积、大小、或者几何形状的差异，膜作为筛子使用，将其分离。2.1.2利用化学性质的原理 混合物通过分离膜的

4、速度可以看成是两个步骤的速度。一个速度是从膜表面接触混合物进入膜内部的速度，即溶解速度。溶解速度取决于混合物和做分离使用的材料膜的化学性质。第二个速度是进入膜内后从膜表面扩散到膜另一面的速度，即扩散速度。扩散速度除了与混合物及膜的化学性质有关外，还与物质的相对分子质量有关。3. 膜技术的种类3.1反渗透分离技术3.1.1基本原理Lonsdale和Riley等人提出的溶解扩散理论较好地说明膜透过现象，该理论假定膜是无缺陷的完整的膜，溶剂与溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶质在膜中的溶解，然后在化学位差的推动力下，从膜的一侧向另一侧扩散，直至透过膜。溶质和溶剂在膜中的扩散服从菲克(Fick)定理。物质

5、的渗透能力不仅取决于扩散系数，而且取决于其在膜中的溶解度。溶质的扩散系数比水的扩散系数小得越多，高压下水在膜内的移动速度就越快，因此透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。溶剂溶液膜渗透溶剂溶液=gH平衡H溶剂溶液反渗透p > p反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。3.1.2膜材料反渗透膜要求具有以下性能6（1） 高的截留率和高的透水率；（2） 强抗微生物侵蚀性能；（3） 好的柔韧性和足够的机械强度；（4） 抗污染性能好，使用寿命长，使用pH

6、范围广；（5） 运行操作压力低；（6） 制备简单，便与工业化生产；（7） 耐压致密性好，具有化学稳定性，能在较高温度下应用。40年来，醋酸纤维素在膜材料中占有十分重要的位置。其主要原因是：它与其他膜材料相比，虽然有其局限性，但是资源无穷无尽，其有无毒、耐氯、价格便宜、制模工艺简单、便与工业化生产等优点；此外制的的膜用途广，水渗透流率高，截留率也好。尽管具有众多优点，但其抗氧化性能差，易水解，易压密，抗微生物侵蚀性能较弱等。因此，除对醋酸纤维素进行某些化学改性和接枝外，开发研究新的膜材料，也成为膜材料工作者研究的主要课题。3.2纳滤分离技术纳滤又称松散型反渗透，是介于反渗透与超滤之间的一种压力驱

7、动型膜分离技术。它具有两个特性7：（1）对水中的分子量为数百的有机小分子成分具有分离性能；（2）对于不同价态的阴离子存在Donnan效应。物料的荷电性，离子价数和浓度对膜的分离效应有很大的影响。和反渗透一样，纳滤可以去除水中离子和有机物，对2价离子去除率高达95%以上，对1价离子去除率较低(40%80%)。纳滤的这一性能决定了其在生活饮用水处理上代替反渗透，具有保留一定矿物质又能去除有机物的优点。在发电厂水处理中，人们较多关注的是其用作循环冷却水处理，去除硬度防垢，以及用于循环冷却水排水的回收利用。纳滤的这种特殊性能，可用来解决发电厂生产中的其他问题，由于纳滤对有机物去除率高，可用于发电厂非经

8、常性难处理有机废水的一次性处理等，也可应用于净水厂的水处理系统，如1993年巴黎郊区建成一座产水量为2800 m3/ d 的纳滤净水厂,利用经传统工艺处理后的地表水生产饮用水,此地表水经过三级纳滤系统处理,可有效去除其中的杀虫剂及THAs 前体8。3.3超滤分离技术3.3.1基本原理超滤是一个压力驱动的膜分离过程，主要由筛除机理去除水中杂质，以压力差为推动力，分离膜的孔径在0.0015-0.02um之间，推动压力在100-1000kPa左右。超滤适用于分离大分子物质、胶体、蛋白质等，可有效取出水中的悬浮物、胶体、有机物等杂质，是替代活性炭过滤器和多介质过滤器的新一代预处理产品。一般认为，超滤是

