6大类常用膜处理技术汇总
目前，膜技术是一项古老而又新兴的技术，其技术发展日趋深入，应用范围越来越广泛。本文对世界上现有的膜处理技术进行了总结，并详细介绍了各种膜技术产生的原因及应用领域！
1. 微滤（MF）膜技术
1. 微滤（MF）的基本原理
微滤膜可以截留0.1-1微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和可溶性固体（无机盐）通过，但会截留悬浮物、细菌和高分子量胶体。微滤膜的操作压力一般为：0.3-7bar。微滤膜过滤是世界上开发和应用最早的膜技术，采用天然或合成的高分子化合物作为膜材料。对于微滤膜而言，其分离机理主要是筛选和截留。
2.微滤膜的应用
（1）水处理行业：去除水中的悬浮物、微小颗粒及细菌等；
（2）电子行业：半导体行业超纯水、集成电路清洗水的终端处理；
（3）制药行业：医用纯水的灭菌、去除热原、药品的灭菌；
（4）医疗行业：除去组织液、抗生素、血清、血浆蛋白等各种溶液中的细菌。
（5）食品工业：饮料、酒、酱油、醋等食品中的悬浮物、微生物、臭味杂质、酵母和霉菌的去除，果汁的澄清过滤。
（6）化学工业：各种化学品的过滤、澄清。
2.超滤（UF）膜技术
1.超滤（UF）原理
超滤（Ultra-，UF）是一种能净化和分离溶液的膜分离技术。超滤膜系统是利用超滤膜丝作为过滤介质，以膜两侧的压力差为推动力的溶液分离装置。超滤膜只允许溶液中的溶剂（如水分子）、无机盐和小分子有机物通过，而截留溶液中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质，从而达到净化分离的目的。
超滤膜孔径和截留分子量的范围一直以来都是一个模糊的定义，一般认为超滤膜的孔径为0.001～0.1微米，截留分子量（MWCO）为1,000～1,000,000。严格地说，超滤膜的孔径为0.001～0.01微米，截留分子量为1,000～300,000。如果孔径大于0.01微米或截留分子量大于300,000，则应将微孔膜定义为微滤膜或精滤膜。
2.超滤膜的应用
超滤膜的应用范围极其广泛，基本上所有涉及过滤的行业都可以使用过滤设备，基本的过滤行业有以下几种：
用于纯水、超纯水制备过程中反渗透预处理和超纯水终端处理；用于工业用水中细菌、热源、胶体、悬浮杂质、大分子有机物的分离；用于饮用水、矿泉水的净化；用于发酵、酶制剂工业、制药工业的浓缩、净化、澄清；用于果汁的浓缩分离；用于大豆、乳制品、糖业、酒精、茶汁、醋等的分离、浓缩、澄清；用于工业废水、生活污水的净化回收；用于电泳漆的回收利用。
超滤膜分离可替代传统工艺中的自然沉降、板框过滤、真空转鼓、离心分离、溶剂萃取、树脂净化、活性炭脱色等工序，该过程在常温下操作，无相变，无二次污染。
3.纳滤（NF）膜技术
1.纳滤（NF）原理
纳滤（NF）是一种新型的分子膜分离技术，是目前国际膜分离领域的研究热点之一。纳滤膜孔径在1nm以上，一般为1-2nm；对溶质的截留性能介于RO膜和UF膜之间；RO膜对几乎所有溶质都有较高的去除率，而NF膜只对特定的溶质有较高的去除率。NF膜可去除二价、三价离子、Mn≥200的有机物以及微生物、胶体、热源、病毒等。
纳滤膜的一大特点是膜本身带电，这是它在很低的压力（仅0.5MPa）下就有很高的脱盐性能，即使截留分子量为几百的无机盐也能去除的重要原因，也是纳滤运行成本低的主要原因。
