膜分离技术在水处理中的应用与发展

　　膜分离作为一高新技术在近40多年来迅速发展为产业化的高效节能分离过程。40多年来，微滤、电渗析、反渗透、人工肾、超滤、液膜、纳滤、渗透汽化、控制释放、膜接触和膜反应等过程相继发展起来，在能源、电子、石化、医药卫生、重工、轻工、食品饮料浓缩分离等行业和人民日常生活及环保等领域均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。社会的需求使膜技术应允而生，也是社会的需求促使膜技术迅速发展，使膜技术不断创新、进步和完善，成为单元操作或集成过程中的关键。

　　1、水的脱盐(纯化)和净化

　　水的净化和纯化包括从水中去除悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体等，在这方面，膜技术发挥了其独特的作用。

　　1.1 海水和苦咸水淡化

　　上世纪50年代反渗透(RO)的提出就是为了海水淡化，现在反渗透已成为海水淡化制取饮用水经济的手段，本体吨水耗电在3kwh以下，大的装置达2.0×105m3/d，自上世纪80年代以来呈迅速增长趋势。同样反渗透也是苦咸水淡化经济的方法，吨水电耗在0.5～3kwh。大的反渗透苦咸水装置达1.3×105m3/d，大的电渗析(ED)苦咸水淡化装置也日产数万吨。目前膜法日产约4.5×106m3海水淡化水和约1.0×107m3苦咸水淡化水,为广大干旱地区提供饮用水和过程用水。这归因于海水反渗透膜性能的大幅度提高、膜组器的改进和配套装置(特别是能量回收装置)的革新。

　　1.2 超纯水和纯水制备

　　日产高达数万吨和数千吨的反渗透装置广泛地用于电子、电力、医药、化工、饮料、冶金等领域，自上世纪80年代以来，反渗透成为超纯水和纯水制备的优选方法，除了膜的不断发展和改进外，RO+RO，RO+IX和RO+EDI及UV(185nm)降COD和真空脱气等新工艺的采用，都促进了RO在这一领域的进步。

　　2、改革传统工艺制备新产品

　　2.1 氯碱制备

　　全氟磺酸羧酸离子膜电解NaCl水溶液制备NaOH溶液(30～35%)和氯气，该工艺可高电流密度操作，电流效率高，能耗低，转化率高，原料省，纯度高，无污染及投资少，所以逐渐取代传统的汞阴极法和石棉隔膜法。1982年离子膜法的世界碱产量75万吨，而现在年产近2000万吨，吨碱耗电2000～2500kWh左右。

　　2.2 双极膜水离解过程

　　双极膜是阴、阳离子交换膜之间夹-水离解催化层而成的夹心膜，在直流电场下，可将水分解为H+和OH-，理论分解电压为0.83V，实际应用在2V左右。可从盐制备相应的酸碱，特别是弱酸、弱碱的制备，另外环保中废酸、废碱和废盐的处理也是其重要应用方面。

　　2.3 亲合膜，手性膜和分子识别膜

　　随着医药工业、生物工程和生命科学的迅速发展，对异构体，生物活性大分子等的纯化分离非常急需。亲和膜利用配基与被分离物的亲和作用，在不同条件下进行亲和与分离，广泛用于干扰素，内毒素、酶、蛋白、抗体和抗原等的分离。手性膜依靠膜对异构体之一的特有的作用，达到异构体的拆分。这类膜是高性能的专用膜类，在医药、生化和精细化工方面将有广阔的市场潜力。