膜处理技术剖析.doc

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1、南开大学关辽膜分离技术作者：天津市南开大学关辽【概述】膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过 半透膜时，实现 选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可 以分为：微滤膜（MF、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO等，膜 分离都采用错流过滤方式。膜分离法主要分为扩散渗析、电渗析、反渗透以及超 滤。本文对各种方法的原理进行了简单的说明，并对膜污染及如何控制膜污染进 行了了解。一、膜分离技术的概念膜是具有选择性分离功能的材料。凡是在溶液中一种或几种成分不能透过， 而其他成分能透过的膜，都叫做半透膜。膜分离法是用一种特殊的半透膜将溶液 隔开，使一侧溶

2、液中的某种溶质透过膜或者溶剂（水）渗透出来，从而达到分离 溶质的目的。包括电渗析、扩散渗析、反渗透、以及超滤。它与传统过滤的不同 在于膜可以在分子范围内进行分离， 并且这过程是一种物理过程，不需发生相的 变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子 量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同可分为 无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜， 主要是陶瓷膜和金属膜。按 膜的结构型式分类，有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。有机膜是由高分 子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。二、膜技术在污水治理及回用中的应用概况膜

3、技术主要用于污水的深度处理和二级处理。在深度处理中用反渗透（ RO 可有效地脱除溶盐及部分有机物， 对悬浮物的脱除更彻底。其出水水质可达饮用 水标准，但对这类水由于还缺乏长期系统地对健康影响的考察， 以及由于某些心 理和宗教的原因，目前大多不直接作饮用水使用。一些国家将深度处理水或注入地下蓄水层或注入淡水水库进行自然净化后, 一方面可补充淡水水源，另一方面靠海地区可用于抵御海水入侵。 在二级处理中 膜技术MF （微滤）、UF （超滤）多与活性污泥过程结合，用以代替原工艺中 的二沉池，这就是近年发展极为迅速的膜生物反应器，其出水可用于农业灌溉、 绿化、市政工业用水及生活杂用水。大规模污水回用的方

4、向和程度受地理、 气候和经济发展等因素影响，在农业 生产为主的地区，农业灌溉应是水回用的主要方向，在干旱地区，像以色列、澳 大利亚等地，农业灌溉和地表补充是水回用的主要方向。日本再生水的主要用途以景观、河道用水等市政杂用为主。我国以农业为主，市区被大面积农田包围的 布局使得农业灌溉用水成为我国近、 远期回用水利用的主要方向。回用水用于地 下回注和饮用在国外已有采用，但在我国根据现实经济条件、水资源恢复程度等 因素的综合考虑，只能作为污水回用的远期目标。 我国目前的污水回用情况，大 多还只是个别工厂、大楼、小区内实施的中水回用及少量市政杂用水的回用。制用水诃水一扯排Kt施三、膜技术污水处理特点膜

5、技术在污水治理及回用中作为一项实用技术， 其优点是几乎可完全脱除悬 浮物（SS、一般的细菌、病毒、大肠杆菌等，且可脱色，减少生成三氯甲烷（THM 的前驱物，出水水质优良，由于膜装置占用的空间小，特别适合于老厂改造升级 或建厂空间受限制的条件下采用。在海水淡化以及化工、轻工、冶金、造纸、医药工业中常使用电渗析技术， 例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。在城市污水的处理、回用中，膜技术过程常用于二级处理后的深度处理中， 多以微滤（MF、 超滤（UF）替代常规深度处理中的沉淀、过滤、吸附、除菌等预处理，以纳滤（NF）、 反渗透（RO进行水的软化和脱盐。在中水回用中，目前使用

6、最多的是以 MF UF与活性污泥组成的膜生物反应器（MBR）。不管在哪一种废水处理中，膜技术都必须与其他技术合理配合才能发挥其作 用。因为污水的成分极其复杂，不同的回用目的，要求的水质标准和处理工艺也 各不相同，任何一种单一的水处理技术都难以达到回用水的水质要求。四、膜分离方法（一）电渗析法利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子（如离子）的方法称 为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质 粒子（如离子）通过 膜而迁移的现象称为电渗析。利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法，它是20世纪50年代发展起来的一种新技术，最初用于海水淡化，现在 广泛用于化工、轻工、 冶金、造纸、