9、一种筛分过程9。在一定的压力作用下，含有大、小分子溶质的溶液流过超滤膜表面时，溶剂和小分子物质（如无机盐类）透过膜，作为透过液被收集起来，而大分子溶质（如有机胶体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。在超滤中，超滤膜对溶质的分离过程主要是：（1） 在膜表面及微孔内吸附（一次吸附）；（2） 在孔内停留而被去除（阻塞）；（3） 在膜面的机械截留（筛分）。3.3.2膜材料目前，已经商品化的超滤膜材料有十几种。从大的方面来分，超滤膜材料可分为有机高分子材料和无机材料两大类。1. 有机高分子材料用于制备超滤膜的有机高分子材料主要来源于天然高分子和合成高分子材料。有资源丰富、亲水性强、成孔性好、价格低廉的纤维素

10、衍生物；有抗氧化性好、化学性稳定、良好的力学性能、不易水解、耐酸碱的聚砜类；有力学性能良好、冲击强度高、韧性好、抗紫外耐老化、化学性稳定、耐酸碱和强氧化剂卤素的含氟类聚合物；还有乙烯类聚合物等等有机高分子材料。2. 无机材料无机膜材料主要分为致密材料和微孔材料两类。致密材料包括致密金属材料和氧化物电解质材料，对某些气体具有较高的选择性；微孔材料主要包括多孔金属、多孔陶瓷和分子筛等材料。多孔金属主要采用Ag、Ni、Ti及不锈钢等材料；多孔陶瓷主要有氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛等耐高温腐蚀材料。3.4微滤分离技术3.4.1基本原理微滤是以静压差为推动力10，利用膜的筛分作用进行分离的膜过程，

11、其分离机理与普通过滤类似，但过滤精度较高，可截留0.03-15um的微粒或有机大分子，因此又称为精密过滤。微孔滤膜的截留机理大体可分为四种；（1） 机械截留作用 微孔滤膜可截留比膜孔径大或与孔径相当的微粒，及筛分作用；（2） 物理作用或吸附截留作用 膜表面的吸附和电性能对截留起着重要的作用；（3） 架桥作用 通过电镜可以观察到，在微孔滤膜孔的入口处，微粒因架桥作用同样也可以被截留；（4） 网络型膜的网络内部截留作用 微粒截留在膜的内部而不是在膜的表面。机械作用对微孔滤膜的截留性能起着重要作用，但微粒等杂质与孔壁间的相互作用也同样不可忽略。3.4.2膜材料微孔滤膜材料是影响膜性能的基本因素，因此

12、材料的选择非常重要。一般来讲，材料的加工要求、耐污染能力和化学及稳定性是主要考虑因素。用于制备微孔滤膜的材料可以是有机高分子材料，也可以是无机材料。有机材料中有天然高分子材料，比如硝酸纤维素、醋酸纤维素、再生纤维素等；有合成高分子材料，如亲水性材料聚醚砜（PES）、磺化聚砜、聚丙烯腈（PAN）、聚酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSF）、聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚醚铜（PEEK）等，疏水性材料聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等。无机材料中有氧化铝、氧化锆等陶瓷，不锈钢、钨、钼等金属，微化玻璃和碳化硅等。3

13、.5电渗析分离技术3.5.1基本原理 电渗析是在直流电场的作用下，溶液中的带电离子选择性地通过离子交换膜的过程11。溶液中的离子在电位差的推动下，通过荷电膜而同其他不带电的组分分开。阳膜为带负电的阳离子传递膜，阴膜为带正电的阴离子传递膜。浓溶液稀溶液电极冲洗液原料液阳极阴极CACA3.5.2膜材料离子交换膜是电渗析器的核心部件，是一种膜状的离子交换树脂。但是必须指出，在电渗析中使用的离子交换膜，实际上并不是起离子交换作用，而是起离子选择透过作用，更确切地应称为离子选择性透过膜。又阳离子交换材料组成的膜含有酸性活性基团，可解离出阳离子，它对阳离子具有选择透过性，称为阳离子交换膜，简称为阳膜；又阴

14、离子交换材料组成的膜含有碱性活性基团，可解理出阴离子，它对阴离子具有选择透过性，称为阴离子交换膜，简称为阴膜。阳离子交换膜中有强酸型的磺酸型，中酸型的磷酸、膦酸型，弱酸型的羧酸、酚型，混合型的苯酚磺酸；阴离子交换膜中有强碱型的季铵、吡啶季铵型，中、弱碱酸型的伯胺、仲胺、叔胺型，混合型的混合铵型；特殊离子交换膜中有表面涂层膜、双极膜、两性摸、镶嵌膜等。3.6透析分离技术3.6.1基本原理 透析是一种扩散控制的，以浓度梯度为驱动力的膜分离方法。溶液中的低分子溶质可从浓度较高的进料液侧，通过扩散透过膜，而进入浓度较低的透析液测。3.6.2膜材料透析膜是透析器的主要构成部分，理想的透析膜材料应具有以下