NF适用于各种咸水水源，一般水利用率为75%~85%，海水淡化中水利用率为30%~50%，且无任何酸、碱性废水排放。
2、纳滤膜在水处理中的应用
（1）纳滤膜在饮用水中的应用：纳滤操作压力低，是饮用水制备和深度净化的首选工艺。
目前大部分城市的供水水源均受到不同程度的污染，水厂常规处理工艺对水中有机物的去除率较低。使用氯消毒时，氯会与水中的有机物发生反应，生成卤代副产物。一项为期4年的跟踪研究表明，使用纳滤系统后，水中的DOC平均降低至0.7mgC/L，出水中余氯含量由0.35mg/L降低至0.1mg/L。最后，网线中三卤甲烷（THMs）的生成量与未使用纳滤系统时相比减少了50%。此外，由于可生物降解的溶解有机碳（BCOD）的减少，产水的生物稳定性得到改善。
纳滤技术可以去除水中大部分的Ca、Mg等离子，因此海水淡化是纳滤技术应用最广泛的领域。膜法水处理技术在投资、运行维护、价格等方面与常规的石灰软化、离子交换工艺相似，但具有无污泥、无需再生、悬浮物和有机物去除彻底、操作简单、占地面积小等优点，应用实例较多。纳滤可直接用于地下水、地表水和废水的软化，也可作为反渗透、太阳能光伏海水淡化装置的预处理等。
（2）纳滤膜在海水淡化中的应用：海水淡化是指将含盐量500mg/L的海水淡化至500mg/L以下的饮用水。
（3）纳滤膜在废水处理中的应用：
①生活污水：生活污水一般采用生物降解/化学氧化相结合的方法处理，但氧化剂用量过大，残留物多。超滤出水水质可满足酒店冲厕、园林绿化等环节回用用水要求。纳滤出水水质可达到饮用水卫生标准（.85），可回用于酒店洗衣、洗浴等对用水要求较高的环节。
②纺织及印染废水：纺织废水中所含的染料很难用生物方法去除，而且酸性、活性、直接和分散染料水溶液的浓度、压力、总溶解固体和无机盐含量等均可能影响纳滤膜的截留性能。
③制革废水：制革废水含有高浓度的有机物、硫酸盐和氯化物，其中酸洗工序产生的废水电导率值达到75mS/cm。
④电镀废水：电镀厂往往产生大量废液，虽然经过酸化、化学除毒、沉淀、污泥分离等复杂的处理步骤，但产出水含盐量较高，无法回用。
⑤造纸废水：在制浆造纸工业中，均质、漂白、抄纸等工序都需要大量的水。实现水系统的（半）闭路循环是制浆造纸厂节约水资源、减少排放的最佳途径。传统活性污泥法产生的水也含有一些有色化合物、微生物、抗体和少量的可生物降解产物、悬浮物等，只能用于制造包装纸，而不能用于生产更高档的纸张。另外，该方法无法降低无机盐的含量。
4. 反渗透（RO）膜技术
1.反渗透（RO）的原理
反渗透是一种以压力为驱动力的膜分离过程。为了产生反渗透压力，用水泵对盐溶液或废水施加压力，以克服自然渗透压和膜阻力，使水通过反渗透膜，而水中溶解的盐或污染物则被阻挡在反渗透膜的另一侧。
2、反渗透膜在水处理中的应用
（1）水处理中的常规应用
水是人们生存和开展生产活动必不可少的物质条件，由于淡水资源的日益短缺，目前全世界反渗透水处理装置的处理能力已达数百万吨/日。
（2）在城市污水中的应用
目前，反渗透膜在城市污水深度处理，特别是污水处理厂二级出水及再生水回用中的应用受到极大关注。
（3）在重金属废水处理中的应用
常规的含重金属离子废水处理方法仅是一种污染转移的形式，即将废水中溶解的重金属转化为沉淀或更易于处理的形式，其最终处置往往是填埋，重金属对地下水、地表水环境造成的二次污染危害仍长期存在。
（4）在含油废水中的应用
