＊吳全貴 祝媛媛

（湖北大學(xué)知行學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院 湖北 430000）

1.膜分離技術(shù)的簡要介紹

隨著時(shí)代的發(fā)展，人類在現(xiàn)代生物學(xué)以及物理學(xué)上都取得了很大程度的突破，膜分離技術(shù)也在這種大背景下被研發(fā)出來。這是一種選擇透過性分離技術(shù)，原理就是將大分子和小分子進(jìn)行分離從而達(dá)到讓物質(zhì)分離的效果，具體就是小分子會(huì)因?yàn)橥庠诹α勘粔浩韧ㄟ^膜，而大分子則會(huì)留在膜的另外一側(cè)。舉個(gè)例子說明，在水處理及應(yīng)用當(dāng)中，膜分離技術(shù)可以將水分當(dāng)中的鹽和無機(jī)物等較大分子分離出來，從而達(dá)到水凈化以及提純的效果。膜分離技術(shù)的出現(xiàn)可以讓水處理更為簡單方便，而且設(shè)備占地面積相對(duì)小了很多，而且不用使用其他的化學(xué)藥劑，比傳統(tǒng)的水處理技術(shù)更為高效和方便。

膜分離技術(shù)除了在水處理當(dāng)中得到使用外，還在生物制藥以及食品制造業(yè)當(dāng)中也得到了廣泛的使用，這都得益于制造業(yè)的不斷發(fā)展，很多不同材質(zhì)的過濾膜都被研發(fā)出來。地球雖然是一個(gè)水覆蓋率很高的星球，但是可使用的水資源卻極為有限，因此如何合理的使用水資源變得越來越重要，尤其是現(xiàn)代工業(yè)如此發(fā)達(dá)，很多工業(yè)廢水，生活污染水，工業(yè)冷卻循環(huán)水都必須得到充分的處理，從而達(dá)到重復(fù)利用甚至是達(dá)到可以排放和可以灌溉的標(biāo)準(zhǔn)。因此如何利用膜分離技術(shù)從而達(dá)到環(huán)保效果，成為現(xiàn)在世界性話題，現(xiàn)在的膜分離技術(shù)雖然已經(jīng)得到很大程度的發(fā)展，但是使用完的膜清洗和再生也是另外一個(gè)重要的研究課題。

2.膜分離技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用

(1)凈化飲用水

凈化水對(duì)于人類是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)樗譀]經(jīng)過處理會(huì)存在大量的無機(jī)鹽、有機(jī)物、微生物以及化學(xué)物質(zhì)，人類長期使用這種未經(jīng)處理的水將有可能會(huì)致使痢疾、霍亂、傷寒、傳染性肝炎出現(xiàn)以及傳播，這對(duì)于人體健康是一個(gè)很大的威脅。膜分離技術(shù)的出現(xiàn)就很好的解決了這種類型的問題，水經(jīng)過膜分離的處理后，可以將無機(jī)鹽、無機(jī)物甚至是病菌都分離出去，而且可以降低飲用水的渾濁度數(shù)和色數(shù)度，這有效的提高了飲用水質(zhì)量。這相較于傳統(tǒng)的水處理來說，膜分離技術(shù)不需要使用化學(xué)添加劑，這對(duì)于水的影響程度降到了最低，而且也將凈化的成本降到了最低，這對(duì)于膜技術(shù)的大規(guī)模使用提供了空間。

(2)造紙行業(yè)水處理

對(duì)于造紙行業(yè)來說水利用也是十分廣泛的，水質(zhì)量如何將直接決定出廠紙張的品質(zhì)。在造紙行業(yè)當(dāng)中，幾乎全部企業(yè)都會(huì)使用涂布技術(shù)去改變紙張的性能，但是該技術(shù)的一個(gè)弊端就是會(huì)造成大量的廢水產(chǎn)生，這種廢水因?yàn)楹写罅款伭虾腿槟z等化學(xué)成分因此不能被直接排放，按照傳統(tǒng)的處理方法成本非常高，這將制約企業(yè)的發(fā)展，但是隨著膜分離技術(shù)的問世，這個(gè)問題得到了有效的解決，膜分離技術(shù)不但將廢水當(dāng)中的有害化學(xué)物質(zhì)分離出來，還將這些化學(xué)物質(zhì)重復(fù)使用，這就達(dá)到了降本增效的效果，很多企業(yè)因此大量添置膜分離水處理設(shè)備，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，企業(yè)的成本大大的降低，以前不能排出去的污水現(xiàn)在都達(dá)到了符合了國家排放標(biāo)準(zhǔn)，可以直接排放并且不會(huì)污染環(huán)境，而分離出來的化學(xué)藥品又可以重新作用于產(chǎn)品的制造，達(dá)到一箭雙雕的效果。

