李战朋 周晓雯
（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津，300381）
【摘 要】随着人们生活水平的提高，对饮用水安全越发的重视，膜分离技术因其占地面积小、出水稳定、可操作性强等优点受到了越来越多的关注，由于其能截留水中大部分胶体和细菌，相较于传统的处理工艺，具有更高的可靠性和稳定性，在给水处理中得到了广泛的应用。需要注意的是，膜分离技术在给水处理中的应用，遇到的最大问题就是膜污染问题，因此应加强对膜污染的研究工作。本文首先对膜分离技术的概况进行了简述，然后对膜分离技术的分类进行了分析，最后对膜分离技术应用于给水处理中的膜污染进行了研究，并探寻其解决之道。
【关键词】膜分离技术；给水处理；膜污染研究
引言：
随着经济的飞速发展，我国的水环境污染问题越发的突出，工业生产中的“三废”、生活污水、生活垃圾以不同的方式进入到水体中，给水环境带来严重的影响。我国虽然淡水资源较为丰富，但是由于人口数量较大，造成人均占有淡水资源量偏低，再加上水体污染的加剧，我国水安全形势不容乐观。近些年来，随着膜分离技术的发展与完善，吨水的处理成本得到了显著的降低，膜分离技术被广泛的应用于水处理领域尤其是给水处理领域。
一、膜分离技术概况
膜分离技术作为一门新兴的分离技术，于20世纪初被研发出来，在20世纪60年代得到了快速的发展，1960年由 S.Loeb 和 S.Sourirtajan开发出了具有商业价值的醋酸纤维膜，标志着膜分离技术进入了新的篇章，随着科技的发展，膜分离技术被不断的完善和提高，处理成本也逐渐的下降，其被逐渐的应用与工业生产中去，几乎每过10年，就有一项新的膜分离技术被应用于工业领域，近年来，膜分离技术已经在食品加工、水处理、石油化工、生物制药等多个领域得到大规模的应用，并取得了良好的效果。
二、膜分离技术的分类
膜分离技术具有操作简单、运行高效，节能环保等优势，使其在水处理领域尤其是给水处理领域得到广泛的应用，以下对膜分离技术的分类进行简要的说明。
1、微滤
微滤又被称为微孔过滤，根据过滤的机理不同又可以分为筛分、深层过滤和滤饼过滤，其工作原理是以多孔膜为滤膜，在适当的压力作用下，对粒径为 0.1~1 um的物质可以实现有效的截留，微滤属于精密过滤，而且兼具高效性、经济性与易操作性等优点，其在工业给水净化和饮用水净化中得到大规模的推广和应用。
2、超滤
超滤处于加压分离技术，其滤膜的微孔小于0.01um，与三级预处理过滤相配合，可以有效的对水中的细菌、胶体、铁锈等大分子物质截留，保留水中的微量元素以及矿物质。超滤可操作性较强、运行成本低，生产周期短，处理水可以达到回用水水质标准，其在工业废水处理、制取工业工业水及饮用水的深度处理中得到广泛的应用。
3、纳滤
纳滤又被称为低压反渗透，其外加的压力介于反渗透与超滤之间，纳滤是膜分离领域的新兴技术，其滤膜的孔径一般为几纳米，对分子量大于200的物质可以实现有效的截留，纳滤具有着较高的精确度以及较高的自动化程度，在水处理领域取得了重大突破。
4、反渗透
反渗透又被称为逆渗透，其原理是在一定外加压力的推动下，实现溶剂向逆着自然渗透的方向移动，最终实现溶剂与溶质的分离。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆反渗透不但可以对胶体和大分子溶剂实现截留，而且对各种无机离子也可以实现有效的截留，这就使得反渗透技术有着更为广阔的应用空间，反渗透技术操作简单，运行效率较高，目前被广泛的应用于海水淡化、中水回用和纯水生产等诸多领域。
5、电渗析
电渗析的外加作用力不同于前面的几种膜分离技术，其是在外加电厂的作用下，利用离子交换膜实现不同溶质离子分离的过程，电渗析技术作为一种较为完善的水处理技术，目前主要应用于废水中污染物的分离以及酸碱的制备，随着其他膜分离技术的发展和应用，电渗析技术正面临着巨大的挑战，也正逐渐的的被其他技术所取代。
