＊馬 慶

（安徽六國(guó)化工股份有限公司 安徽 244000）

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，水污染日益嚴(yán)重，給環(huán)境和人類健康帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。傳統(tǒng)的水處理技術(shù)存在著效率低、成本高、二次污染等問(wèn)題。因此，尋求一種高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的水處理技術(shù)就成為當(dāng)今環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。全膜法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型水處理技術(shù)，具有高效、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理、飲用水、工業(yè)用水等領(lǐng)域。全膜法涉及到多種膜分離技術(shù)，包括無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜、反滲透膜、超濾膜、微濾膜、納濾膜、氣體分離膜、離子交換膜、電滲析膜和電析膜等。

1.全膜法的原理

全膜法是一種通過(guò)膜分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)水處理的方法。其工藝原理主要包括預(yù)處理、分離處理和后處理三個(gè)步驟。在預(yù)處理階段，進(jìn)水需要進(jìn)行預(yù)處理，去除大顆粒雜質(zhì)和懸浮物，以保護(hù)膜組件。在分離處理階段，預(yù)處理后的水通過(guò)膜分離技術(shù)進(jìn)行分離處理，水通過(guò)膜孔徑，而污染物則被滯留在膜表面或被攔截在膜孔徑內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的去除。在后處理階段，對(duì)經(jīng)過(guò)膜分離的水進(jìn)行后處理，如消毒、pH調(diào)節(jié)、再生等，以達(dá)到對(duì)水質(zhì)的要求。

不同類型的膜分離技術(shù)具有不同的分離機(jī)理和應(yīng)用場(chǎng)景，但其基本工藝原理相同。例如，反滲透膜的分離機(jī)理是通過(guò)高壓力驅(qū)動(dòng)水通過(guò)膜孔徑，而離子交換膜的分離機(jī)理是通過(guò)離子交換的原理去除水中的離子等。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的水質(zhì)和污染物質(zhì)的特性，選擇適合的膜材料和膜組合方式，以實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的水處理。全膜法在工業(yè)廢水處理、飲用水和工業(yè)用水處理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.全膜法的分類

（1）反滲透膜。反滲透膜是一種以半透膜為基礎(chǔ)的膜分離技術(shù)，主要用于去除水中的無(wú)機(jī)鹽和大分子有機(jī)物等，常用于海水淡化、工業(yè)廢水處理和飲用水處理等領(lǐng)域。其工作原理是利用高壓力驅(qū)動(dòng)進(jìn)水通過(guò)反滲透膜，而大分子物質(zhì)和離子等則被滯留在膜表面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的去除。反滲透膜通常由多層膜組成，包括保護(hù)層、支撐層和半透膜層等。保護(hù)層用于保護(hù)膜的性能，支撐層用于增加膜的機(jī)械強(qiáng)度，半透膜層則是實(shí)現(xiàn)水分離和污染物去除的關(guān)鍵。

（2）超濾膜。超濾膜是一種通過(guò)孔徑大小限制分離大分子有機(jī)物、膠體等污染物質(zhì)的膜分離技術(shù)，常用于處理工業(yè)廢水、市政污水、食品加工廢水等。其工作原理是利用膜孔徑大小限制大分子污染物的通過(guò)，而小分子物質(zhì)和溶質(zhì)等則可以通過(guò)膜孔徑，以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的去除。超濾膜通常由孔徑大小為0.01～0.1μm的膜組成，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求和水質(zhì)情況選擇不同孔徑的膜材料和組合方式。超濾膜通常由多層膜組成，包括支撐層和半透膜層等。支撐層用于增加膜的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，半透膜層則是實(shí)現(xiàn)水分離和污染物去除的關(guān)鍵。

（3）微濾膜。微濾膜是一種通過(guò)孔徑大小限制分離懸浮物、微生物等污染物質(zhì)的膜分離技術(shù)，主要用于水處理和生物制藥等領(lǐng)域。其工作原理是利用膜孔徑大小限制大分子污染物和懸浮物的通過(guò)，而小分子物質(zhì)和溶質(zhì)等則可以通過(guò)膜孔徑，以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的去除。微濾膜通常由孔徑大小為0.1～10μm的膜組成，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求和水質(zhì)情況選擇不同孔徑的膜材料和組合方式。微濾膜可以有效去除水中的懸浮物、微生物、細(xì)胞等，具有高效、環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于飲用水處理、污水處理、海水淡化、生物制藥等領(lǐng)域。

（4）納濾膜。納濾膜是一種通過(guò)孔徑大小限制分離高分子有機(jī)物、膠體、溶液等污染物質(zhì)的膜分離技術(shù)，常用于電子、食品、醫(yī)藥等行業(yè)中的精細(xì)過(guò)濾和分離。其工作原理是利用孔徑大小在1～100nm之間的膜，將大分子物質(zhì)滯留在膜表面或膜內(nèi)部，而小分子物質(zhì)和溶質(zhì)等則可以通過(guò)膜孔徑，以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的去除。納濾膜通常由孔徑大小在1～100nm之間的膜組成，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求和水質(zhì)情況選擇不同孔徑的膜材料和組合方式。納濾膜具有高效、環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品加工、制藥、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的純化和分離。