15、特点12：膜材料的纯度高，不含有任何对身体有害的物体；具有优良的生物相容性，对蛋白质物特异吸附；有稳定的物理、化学性能和良好的力学性能；能经受消毒处理二不影响结构、性能；加工成型方便，制的的透析膜的表面皮层应尽可能的薄，膜表皮层及支撑层的孔隙率尽可能高，已获得更高的通量；孔径分布应尽可能窄，使膜对所有被希望脱出分子的筛分系数都接近于1，即对某些溶质具有高渗透性清除率，并对大分子物质的泄露较小。透析器的封装材料还不能含有亚甲基二苯胺，不会释放环氧乙烷。目前用于制备透析膜的材料主要有天然纤维素及其衍生物与合成聚合类两大类。纤维素类有醋酸纤维素、再生纤维素等；合成聚合物类包括聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸

16、酯、聚砜、聚烯烃、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醚嵌段共聚物等。由于透析膜主要用于医疗用途，对膜材料的要求非常苛刻，因此可临床应用的膜材料只有少数几种，具体有铜氨法再生纤维素、脱乙酰基纤维素、醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚醚砜/多芳基化合物合金、聚砜、聚酰胺等几种。3.7渗透汽化分离技术渗透汽化过程(Pervaporation ,简称PV ,国内又称为“渗透蒸发”)是一种新型的膜分离过程,是利用混合液中各组分被高分子膜选择吸附溶解,及其在膜中扩散速度的不同,通过渗透与蒸发将各组分分开,从而分离或富集有机混合物中的某一组

17、分。渗透汽化技术用于液体混合物的分离,其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸收等传统方法难以完成的分离任务。它特别适用于蒸馏法较难分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物及同分异构体的分离;对有机溶剂和混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势;还可以同生物及化学反应耦合,将反应生成物不断脱除,提高反应转化率。所以,渗透汽化技术在石油化工、医药、食品、环保等工业领域中具有广阔的应用前景,是目前处于开发期和发展期的技术,国际学术界的专家们称之为21世纪最有前途的高技术之一13。渗透汽化是利用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶解扩散性能的不同,实现组分分离

18、的一种膜过程。液体混合物料流与膜的一侧接触,所有组分的蒸气分压均处于饱和状态。通过降低下游蒸气分压,可以保持膜两侧之间的蒸气分压梯度。渗透液以蒸气的形式离开膜面并冷凝,然后以液态形式移出。渗透液蒸发所需的热量也传递并通过膜,即渗透汽化是传热与传质相伴随的过程。液态料液混合物提供蒸发焓,所以料液侧的温度会降低。渗透汽化是同时包括传质和传热的复杂过程,用于描述其传递过程机理的模型有多种,如溶解扩散模型、孔流模型、不可逆热力学模型、虚拟相变溶解扩散模型、非平衡溶解扩散模型等。其中普遍认可的是溶解扩散模型。根据溶解扩散模型,渗透物组分通过膜的传递分为3个步骤:料液中渗透组分的液体分子在膜上游侧表面溶解

19、;然后扩散通过膜;最后在膜下游侧解吸进入汽相。简称为溶解 扩散 解吸。4.膜技术在水处理中的应用4.1膜技术在海水淡化中的应用世界上淡水资源不足，已成为人们同益关切的问题。作为水资源的开源增量技术海水淡化技术已经成为解决全球水资源危机的重要途径。在海水淡化处理中主要采用的膜分离技术有反渗透、电渗析以及膜分离技术综合使用的方法。反渗透法于20世纪70年代起用于海水净化，经过几十年的发展，随着反渗透膜性能提高、预处理技术进步、能量回收率的提高等，已成为投资最省、成本最低、应用范围广泛的海水淡化技术也是目前最清洁的方法。（1）国内外发展现状反渗透技术在开发最初就是为了使海水淡化，采用这种技术淡化出的