7、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中 处理三废最受重视，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。1. 电渗析法的原理电渗析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子 的选择透过性，使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。2. 电渗析器（electordialyzer）电渗析器是利用离子交换膜和直流电场，使水中电解质的离子产生选择性迁移，从而达到使水淡化的装置。简称 ED电渗析器由阳极室、中间室及阴极室三室组成，如下图所示中间DD为封接良好的半透膜，E为Pt、Ag Cu等片状或棒状电极，F为连接中间室的玻璃管， 作洗涤用，S为pH计。电渗析实质上是除盐技

8、术。电渗析器中正、负离子交换 膜具有选择透过性，器内放入含盐溶液，在直流电的作用下，正、负离子透过膜 分别向阴、阳极迁移。最后在两个膜之间的中间室内，盐的浓度降低，阴、阳极 室内为浓缩室。电渗析方法可以对电解质溶质或某些物质进行淡化、浓缩、分离或制备某些电解产品。实际应用时，通常用上百对以上交换膜，以提高分离效率。 电渗析过程中，离子交换膜透过性、离子浓差扩散、水的透过、极化电离等因素 都会影响分离效率。dilute ULCMconcentrate :；：ra solution 口宝CM:阳离交换膜Cation exchange membraneAM;阴离子交换膜Anion exchange

9、membraneD电渗析器除盐的基本原理，是利用离子交换膜的选择透过性。阳离子交换膜 只允许阳离子通过，阻档阴离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过， 在外加 直流电场的作用下，水中离子作定向迁移，使一路水中大部份离子迁移到另一路 离子水中去，从而达到含盐水淡化的目的。电渗析器具有工艺简单，除盐率高， 制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点，广泛应用于水的除盐，具体应 用在如下场合：海水及苦咸水淡化，根据我单位的试验资料，可将含盐量高达 60克/升的苦咸水淡化成饮用水，解决沙漠地区的饮用水源。制取软水，（水的电阻率为105欧姆一厘米），可供低压锅炉给水，不需要食盐再生，还可节煤20流右。3

10、. 离子交换膜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。由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；由阴离子交换材料组成的膜含有碱性活性基团，可解离出阴离子，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。下图是离子交换膜的分类。C强战熨：碣酸割厂山离子交换陵 中搐礴隈申、懵酸申I剥戕觐；酸战羽、輻型混合型；苯酚确展I强就型匕季胺型*毗唏呻肢梨因了交换腕翩豁子交擬殷v 屮*

11、谢縱废咀；的愦肌、仲甌粗.叔喷业L混合蟹：龌合胺塑厂祓面涂层胶特姝离了交换般 曲性般*兀它諛图L3离了交换朕的分类离子交换膜的组成：在宏观形态上离子交换膜是片状薄膜， 而离子交换树脂是颗粒状的，但微观结构基本相同。离子交换膜的组成见图下图髙井子骨架給构部分r固楚部分t离了交换基团（固尢荷电慕团） 膜的主彳#I反禹子（对立离子）离子交换膜彳匚活动部分J桝納灣透离F （同名离子）I溶剂（如水）I増强材料w 7-4离r交换膜的纠成膜主体的固定部分由体型或线型长链高分子材料组成，在高分 子链上锚有 离子交换基团，当膜投入水中时，发生吸水溶胀，使活 性基团离解。如磺酸型 阳膜的活性基团一 SO 3 H可

12、以离解为：R- S03 -H'季胺型阴膜的活性基团一 N（CH 3 ） 3 OH可以离解为:RClbN'fCIhh-OH产生的H+和0J进入水溶液中，膜上留下一定电荷的固定基团，它可 吸附溶液中的正离子和负离子，这些离子是可移动的。4. 电渗析的方法特点 可以同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、提纯作用； 可以用于蔗糖等非电解质的提纯，以除去其中的电解质； 在原理上，电渗析器是一个带有隔膜的电解池，可以利用电极上的氧化还 原效率高。5. 电渗析过程中进行的次要过程 同名离子的迁移，离子交换膜的选择透过性往往不可能是百分之百的，因此总会有少量的相反离子透过交换膜； 离子的浓差扩