3.全膜法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

(1)優(yōu)點(diǎn)

高效性：全膜法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水中雜質(zhì)和溶質(zhì)的高效分離，處理效率較高，可達(dá)到90%以上。

環(huán)保性：全膜法相比傳統(tǒng)的水處理方法，不需要添加化學(xué)藥劑，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，對(duì)環(huán)境的影響較小。

節(jié)能性：全膜法所需能量較少，通常只需要對(duì)水進(jìn)行一定程度的預(yù)處理，即可實(shí)現(xiàn)高效的分離和回收。

可控性：全膜法可以通過(guò)調(diào)節(jié)膜的孔徑、表面性質(zhì)和膜組合方式等，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同范圍和性質(zhì)的雜質(zhì)及溶質(zhì)的分離和回收。

(2)缺點(diǎn)

投資成本高：全膜法所需的設(shè)備、膜材料和維護(hù)成本等都比較昂貴，投資成本高。

膜的污染和破損：全膜法中的膜容易受到雜質(zhì)、細(xì)菌等的污染和破損，影響其分離效果。

維護(hù)成本高：全膜法的膜材料需要定期更換和清洗，維護(hù)成本較高。

需要適應(yīng)不同水質(zhì)：不同水質(zhì)中的雜質(zhì)和溶質(zhì)差異較大，需要根據(jù)不同的水質(zhì)情況選擇不同類型的膜，增加了操作難度和成本。

4.全膜法在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用

（1）電解膜法。電解膜法是一種在工業(yè)廢水處理中廣泛應(yīng)用的膜分離技術(shù)。它利用電場(chǎng)作用，通過(guò)電解膜將帶電離子分離并轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，達(dá)到處理廢水的目的。

在電解膜法中，廢水被加入到電解槽中，電解槽內(nèi)放置有正負(fù)兩極的電極，同時(shí)在電解槽中設(shè)置有電解膜。當(dāng)電流通過(guò)電解膜和電極時(shí)，電解膜會(huì)將帶電離子分離并轉(zhuǎn)化為原子或分子，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

電解膜法可以去除工業(yè)廢水中的多種離子污染物，例如，重金屬、氨氮、氰化物等。與傳統(tǒng)化學(xué)處理方法相比，電解膜法的優(yōu)點(diǎn)在于其不需要添加化學(xué)藥劑，且操作簡(jiǎn)單、能源消耗低、無(wú)二次污染等。因此，電解膜法在工業(yè)廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。

（2）電滲析膜法。電滲析膜法是一種在工業(yè)廢水處理中常用的膜分離技術(shù)。它利用電場(chǎng)作用，將帶電離子在膜表面聚集并被截留，從而實(shí)現(xiàn)去除工業(yè)廢水中離子污染物的目的。

在電滲析膜法中，工業(yè)廢水被加入到電滲析膜模塊中，模塊內(nèi)設(shè)置有正負(fù)兩極的電極，并在電極之間設(shè)置有電滲析膜。當(dāng)電流通過(guò)電極和膜時(shí)，帶電離子會(huì)在膜表面聚集，并被截留在膜表面。通過(guò)這種方式，電滲析膜法可以去除工業(yè)廢水中的離子污染物，例如，重金屬、氨氮、氰化物等。

相較于傳統(tǒng)化學(xué)處理方法，電滲析膜法的優(yōu)點(diǎn)在于其不需要添加化學(xué)藥劑，操作簡(jiǎn)單、能源消耗低且無(wú)二次污染等。因此，電滲析膜法被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理中，特別是對(duì)于含有離子濃度較低、水質(zhì)要求較高的廢水處理效果更佳。

（3）離子交換膜處理。離子交換膜是一種膜分離技術(shù)，離子交換膜的處理過(guò)程中，廢水中的離子會(huì)與膜表面的離子進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中離子的去除。離子交換膜處理工藝通常包括預(yù)處理、離子交換膜過(guò)濾和后處理等步驟。離子交換膜處理工藝具有效率高、分離效果好、不需要添加化學(xué)藥劑、對(duì)環(huán)境的影響較小等特點(diǎn)。

在離子交換膜處理工藝中，廢水需要進(jìn)行一定的預(yù)處理，如過(guò)濾、沉淀等，以去除廢水中的大顆粒雜質(zhì)和懸浮物。然后，將預(yù)處理后的廢水通過(guò)離子交換膜進(jìn)行過(guò)濾處理。在過(guò)濾過(guò)程中，廢水中的離子會(huì)與膜表面的離子進(jìn)行交換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中離子的去除。最后，將通過(guò)離子交換膜過(guò)濾后的廢水進(jìn)行后處理，以達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

5.全膜法在生活污水處理中的應(yīng)用

（1）膜生物反應(yīng)器（MBR）。膜生物反應(yīng)器（MBR）是將生物反應(yīng)器和膜分離器結(jié)合在一起的處理工藝。生物反應(yīng)器中的微生物可以降解有機(jī)物，而膜分離器則可以過(guò)濾懸浮物、微生物和有機(jī)物等，使得出水質(zhì)量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