20、海水水质非常优良，优于一般自来水水质14。采用膜分离技术淡化海水工程已相当成熟，继在舟山建成500m3/d反渗透海水淡化站后，又分别建成了如下海水淡化站：辽宁长海县1000m3/d、浙江师洒1000m3/d、山东长岛1000m3/d、山东威海2000m3/d的大型反渗透海水淡化站。2004年底竣工投产的大连石化5650m3/d反渗透海水淡化脱盐项目，海水RO装置脱盐率达99.5%。我国第一套具有世界水平的海水淡化装置日产水量200t，以及第一套沙漠地区苦咸水淡化均采用电渗析技术。但是随 着技术迅速发展，由于反渗透能耗更低，电渗析技术在海水淡化方面的部分应用市场已被RO取代。美国已建有38万m3

21、/d的膜分离技术淡化厂，其采取的工艺是将反渗透膜组件与超滤、微滤、纳滤等组件有机的组合应用15。（2）海水淡化流程一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理，淡化(脱盐)、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物(对反渗透法)，或脱气(对蒸馏法)，添加必要的药剂等。脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分，这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的的能量回收措施。后处理则是对不同淡化方法的产品水针对不同的用

22、户要求所进行的水质调控和贮运等处理。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法都存在着能量的优化利用与回收，设备防垢和防腐以及浓抽水的止确排放等问题16。（3）淡化产品水的性质淡化水水质指标分析反渗透淡化由于反渗透膜的脱盐率可达993。并且反渗透膜能够截留糖类、氨摹酸、细菌、病毒等物质，因此其产品水安全可靠，水质纯净，TDS仅为20500mgL。一般反渗透淡化水水质控制指标为细菌总数(MNP·100ML或CFU·100mL)、大肠杆菌(CFU·l00mL)、色度度、pH、总溶解性固体、总硬度，挥发酚、硅、硼、钠、铁、氯离子、硫酸根、氟化物等。一般来讲，反渗透法所产淡化水。具

23、有矿物质含量少、轻微腐蚀性和偏酸性(pH值为6575)的特点。反渗透法海水淡化产品水除硼外，其他指标均达到囝内外生活饮用水标准(GB 57492006、世卫组织饮用水准则、欧盟饮用水水质指令二及EPA 822一R一04005)指标限值。淡化水的后处理方法对淡化水的进一步处理通常称之为海水淡化后处理。国外的研究认为：经过处理后的淡化水水质，当碱度>80mgL、80 mgL<Ca2+<120mg/L、3mgL<CCPP<10 mgL、pH<85、Larso比例>5时，能够保证管网不受腐蚀,满足进入市政管网的要求。通常的后处理包括下列过程：矿化。防腐蚀。消毒

24、。强化脱出特定化学成分。一般情况下后处珲过程只采取上述一种或几种措施就能满足要求。例如，与原水混合或添加必要的矿物质(如钙、镁)能同时稳定产品水水质并保护供水系统免于腐蚀。再如。通常添加次氯化钙是为了杀菌消毒，同时也能增加一些矿物质钙。通常淡化厂的产品水与原水混合并加入次氯酸钙消毒后，可达到卫生安全和网管防腐蚀的目的。（4）反渗透膜海水处理技术应用发展全球海水淡化设备年均市场容量约40亿美元，中国海水淡化设备未来十年投资规模将高达120一140亿元海水淡化发展进入黄金十年。相比南水北调，对于北方沿海地区，海水淡化在中固更具有现实价值。中国目前海水淡化产能约40一50月吨日。2010年80100

25、万吨日，2020年250300万吨日。未来十年产量增加5倍以上。近10年来反渗透技术发展迅猛现已成为海水淡化的主要技术。目前，全国研制并开发反渗透组件的单位有40余家装置设备的生产企业600家以上。专家认为，反渗透技术之所以成为主流技术。是因为该技术比较稳定，工艺流程比较简单，投资费省、能耗低等优点17。4.2膜技术在污水处理中的应用 膜技术在废水处理方面的研究和应用几乎涉及到废水处理的各个领域，包括电泳漆废水和石油、化工、纺织、食品加工、造纸、医药、机械加工等行业的废水处理。近年来，随着环境污染的加剧和水资源的枯竭，人们对水的循环再利用、深度处理的呼声和要求越来越高，如何尽可能多地回收利用现