13、散，由于浓缩室和淡化室中的溶液中存在着浓度差，总会有少量的离子由浓缩室向淡化室扩散迁移，从而降低了渗析效率； 水的渗透，尽管交换膜是不允许溶剂分子透过的，但是由于淡化室与浓缩室之间存在浓度差，就会使部分溶剂分子(水)向浓缩室渗透； 水的电渗析，由于离子的水合作用和形成双电层， 在直流电场作用下，水 分子也可从淡化室向浓缩室迁移； 水的极化电离，有时由于工作条件不良，会强迫水电离为氢离子和氢氧根 离子，它们可透过交换膜进入浓缩室； 水的压渗，由于浓缩室和淡化室之间存在流体压力的差别， 迫使水分子由 压力大的一侧向压力小的一侧渗透。显然，这些次要过程对电渗析是不利因素， 但是它们都可以通过改变操作

14、条件予以避免或控制。6. 电渗析的应用目前电渗析器应用范围广泛，它在水的淡化除盐、海水浓缩制盐精制乳制品， 果汁脱酸精和提纯，制取化工产品等方面，还可以用于食品，轻工等行业制取纯 水、电子、医药等工业制取高纯水的前处理。锅炉给水的初级软化脱盐，将苦咸 水淡化为饮用水。电渗析器适用于电子、医药、化工、火力发电、食品、啤酒、饮料、印染及 涂装等行业的给水处理。也可用于物料的浓缩、提纯、分离等物理化学过程。电渗析还可以用于废水、废液的处理与贵重金属的回收，如从电镀废液中回 收镍。7. 电渗析实用分析(1)电渗透技术处理硝酸铵冷凝废水的研究硝酸铵是基本的化学化工原料和农用氮肥，广泛应用于农业、国防、化

15、工、 医药、纺织、轻工等领域。由于历史的原因，我国传统的硝酸铵生产装置大多技 术装备陈旧，工艺落后，环保水平偏低，在生产过程中产生大量的含氮工业废 水。特别是由于硝酸铵生产工艺决定由稀硝酸带入的水分在中和、蒸发及结晶过程中以二次蒸汽的形式排出，形成的工艺冷凝液中含有硝酸铵和氨，成为硝酸 铵生产的主要污水源。这些冷凝液若直接排放，会使排放水中氨氮含量严重超标 造成地表水体的富营养化，破坏水环境的生态平衡。如直接送回硝酸吸收塔回用 又不利于生产安全，并且还不能全部回收利用。由于缺乏有效的治理措施，一些 厂家采用兑水稀释的办法以实现达标排放，耗费大量的水资源。目前，新修订的 地方和行业污水排放标准都

16、相继提高了氨、氮标准 ，并对污染物的排放限值、水7 / 15南开大学关辽污染物基准排水量和排放浓度都做了相应规定，硝酸铵冷凝液的治理及回收利用成为硝酸铵生产企业面临的亟待解决的难题。川化股份有限公司采用24台具有特殊专用膜的电渗析单元所组成电渗析装置，冷凝废水的最大处理量为 36 t/h,硝酸铵冷凝废水经电渗析装置循环浓缩、 淡化处理后，浓水中硝酸铵体积百 分比含量为20% ,回收率达96%以上,合格淡水排放水中氨氮质量分数含 量!40mg /L。冷凝废水中氨、硝酸、硝酸铵每年削减或回收的排放量分别为113.54t、362. 23t、88. 34,t氨氮排放总量从每年的 71. 208t减少到