地球是一個(gè)水的星球，地球表面被大量海水覆蓋，但是海水并不能直接被人類食用和使用，而且海水具有很強(qiáng)的腐蝕性，很多沿海城市都被海水問題所困擾，那么如何將海水資源有效利用就成為人類一直以來討論研究的話題，人類也試過很多辦法將海水淡化，例如蒸餾法、電滲析法等等，但是效果都不是十分明顯，其中有成本較高和方法復(fù)雜等等原因。直到反滲透技術(shù)的出現(xiàn)，這種技術(shù)相比較蒸餾法、電滲析法來說具有耗能少，效率高并且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，因?yàn)檫@些特點(diǎn)所以反滲透技術(shù)可以被使用于大部分地區(qū)和國家，很多沿海國家例如澳大利亞，美國等都將這些廣泛使用，澳大利亞更將風(fēng)能應(yīng)用到海水淡化技術(shù)當(dāng)中，達(dá)到了更好的環(huán)保效果，因?yàn)槟し蛛x技術(shù)的應(yīng)用，讓海水資源可以廣泛使用，變成可以讓人類使用的水資源，海水資源是這個(gè)地球上最多的資源，可以利用海水資源就可以減輕淡水資源的使用壓力，很多國家更是利用風(fēng)能等資源使得膜分離技術(shù)使用更加方便。水資源貧乏的地區(qū)因?yàn)槟し蛛x技術(shù)的使用，可以重復(fù)使用水資源，這也緩解了水資源使用壓力，很多地區(qū)因?yàn)樗Y源的重復(fù)利用可以讓以前無法種植的土地變得可以種植，這都將大大緩解環(huán)境壓力。

(3)分離重金屬

在工業(yè)企業(yè)當(dāng)中使用最多的就是金屬材料，在金屬材料制造的過程中必須使用大量的水來沖洗金屬表面達(dá)到去除重金屬離子的效果，而且這些沖洗水都是必須使用淡水，沖洗過后的水因?yàn)楹写罅恐亟饘匐x子因此在以前是不能被直接排放，必須要在里面添加大量化學(xué)藥劑，使水里面的重金屬分子與之反應(yīng)發(fā)生沉淀并且達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)才允許被排放，但是這種工業(yè)花費(fèi)的成本比較高昂，而且工藝比較復(fù)雜。但是膜分離技術(shù)的出現(xiàn)改變了這個(gè)局面，膜分離技術(shù)取代了傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑投放技術(shù)，大量的重金屬分子經(jīng)過膜的分離，可以達(dá)到百分之九十九的去除，這不但效果顯著而且還節(jié)約了化學(xué)藥劑的使用成本，讓企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到了提高，現(xiàn)在的地球環(huán)境污染十分嚴(yán)重，膜分離技術(shù)的出現(xiàn)很大程度的緩解了這個(gè)局面，大量使用膜分離技術(shù)可以讓企業(yè)的營運(yùn)成本大大降低，在過往的時(shí)候，因?yàn)闆]有膜分離技術(shù)，大量工業(yè)使用粗糙的廢水處理技術(shù)，使得排放出來的廢水大量的污染了環(huán)境，很多土地因?yàn)檫@樣的污染導(dǎo)致多年無法使用更有甚者是無法再使用，這都將大大降低人類的生存空間，因?yàn)槟し蛛x技術(shù)的出現(xiàn)，讓廢水處理更加簡單方便，而且成本也變得可以接受，大量企業(yè)也因此廣泛采用這種技術(shù)。

3.膜污染與膜清潔技術(shù)