三、给水处理中膜污染研究与处理
膜分离技术在给水处理中应用所遇到的最大问题就是膜污染，膜污染会降低过水速度，并缩短膜的使用时间，膜污染是指在处理物料中胶体、微粒等其他大分物质在各种作用力的作用下被截留在膜上，造成膜孔变小或者堵塞的状况，这样会对膜通量及其分离功能造成不可逆转的影响，给水处理中所用的膜有两种，分别为UF膜和MF 膜，其中MF膜对这种影响的反应并不敏感，而UF膜则会受到很大的影响，与初始透过率相比，当膜污染达到一定程度后，透过率可以降低20%以上。膜污染的主要来源为拟过滤水中的天然有机质，特别是其中说还有的腐殖酸类有机质，很多研究均表明，膜污染的严重程度与水中的TOC含量成正比。近年来，也有一些研究表明，无机离子特别是高价阳离子会对膜产生污染，可以用道南效应来进行解释，因为膜表面一般是带负电的，钙镁铝等高价阳离子会在静电力的作用下向膜表面移动，同时为了保证膜两侧的电荷平衡，带负电的腐殖酸也会向膜表面移动，这样就会导致膜污染的加剧，另外一种原因是高价阳离子会与带负电的腐殖酸发生络合反应，这样腐殖酸所带电荷量将下降，同时膜的排斥力也将下降。
膜面流速、温度、操作压力、污泥停留时间、水力停留时间等操作条件也会对膜污染产生影响，如在进行膜分离作业过程中，需要将操作压力控制在合理的范围内，因为在进行膜分离操作时，存在一个临界压力值，当操作压力小于临界值时，膜通量会随着压力的增强而变大，而当操作压力大于临界值时，则膜通量反而会随着压力的增强而变小，会导致膜污染的加剧，所以需要控制好操作条件，减轻膜污染的状况。在进行膜材料的选择时，与被分离物质之间的相互作用力越小越好，这样才能减轻膜分离过程中对膜的污染程度，就算是产生膜污染也容易采取方式进行清洗，便于膜通量的恢复；膜孔较小时，虽然可以得到良好的过滤效果但是却容易造成膜孔堵塞，并给后期的清洗工作增加难度，而若是膜孔过大，又会使大分子物质容易进入膜孔的内部，同样也会增加膜被污染的速度，使膜通量大大的降低，所以在实际的工作中，需要首先对原水中的有机物粒径分布进行分析，然后通过实验对膜孔进行选择。为了减少膜污染的程度，也可以采取一定的前处理措施，比如絮凝、沉淀、投加填料等方式，有研究表明，采用絮凝和吸附等方式，可以有效的减少水中TOC的含量，去除率可以达到90%，可以有效的避免膜污染的发生。
对于已经受污染的膜可以采取物理方法或者是化学方法进行清洗，物理方法主要是采用水力冲洗法，可以有效实现膜表面污泥和附着力较差的沉积物的去除，其中反冲洗法是在一定外压力作用下，使膜孔扩张，通过清洗水的不断冲洗，使膜孔中的堵塞物和沉积物得到一定程度的去除。化学清洗法主要是采用药剂进行清洗，常用的药剂主要有次氯酸钠、表面活性剂、稀碱、稀酸等，进行化学清洗时，需要根据污染物及膜污染的性质合理选择清洗药剂，在保证膜不受损的状态下，实现膜污染物的有效去除。
四、结语
社会经济的发展以及人们的生活、学习都离不开水，水是最为宝贵的自然资源之一但是随着水污染的加剧，水安全问题凸显，膜分离技术在保证水安全方面发挥了重要的作用。膜分离技术作为一种先进的高科技的分离技术，具有可操作性强，经济成本低、高效环保等优势，被广泛的应用于给水处理中，并取得了良好的经济效益和社会效益，当然，单一的膜分离技术还不足以完全解决我国所面临的水安全问题，还需要根据实际情况的需要，与其他处理技术进行有机的结合。
参考文献：
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[3]刘仁庆,孙伟,刘晓鹏.膜分离技术及其在工业水处理中的应用[J].西南给排水,2010 ( 6).
论文作者:李战朋,周晓雯
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年6月总第211期
论文发表时间:2016/8/13
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