17、10. 162,t减 少量为61. 046 ,t削减85. 173%,不仅达到了减少硝酸铵废水排放量、消除污 染的目的，而且还提高了资源综合利用率，降低了生产成本，取得了显著的环保 效益和经济效益。(2)电渗透技术处理氨氮废水的研究随着我国社会经济的高速发展，各种污染物的排放量急剧增加，对环境尤 其是水体造成了严重污染，资料表明，氨氮、磷等是地表水的主要污染物。氨氮 废水的超标排放是水体富营养化的主要原因之一。目前在工业上应用的脱氨方法主要有生物脱氮法、吹脱法、折点加氯法、离子交换法等。生物脱氮法适用于处 理含有机物的低氨氮浓度废水，该法技术可靠，处理效果好，主要应用于含氨 化工废水和生活污水

18、的处理。折点加氯法和离子交换法适用于不含有机物的低浓 度氨氮的废水处理。对于高浓度无机氨氮废水，如氮肥厂废水等，目前工业应用 较多采用吹脱法，但脱氨率仅为70% ,无法达到国家排放标准，且投资大，二 次污染严重。唐艳等采用电渗析法处理氨氮废水，对工艺条件进行了优化研究， 在实验室条件下得到工艺参数。电渗析电压为55V,进水流量为24L /h,氨氮废 水进水电导率为2920 s/ cm,氨氮浓度为534. 59mg /L。出水室浓水和淡水各 占19唏口 81%,浓水和淡水的电导率分别为 14000 s/cm和11.8 s/cm, 氨氮含 量分别为2700mg/L和13mg/L。该电渗析装置处理后

19、的氨氮废水达到排放标准, 可以满足回用要求。8. 电渗析总结电渗析技术在膜分离技术领域里是一项比较成熟的技术 ，由于其具有环保、 节能、对原水的水质要求相对较低等优点，而被广泛地用于食品、医药和化工等 领域。近年来，随着对传统电渗析过程的改进，使电渗析技术成为新的热门研究 领域。而研究离子交换膜的污染规律 ，建立起有效地缓解和清除膜污染措施 ，8 / 15南开大学关辽是解决电渗析技术更广泛应用的一个关键问题。 笔者认为研究开发具有高化学和 热稳定性、高选择渗透性、抗污染强的离子交换膜是未来电渗析技术发展的重要 方向。（二）反渗透技术反渗透技术，是当今最先进和最节能有效的膜分离技术。其原理是在高

20、于溶 液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。 由于反渗透膜的膜孔径非常小（仅为10A左右），因此能够有效地去除水中的溶 解盐类、胶体、微生物、有机物等（去除率高达 97%-98%。反渗透是目前高纯 水设备中应用最广泛的一种脱盐技术，它的分离对象是溶液中的离子范围和分子 量几百的有机物1. 反渗透原理渗透是一种物理现象。当两种不同浓度盐类的水，如用一张半渗透性的薄膜 分开就会发现，含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而其中的盐分并不渗透，这样，逐渐把两边的含盐浓度融合到均等为止。然而，要完成这 一过程需要很长时间，这一过程也称为渗透。但如果在含盐量高的

21、水侧，施加一 个压力，其结果可以使上述渗透停止。如果压力再加大，可以使水向相反的方向 渗透，而盐分剩下。因此，反渗透除盐原理，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透 压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边， 变成洁净的水，从而达到除去水中杂质、盐分的目的。反渗透技术是当今最先进、最节能、效率最高的分离技术。其原理是在高于 溶液渗透压的压力下，借助于只允许水分子透过的反渗透膜的选择截留作用， 将 溶液中的溶质与溶剂分离，从而达到纯净水的目的。2. 反渗透装置目前常用的反渗透装置有管式、螺旋式、空心纤维式与板式四种，以原料液 为500mg/L,脱盐率为92%-9

22、6%为例，对其性能做出比较：誹压力肌单位体胪耀晌d版框式阳35 G0.2500醫式330s.e1.02336蒯5.61.02 'S73K00E.e073注：原料液为500哮化血X B盐蚩为汹-训3.反渗透总结地球上的淡水资源危机今后将愈加严重，而海水淡化是解决水问题的唯一途 径。海水淡化的成本是人们最关心的问题， 鉴于自来水价格很低，因此淡化成本 就不能太高。淡化水的成本是个很复杂的问题，它不仅与淡化方法有关，而且与 工艺设计、选材、给水和淡化的水质、比能耗、地理、当地能源价格、投资来源、 管理体制有密切关系。比较各种淡化方法，反渗透淡化法的投资费和运行费都是 低的。并且随着反渗透膜制