膜分離技術(shù)雖然高效而且方便，但是也存在一個(gè)膜處理的問題，膜經(jīng)過長期使用就會(huì)造成膜污染，具體就是要處理的原水經(jīng)過膜表面的時(shí)候，會(huì)有大量的雜質(zhì)、膠體、大分子物質(zhì)殘留在膜表面和膜孔當(dāng)中。長時(shí)間使用的膜會(huì)因?yàn)檫@些堵塞導(dǎo)致分離的效率降低，經(jīng)過分離的水質(zhì)量也會(huì)有顯著降低，這就被稱作膜污染。膜污染出現(xiàn)的原因有很多，例如被分離的物質(zhì)殘留在膜體當(dāng)中，或者截留側(cè)的濃度不斷提升，造成膜通量的降低，這都是降低膜使用效率的可能原因，要應(yīng)對(duì)這種情況，膜的清潔就是必要的，膜清潔技術(shù)可以分為物理、化學(xué)、生物三部分。

(1)物理清潔方法

膜處理最簡單的方法就是物理清潔，其中有兩種方法，一種是低壓高流速清洗另一種是反壓清洗，膜清理可以使用其中一種方法也可以兩種方法一起使用，物理清洗的原理就是使用水來去除膜表面的污染物質(zhì)，這種方法雖然方便，但是不能全部清潔殘留在膜表面的化學(xué)物質(zhì)，因此只能適合污染并不嚴(yán)重的膜，如果要達(dá)到高質(zhì)量的膜清理，必須結(jié)合化學(xué)以及生物清潔一起使用。

(2)化學(xué)清潔方法

化學(xué)清理可以很高程度的清洗膜表面的污染物質(zhì)，在化學(xué)清洗的過程當(dāng)中會(huì)大量的使用酸、堿、螯合劑等，這些物質(zhì)可以很好的和膜表面的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使這些物質(zhì)分離出膜的表面，從而達(dá)到一個(gè)分離的效果，但是使用化學(xué)清洗的方法前必須要清楚膜表面殘留的化學(xué)物質(zhì)，才可以使用合適的化學(xué)藥劑，這樣才可以在不損傷膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基礎(chǔ)下達(dá)到一個(gè)清潔的效果，常常使用的膜清潔劑有EDTA作為螯合劑。

(3)生物清潔方法

除了物理和化學(xué)的清理方法外，還有生物清潔方法，而生物清潔方法也分為兩種不同的方法，第一種就是利用微生物的生物活性，簡單的說就是將微生物放在膜表面，讓其處理污染物，另外一種方法就是將某種生物劑固定在膜表面，這種生物劑可以和被分離的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)或者生物性質(zhì)的改變，改變之后的物質(zhì)沒有辦法再停留在膜的表面，這對(duì)于膜的抗污染能力是一個(gè)很大提升，雖然兩種方法的原理不相同，但是作用都是一樣的，就是要將膜表面的殘留物質(zhì)去除，讓膜可以重復(fù)利用，這樣才可以降低膜分離技術(shù)的成本，從而達(dá)到最優(yōu)的處理效果和經(jīng)濟(jì)效果。雖然膜分離技術(shù)大量使用可以保護(hù)環(huán)境，但是膜分離技術(shù)使用之后的膜清潔也是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)槟さ闹貜?fù)使用可以大大降低膜分離技術(shù)的使用成本，膜分離技術(shù)的使用也改變了地球水資源的匱乏這個(gè)一直困擾人類的難題，很多地區(qū)因?yàn)槟し蛛x技術(shù)的使用讓不能利用的水變得可以利用起來。

4.結(jié)束語

膜分離技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)一個(gè)必不可少的技術(shù)，膜分離技術(shù)也日趨成熟，但是還需要人類研究更加高效的辦法，把膜分離技術(shù)和使用后的保養(yǎng)成本降低，這樣才可以將膜分離技術(shù)推廣更加廣泛，很多企業(yè)雖然開始使用膜分離技術(shù)得到了很好的經(jīng)濟(jì)效益，但是膜清潔這一塊因?yàn)榧夹g(shù)不成熟，不能達(dá)到很好的重復(fù)利用，使得膜分離的效果并沒有那么好，長期使用效率更是大為降低，這都需要人類去解決。