26、有的水资源已成为人们关注的焦点，废水作为一种资源的观点也逐渐被公众所接受。膜技术在废水处理中的应用也向综合利用方向转变，一些新的膜过程不断地得到开发研究，如膜软化、渗透汽化、膜蒸馏、支撑膜液、膜生物反应器、仿生膜及生物膜等过程的研究工作不断深入。这些工作既以充分回收利用废水中的有价资源为目的，又在一定程度上推进了废水处理的深度，具有重大的环境效益和经济效益。4.2.1工业污水的处理（1） 石化废水处理。王立国等用中空纤维超滤装置在胜利油田河口水站对处理油田含油污水进行了实验，设计规模为1.5t/h，滤后水中的悬浮固体含量为0.56mg/L，含油量为0.56mg/L，可满足地渗透油层注水的水质要

27、求。2004年7月北京燕山石化年的污水回用项目采用超滤工艺。（2） 含重金属废水处理等。在电镀加工和合金生产过程中，经常需要大量水冲洗，在这些清洗水中，含有浓度相当高的重金属如镍、铁、铜、锌等。G.Sznejer18用乳状液膜法处理含重金属锡的废水，取得了较好的效果。奥地利一家公司利用乳状液膜处理粘胶纤维厂含锌废水，能将含锌浓度为350mg/L富倍数达100以上。Marr19等利用乳状液膜处理粘胶纤维厂含锌废水，能够将废水中锌的质量浓度从350mg/L降至5mg/L，并已在中试的基础上进行了工业化。王士柱等建立规模的类似装置，在料液酸度较低的情况下，处理后锌的质量浓度可低质5mg/L，符合国家

28、排放标准，此系统中既可处理污水，又可回收资源。根据Marr及王士柱等估算，采用该技术回收1kg锌，所需费用小于1kg锌的价格，可见环保效益与经济效益达到了统一。（3） 造纸废水。膜分离技术装置可以在造纸工业中用于处理大量废水，降低造纸厂排放水的色度，生化耗氧量以及其他有害杂质，并使部分水得以循环利用。在处理污水的同时，还可以提取有用的物质。潘碌亭20等采用无流动载体组成的乳状液膜法处理造纸黑液，取得了良好效果。朱潇潇21等采用微滤预处理，再用纳滤膜处理造纸废水，微滤分离对溶解性有机物不能很好的去除，而在前处理中加入絮凝后，则能有效降低COD，纳滤膜能够很好的降低硬度，去除水中各种离子。（4）

29、有机废水。刘国光22等用LMS-2为表明活性剂，煤油为膜溶剂，石蜡为膜增强剂，内水相解吸剂为氢氧化钠溶液的乳状液膜体系处理醋酸质量浓度为1000mg/L的废水，在适宜的操作条件下，醋酸的提取率可达96%以上，Wang23研究了用液膜法去除水溶液中的多种有机酸成分。（5） 其他废水处理。沈阳化工研究院24所开发的液膜分离工艺从高浓度废水中回收可利用资源的技术于2000年获国家科技进步二等奖，其研究主要着眼于用液膜分离工艺从农药废水中回收酚，从含吡啶废水中回收吡啶化合物，从含氰废水中回收氰化物，并采用液膜分离工艺处理染料废水，均取得了良好的效果。张力等采用超滤加反渗透的工艺对含氰废水进行二级处理，

30、结果是对CN的截留率高于89%。李健等在对某针织厂印染废水的二级生化处理出水的水质进行研究后，采用微絮凝过滤加反渗透脱盐法进行处理，结果表明，反渗透系统出水水质达到城市污水再生利用工业用水水质标准，可回用于该厂生产中。某玉米加工厂采用厌氧消化超滤膜生物反应器处理玉米加工废水，COD去除率达到97%。丁杭军等采用一体式好氧中空纤维膜生物反应器处理医院污水，对氨氮的平均去除率分别为80%和97%，出水水质良好。20世纪90年代，美国通用汽车公司采用外置错流管式超滤膜生物反应器处理工业和生活混合废水，系统出水COD和BOD的质量浓度分别低于400mg/L和10mg/L。4.2.2城市生活污水处理 城