23、造技术以及装置的迅速发展与完善，反渗透工艺已在海水及苦咸水淡化，饮用水处理，高纯水制备等给水领域得到更多的应用，相信反渗透技术将是21世纪海水淡化的主要方法。（三）微滤（MF超滤（UF）纳滤（NF）1.微滤（MF微滤（microfiltration ，简称MF膜属于筛型精滤介质，表面截留微 粒、污染物，达到净化、分离、浓缩等目的。微滤膜大多是由具有一定刚性 和均匀性的纤维素、高分子聚合物材料、无机材料制成的多孔性过滤介质。微孔滤膜孔径一般为0.11卩m，孔径十分均匀，例如平均为 0.45卩m 的滤膜其孔径变化仅在（0.45 ± 0.02 ）卩m范围。微孔滤膜的表面约有107 1011

24、个/cm2的微孔，孔隙率一般在80%左右，通量比同等截留能力的滤纸快 40倍。滤膜薄而轻，便于保存运输。微孔滤膜流动阻力小，使用驱动压力低， 一般只需低压即可运行。因此微孔滤膜应用广泛，从家用净水器到尖端空间工业，都在不同程度上应用这一技术。微孔滤膜可以用多种不同材料制备。根据使用材料微孔滤膜可进一步分成有机膜和无机膜，其中有机高分子聚合物是最主要的微孔滤膜材料。主要 用于水处理的商品化微孔滤膜材料主要有：纤维素酯类、聚酰胺类、含氟材 料类、聚烯烃类与无机材料类。微滤的应用主要有：去除颗粒物质和微生物；去除天然有机物（NOM 和合成有机物（SOC ;作为反渗透、纳滤或超滤的预处理；污泥脱水 与

25、胶体物质的去除。2. 超滤（UF超滤（Ultrafiltration ，简称UF是一种膜分离技术，能够将溶液净 化、分离或者浓缩。超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径范围 为0.1 （接近微滤）0.002卩m （接近纳滤）。一般来说，超滤膜的截留相 对分子质量在1000300000之间，操作压力一般为0.10.5MP&主要用于 截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质。最早的超 滤饮用水处理厂是1988年11月在法国Amorlcourt投产的。与传统给水净化工艺与消毒相比，超滤的主要优点为：超滤过滤法没 有相变，无需加热，因此不仅省能，而且特别适用于处理热敏性物

26、质；设 备简单，占地面积小，特别是中空纤维超滤膜组件，不仅设备简单，由于单 位体积膜面积大，即填充系数大，占地面积很小；操作压力低；能量消 耗少。内压式的中空纤维超滤膜组件，没有死角，覆盖层薄，渗透通量大， 易清洗，更省能。超滤技术的应用包括：作为反渗透或纳滤膜的预处理；用于对饮用 水中浊度、微生物等颗粒的去除。超滤能有效去除20%-50%勺三卤甲烷前 体物。三卤甲烷是低分子量有机物，尺寸小于超滤膜孔径，但研究表明采用 超滤膜吹脱工艺能有效去除这些物质。3. 纳滤（NF）纳滤（Nanofiltration，简称NF膜的研制与应用较反渗透膜大约晚 20年。20世纪70年代J. E. Cadott

27、e研究NS-300膜，即为研究NF膜的开始。当时， 以色列脱盐公司用“混合过滤” （Hybrid Filtrati on ）来表示介于反渗透与超 滤之间的膜分离过程，称为松散反渗透（Loose R0）膜。后来美国的Filmtec 公司把这种膜技术称为纳滤，一直沿用至今。之后，纳滤技术发展得很快，膜组 件于80年代中期商品化。目前，纳滤技术已成为世界膜分离领域研究的热点之。纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间，其膜表面分离皮层可能具有纳米级微孔结 构；孔径在1nm以上，一般0.0010.002卩m主要去除一个纳米左右的溶质粒 子，截留相对分子质量在2001000。纳滤膜材料可采用多种材质，如醋酸纤维 素