MBR工藝主要分為兩種類型：外部循環(huán)式和內(nèi)部循環(huán)式。外部循環(huán)式MBR工藝是將生物反應(yīng)器和膜分離器分離開來(lái)，通過(guò)外部泵循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)膜分離和生物反應(yīng)。內(nèi)部循環(huán)式MBR工藝則是將生物反應(yīng)器和膜分離器結(jié)合在一起，通過(guò)膜的自然通透性，實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)和膜分離。

MBR工藝的主要優(yōu)勢(shì)是在膜分離器內(nèi)形成的微生物生物膜可以有效地過(guò)濾懸浮物、微生物和有機(jī)物等污染物，使出水質(zhì)量穩(wěn)定可靠，能夠達(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，MBR工藝還具有節(jié)約用水、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活污水、制藥、化工、食品加工等領(lǐng)域的廢水處理中。

雖然MBR工藝具有許多優(yōu)點(diǎn)，但其也存在一些缺點(diǎn)，如膜的易堵塞、膜的成本較高等。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的處理要求和水質(zhì)要求選擇合適的膜分離技術(shù)和工藝。

（2）反滲透（RO）膜法。反滲透（RO）膜法是一種高壓逆滲透膜分離技術(shù)，其原理是在高壓作用下，讓廢水逆向滲透膜，使得水分子通過(guò)膜，而有害物質(zhì)被截留在膜外，從而達(dá)到去除污染物的目的。RO膜法能有效地去除生活污水中的溶解物、大分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)物等，產(chǎn)出水質(zhì)非常高的清潔水。

RO膜法的膜孔徑大小一般在0.1～1nm之間，因此可以有效地去除廢水中的溶解物、大分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)物等有害物質(zhì)。RO膜法的處理效果優(yōu)良，可以將出水的COD（化學(xué)需氧量）、BOD（生化需氧量）等指標(biāo)降低到極低水平。RO膜法的處理效率與膜壓力和進(jìn)水水質(zhì)有關(guān)，通常需要配合其它前處理工藝，如沉淀、過(guò)濾等，來(lái)保護(hù)膜的使用壽命。

（3）納濾（NF）膜法。納濾（NF）膜法是介于RO和超濾膜之間的膜分離技術(shù)，其原理是在低壓下，通過(guò)分子的大小、電荷等特性，將有機(jī)物、微生物和部分離子等有害物質(zhì)去除，同時(shí)保留水分子和部分溶解物，產(chǎn)出水質(zhì)較高。

NF膜法的膜孔徑大小一般在0.1～10nm之間，因此可以過(guò)濾掉大部分的微生物、有機(jī)物和部分離子。同時(shí)，NF膜法又具有較高的水通量和較低的膜污染風(fēng)險(xiǎn)，因此相比RO膜法，NF膜法更加節(jié)能、經(jīng)濟(jì)。

NF膜法廣泛應(yīng)用于生活污水、食品加工、飲料生產(chǎn)等領(lǐng)域的廢水處理中。在生活污水處理方面，NF膜法可以有效地去除污水中的有機(jī)物、微生物和部分離子，同時(shí)保留水分子和部分溶解物，產(chǎn)出水質(zhì)較高，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

（4）超濾（UF）膜法。超濾（UF）膜法是一種通過(guò)選擇性透過(guò)性過(guò)濾污水中的懸浮物、微生物和大分子有機(jī)物等有害物質(zhì)，同時(shí)保留水分子和小分子離子的膜分離技術(shù)。在生活污水處理方面，UF膜法可以過(guò)濾懸浮物、微生物和大分子有機(jī)物等有害物質(zhì)，同時(shí)保留水分子和小分子離子，產(chǎn)出水質(zhì)較高。

與傳統(tǒng)的生活污水處理方法相比，UF膜法具有處理效率高、出水質(zhì)量穩(wěn)定、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。它可以將污水中的懸浮物、細(xì)菌、病毒等微生物去除，同時(shí)也可以去除分子量大的有機(jī)物和膠體物質(zhì)。與傳統(tǒng)的過(guò)濾技術(shù)相比，UF膜法可以獲得更高的水通量和更好的凈水效果。

在生活污水處理中，UF膜法通常被用作生物處理后的后處理環(huán)節(jié)，也可以與其它膜分離技術(shù)組合使用，以獲得更好的處理效果。由于UF膜法具有較高的處理效率和出水質(zhì)量，可以使得生活污水處理后的出水達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，因此在城市污水處理廠和鄉(xiāng)村污水處理站中得到了廣泛應(yīng)用。

6.結(jié)語(yǔ)

全膜法是一種高效、環(huán)保、節(jié)能的污水處理技術(shù)，應(yīng)用廣泛，包括工業(yè)廢水處理、飲用水、工業(yè)用水等領(lǐng)域。全膜法涉及到多種膜分離技術(shù)，每種膜分離技術(shù)都有其獨(dú)特的工作原理和應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)選擇不同的膜材料和組合方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類的污染物質(zhì)的高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和可持續(xù)的去除。未來(lái)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信全膜法將會(huì)在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。