31、市人口的增多符合日前的社会发展形势，但随之而来的就有系列问题，其中水污染问题在城市问题中日益突出，集中处理城市污水成为水污染治理的首要任务。2007年底我国城市污水处理厂的平均运行负荷率为65%，比2001年提高了10%，还有很大一部分的污水处理厂的处理能力低下，没有充分发挥作用。至2007年，在已建有污水处理厂的城市中，大约10%的城市污水处理厂运行负荷低于30%25。我国的城市污水处理还有很长的路要走。 1967年世界上第一个采用MBR工艺的生活污水处理厂由美国的Dorr Oliver公司建成，处理能力为14m3/d。20世纪90年代中期日本有39座采用膜分离技术的污水处理厂运行，100多

32、座高楼采用MBR法将污水处理后回用于中水管道26，这些系统的出水已达到深度处理的标准，而且系统占地小，管理方便，产泥量很小。1997年英国公司建立了当时世界上最大的污水处理厂，处理能力为2000m3/d，1999年又在Swanage建成了13000m3/d的MBR污水处理厂27。在我国，徐元勤等采用规模为800m3/d的侵入式连续微滤膜装置对城市污水进行深度处理并回用。运行结果表明其出水水质稳定、良好、无色、无嗅，优于生活杂用水水质标准。熊丽等发现孔径在0.1mm左右的筛绢作为载体形成的自生生物动态膜在膜通量为13.9、16.7和20.8L/(m2.h)3种情况下均可稳定运行30d以上，对生活

33、污水中的COD去除率大于90%，出水COD为20-30mg/L，污水中的悬浮固体几乎被完全截留、分离、除水中未检测到SS。4.3膜技术在特殊水处理中的应用4.3.1在食品工业的应用膜分离技术应用于食品工业始于20世纪60年代末。首先是从乳品加工和啤酒无菌过滤开始的。随后逐渐用于果汁、饮料加工、酒类精制、酶加工等方面。西欧是将膜技术用于食品工业起步最早、应用最广泛的地区。20世纪80年代以来，日本对这方面开始重视，美国、澳大利亚、加拿大等国也紧随而上，进展极为迅速。我国在膜分离用于食品加工的开发方面，相对较滞缓。多年来基本上仅停留在某些酶制剂的生厂上。近年来，步子在加快、特别在饮料行业，发展很迅

34、速。膜分离与传统的食品工业中的加工技术相比，有以下三个特点。第一，节能。食品工业中，首先碰到的是脱水问题。往往先要浓缩、除去大量水分后才能进一步加工。食品工业中传统的脱水方法是蒸发，这需要吸收大量的热。用膜分离方法脱水，没有这个相变，所以能量消耗就大大降低。第二，能做到最大限度保留原有的营养成分。在食品加热蒸发过程中，由于温度升高，很多不耐热的营养成分被破坏。膜分离是在常温下进行脱水的，如有需要，还可以把操作温度降至室温之下。所以食品用膜技术脱水，可以把食品中的营养成分全部或大部分保存下来，基本上做到原汁原味。这样，加工出来的产品，可以提高档次，使产品升值。第三，可以简化工艺流程和操作步骤。传

35、统的饮料生产是用巴氏杀菌和添加化学防腐剂的方法来使产品达到食品卫生要求。用微滤膜技术可以代替巴氏杀菌和添加化学防腐剂。另外，传统的果汁澄清先是在反应缸中加酶处理，然后过滤或离心。时间长、占地面积大、成本高。若用超滤技术，可以减少反应缸、泵、压缩机、离心机等设备，节省硅藻土或其他助滤剂和酶制剂，降低操作费用和人工费用，并可提高果汁产量和减少废渣。4.3.2在医疗卫生方面的应用 医药行业所用的药剂、溶液、注射用水必须是杀菌的，采用膜分离技术可经济方便的去除水中的细菌微生物和悬浮物，制备无菌液体。输液剂是大量输入液体的一种注射剂，是补充、调节病人体内水、电解质及酸碱平衡的必备药品。由于水中的悬浮物、

36、盐类、微生物、热源等往往会引起细菌感染。国营华阳河制药厂经采用无锡市超滤设备厂生产的切割分子量为6000道尔顿的NUF-6000中空纤维超滤装置于输液制备生产线上后，情况大为改善，水之非常稳定。20世纪90年代初，国内首次从国外购置膜空气净化设备，并逐步扩大应用范围，为发酵工业彻底解决气体净化技术落后，带来了希望，迄今为止，膜气体净化技术在一些企业中大量应用的情况证明，此项技术是当今国际上最先进、最理想的。它具有极高的气体净化质量，使用中安全、可靠、稳定，可充分满足现在的发酵工业的所有操作条件。膜分离技术在药品生产上的应用非常广泛，如天津大学在华北制药厂的协助下，对超滤工艺用在青霉素提炼精制过