28、、醋酸一三醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺复合材料和无机 材料等。纳滤膜的这些性能决定了其在饮水处理中特有的广阔的应用，简述如下：（1）软化膜软化水主要是利用纳滤膜对不同价态离子的选择透过特性而实现对水的软化。膜软化在去除硬度的同时，还可以去除其中的浊度、色度和有机 物，其出水水质明显优于其他软化工艺。而且膜软化具有无须再生、无污染产生、 操作简单、占地面积省等优点，具有明显的社会效益和经济效益。（2）用于去除水中有机物纳滤膜在饮水处理中除了软化之外，多用于脱色、去除天然有机物与合成有机物（如农药等）、三致物质、消毒副产物及其前体和 挥发性有机物，保证饮用水的生物稳定性等。纳滤膜对

29、三卤甲烷（THMS、卤乙酸（HAAS和可能的三氯乙醛氢氧化物（CH这三种消毒副产物前体的平均截留 率分别为97% 94唏口 86%通过合适纳滤膜的选用，可以使得饮用水水质满足更 高的安全优质饮水水质标准。此外，纳滤出水是低腐蚀性的，对饮用水管网的使用期和管道金属离子的溶 出有正面的影响，有利于保护配水系统的材料。试验表明采用必要后处理的纳滤 膜系统能够使管网中铅的溶解减少 50%同时使其他溶出的金属离子浓度满足饮 水水质标准要求。（四）液膜分离技术液膜是通过模拟生物膜的功能而发展起来的一种以特殊的有机溶剂制备的 液相膜分离技术，通常由膜溶剂、表面活性剂和流动载体组成。它利用选择透过 性原理，以

30、膜两侧的溶质化学浓度差为传质动力，使料液中待分离溶质在膜内相 富集浓缩,分离待分离物质。它是受生物膜选择透过性运输功能和固膜技术的启发，将膜分离与溶媒萃取 相结合,使选择性渗透、膜相萃取和膜内相反萃取 3个传质环节同时完成。一般 认为膜两侧相界面上传质分离过程存在简单扩散、化学反应、选择性渗透、萃取 和反萃取及吸附等。液膜的分离效率，关键在于其稳定性和选择性载体的选择。 液膜分离涉及三种液体：通常将合有被分离组分的料液作连续相，称为外相接受 被分离组分的液体，称为内相；成膜的液体处于两者之间，称为膜相。在液膜分 离过程中，被分离组分从外相进入膜相，再转入内相，浓集于内相。如果工艺过 程有特殊要

31、求，也可将料液作为内相，接受液作为外相。这时被分离组分的传递 方向，则从内相进入外相。1. 液膜的定义液膜是一层很薄的液体，它阻隔在两个可互溶但组成不同的液相之间， 一个 液相中的待分离组分通过液膜的渗透作用传递到另一个液相中， 从而实现分离的 目的。液膜通常由溶剂（水或有机溶剂）、表面活性剂和添加剂组成。溶剂是构成 液膜的基体；表面活性剂亲水亲油基团在溶剂中的定向排列是成膜的关键；添加剂的主要作用是确保膜的强度和提高膜的渗透性。2. 液膜的分类按构型和操作方式的不同，液膜主要分为乳化液膜（emulsion liquid membrane , ELM）和支撑液膜（supported liqui

32、d membrane , SLM） 。乳化膜：先将膜相与内相制作成油包水（W/0）的乳化液，再将乳化液投入到外相中， 形成W/O/W双乳化液。这样，中间的有机相层就成为分隔两水相的液膜。支撑膜：支撑架选择多微孔（微米级）亲油性材料，先配制好膜相，将支撑架放入膜相 中浸润，使各微孔中充满成膜液而形成液膜。 将浸润后的支撑架置于容器中，在 两侧分别加入浓相和稀相，就形成了支撑液膜萃取体系。3. 分离原理液膜的分离原理有以下3种类型：选择性渗透。利用混合物中各组分透 过液膜的渗透速率的差别，实现组分分离，如烷烃与芳烃的液膜分离。内相有化学反应。被分离组分 A透过液膜后与内相中的反萃剂 R发生化学反应

33、，反应 产物P不能透过液膜。如用液膜分离法使废水脱酚时，酚透过液膜后与内相中的 NaOh反应生成酚钠。膜内添加活动载体。载体R1作为渗透组分A在膜内传递 的媒介。载体相当于萃取剂中的萃取反应剂， 在外相与液膜的界面处，与渗透组 分A生成络合物P1,P1在液膜内扩散到内相与液膜的界面,与内相中的反萃剂R2 作用而发生解络，组分A进入内相；解络后的载体在液膜内扩散返回外相与液膜 界面，再一次进行络合。这方面的试验研究有铀的提取和含铬废水的处理等。此外，液膜的外界面还能选择性地吸附料液中的悬浮物。 液膜分离虽具有传质推动 力大，传质速率高，接受液用量少等优点，但过程的可靠性较差，操作采用乳化 液膜时

34、，制乳、破乳困难，故适用范围较小，至今尚处于试验阶段。五、膜污染及膜污染控制所谓膜污染即被处理料液中的某些组分吸附、沉积到膜面上，或进入膜孔中， 甚至将膜孔堵死，使膜的渗透阻力大大增加。这种吸附和沉积是膜与料液中组分 之间，以及吸附在膜面上的组分与料液中其他组分之间相互作用的结果，这种作用有物理化学作用，也可能有生物作用。作用的程度与组分的浓度、电荷性、溶 液的pH值等有关。浓差极化加剧膜污染，因为它使膜面附近污染物的浓度增加。膜材料的亲、 疏水性及膜的结构对污染作用也有很大影响。在膜过程中，污染引起的膜通量下降与浓差极化引起的通量下降是混合在一 起的，很难将其区分，但通常认为，浓差极化产生的

35、膜通量下降作用是可逆的， 即降低操作压力或降低料液浓度，这种作用影响在一定程度上可减小，例如在 UF过程中常用释放压力的方法，使膜通量得到部分恢复。膜污染产生的通量下 降大多认为是不可逆的，用一般简单的清洗方法也难以使其恢复。不同组分的污染程度决定于膜材料及应用的条件， 但是在一般的物理化学作 用引起的污染中，进料中的蛋白质和胶体粒子往往是引起污染的关键组分。对蛋白质的膜分离已做了大量研究工作。 许多膜材料都会被蛋白质严重污染， 特别是 聚丙烯之类的疏水MF膜，可使膜通量下降一个数量级，因为蛋白质在膜上形成 了不可逆吸附，并渗透进入膜结构中。 UF膜因膜孔较小，一些大分子不容易进 入膜孔，有时

36、就不易污染。但不论是 MF膜还是UF膜，膜表面的化学性质，特别 是亲、疏水性和表面电荷，对膜污染程度起着重要作用；疏水性膜更易吸附蛋白 质，导致不可逆污染，与蛋白质带相反电荷的膜，由于静电作用也容易吸附蛋白 质。好的膜组件应具备以下性能：单位体积膜组件的膜面积大；料液侧流体 湍流程度高，以促进传质，控制膜污染；单位体积产水能耗低；单位膜面积 费用低；便于清洗，不易堵塞。六、总结我国是世界大国，也是世界上最缺水的国家之一，正是因为如此，节约用水、 环保成为近年来中国的头等大事，而膜分离技术就是一种简单方便、节能环保的 水处理技术，膜材料则是其“核心“。膜分离技术主要是利用膜对混合物中各组分的选择性渗透， 对混合物气体或 液体进行分离，膜分离主要的驱动力为压力，分离过程是一个物理过程，因而有 节能、可连续操作、便于自动化控制等特点。简单的来说，膜分离就是利用高分子膜上细微的小孔进行过滤，滤过各种盐 离子，但水分子能够通过，从而得到干净甚至极其接近纯净的水。由于膜分离技 术具有节约能耗、无二次污染等多方面的优点，被世界认为是世纪最有前途的发 展技术之一。16 / 15