37、程中除去蛋白质的应用；透析膜分离技术在人工肾的应用；膜蒸馏法在人参露和洗参水的分离浓缩等。4.3.3其他应用膜分离技术应用十分广泛，而且还在不断扩展中，还有以下重要的应用。（1） 膜与生物技术。生物产品加工过程一般都包括了原料灭菌预处理、生物反应、以及反应的检测控制和产品的分离、提纯、浓缩等步骤。膜技术几乎可以用于生物产品加工过程的各个阶段和所有步骤。膜技术在发酵过程中拥有重要作用，可提高发酵工业生产中的水回收率、降低产品浓缩中的能耗、提高产品质量和回收率、处理高浓度有机废水等；膜生物反应器可改变生物反应历程，提高生物反应效率；生物膜传感器处理信息的能力。（2） 膜在国防军事的应用。谁是保障军

38、队战斗力的重要物资，特别是缺水和水质恶化地区，给水保障犹如军队的生命线。舰艇人员的日常生活用水和动力装置所需淡水，除淡水舱带以外，全靠海水淡化供给，膜分离技术海水淡化被广泛应用于舰艇上；膜分离技术用于野战排供水，可提供生活用水，并可用于野战医院的处理医院污水，及时回收污水进行再利用。（3） 膜在交通、运输方面的应用。大型的船只需要膜分离技术供应水；油槽船防爆使用膜式富氮空气发生装置清洗，提高长距离、长时间运输的安全性；铁路蒸汽机车锅炉用水、内燃机车冷却用水及铁路系统的蓄电池电解用水，对水质均有特点要求，都需要膜分离技术对水质进行分离处理。5. 结论和展望在当今世界水处理业朝着以开发水资源（即废

39、水回用）与保护环境的方向发展。膜分离技术由于具有节能、设备简单、运行费用低等优点，在水处理领域的研究及应用将会日益广泛。近年来国内外研究者开展了这方面的研究，并取得了一定进展。随着膜材料性能的改进、价格的降低以及技术的成熟，如在膜材料改性方面的等离子法、表面活性剂法、紫外辐射法、高分子合金法等，膜技术在水处理中的应用完全有可能取代常规水处理工艺，在供水处理和污水处理方面发挥出更有意义的作用。同时在食品工业、医疗卫生、石油化工、环境工程等方面也将发挥更重要的作用。目前，我国膜产业发展十分的迅速，但也应该清醒的认识到与发达国家的差距。从数量上，我国已超过美国或日本，但是有代表性的高科技膜产品很少；

40、我国的分离膜品种少、性能低、规格不全，一些高性能膜还需要进口；膜分离技术应用上的一些重要配套设备，国内提供不出高质量产品，必须靠进口；在应用领域上，深度和广度都不够，别人已经广泛应用的领域我国还刚刚起步；在科研、开发工作方面，我国较长一段时间中，存在着低水平重复的现象，多数项目属于追赶类型，缺乏创新，经费投入长期不足。为此，我们应尽快改善以上情况。首先，要尽快在我国形成一个完整的、高水平的膜工业体系；第二，抓重点，进一步推广膜技术在我国国民经济各领域的应用；第三，组织力量攻关，加强创新研究；最后，加强学术交流，成立全国膜学会。这样，我们才能在全球膜行业的高速发展中取得进步，并赶上发达国家的脚步

41、，成就我国膜技术科学的辉煌。参考文献1简武，冯玮隽，沈玲玲.膜分离技术在水处理中的研究及应用进展.环境保护部南京环境科学研究所.2012,3.2郑领英，王学松.膜技术.北京：化学工业出版社.2000,（11）：2.3于丁一，宋澄章，李航宇.膜分离工程及典型设计实例.北京：化学工业出版社.2005,(1):133.4杨座国.膜科学技术过程与原理.华东理工大学出版社.2009，（8）：1.5邵刚.膜法水处理技术及工程实例M.北京:化学工业出版社，20026安树林.膜科学技术实用教程.北京:化学工业出版社.2005:587Rautenbach R,Groschl A.Separation Potential of Nanofiltration Membranes.Desalination.1990,73-845.8Bergman R A. Mem