含油废水是一种规模大、分布广泛的工业废水，若直接排入水体，会在水体表面形成一层油膜，阻止氧气溶入水中，造成水体缺氧、生物死亡、发出恶臭，严重污染生态环境。利用膜处理技术，将油田采出水处理至锅炉水水质，处理后的水再回用于发电站锅炉补给水。
5.透析膜技术
1. 各种透析膜技术的原理
（1）透析：透析（缩写为D）是溶质在自身浓度梯度作用下，从膜的上游转移到下游的过程。
透析是最早发现和研究的膜分离技术，但由于其自身体系的限制，透析过程缓慢、效率低、选择性不强，因此透析过程主要用于去除含有多种溶质的溶液中的低分子量成分，如血液透析，即利用透析膜代替肾脏，去除尿素、肌酐、磷酸盐和尿酸等有毒低分子量成分，以缓解肾衰竭和尿毒症患者的病情。
（2）电渗析：电渗析（ED）是利用直流电场、电位差为驱动力，利用离子交换膜对溶液中阴离子和阳离子的选择性，将电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、稀释、细化和净化的过程。
（3）电渗析反转（EDR）：电渗析反转是基于ED原理，每隔一定时间（一般为15～20分钟）将正负极极性反转，可自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，保证离子交换膜工作效率和淡水水质、水量的长期稳定。20世纪80年代末，电渗析器的使用，大大提高了电渗析工作电流和水回收率，延长了运行周期。EDR在废水处理中尤为独特，其浓水循环，水回收率可达95%以上。
(4)液膜电渗析(EDLM)：液膜电渗析是用具有相同功能的液膜代替固体离子交换膜。它的实验模式是用半透性玻璃纸将液膜溶液包裹成薄层隔板，然后装入电渗析器中进行操作。用萃取剂作为液膜电渗析的液膜，可能找到一种浓缩和萃取贵金属、重金属、稀有金属等的有效分离方法，因为找到对某一形态离子有特殊选择性的膜与提高电渗析的萃取效率有关。提高电渗析的分离效率，将其与液膜直接结合起来，是很有前途的。例如，当用固体离子交换膜电渗析铂族金属(锇、钌等)的盐溶液时，膜上会形成金属二氧化物沉淀，造成膜的过早损耗，破坏整个工艺过程。而采用液膜则不存在这个缺点。
（5）填料床电渗析（EDI）：填料床电渗析（EDI）是将电渗析与离子交换相结合的一种新型水处理方法。其最大特点是利用水解离产生的H+和OH-对电渗析器淡水室中装填的混床离子交换树脂进行自动再生，从而实现连续深度脱盐。它兼具电渗析和离子交换的优点，提高了极限电流密度和电流效率。填料床电渗析技术具有较高的先进性和实用性，在电子、医药、能源等领域有着广阔的应用前景，有望成为纯水生产的主流技术。
（6）双极膜电渗析（EDMB）：双极膜是一种新型的离子交换复合膜，一般由叠层阳离子交换膜组成。水分子穿过膜后立即分解为H+和OH-，可作为H+和OH-的来源。双极膜电渗析的突出优点是工艺简单、能源效率高、废水排放量少。目前双极膜电渗析工艺主要应用领域是酸碱制备。例如，由双极膜和阳离子膜组成的双室膜，可实现有机酸盐（葡萄糖酸钠、古洛糖酸钠等）的转化，同时得到碱（NaOH），但浓度（最高酸浓度2mol·L-1，最高碱浓度6mol·L-1）和纯度受到限制。目前正在开发的应用领域有废气脱硫、离子交换树脂再生、钾、钠的无机工艺等。
（7）无电极水电渗析：无电极水电渗析是传统电渗析的一种改进形式，其主要特点是取消了传统电渗析的电极室和电极水，如该装置的电极紧靠一层或多层离子交换膜，相互之间电连接，这样可防止金属离子进入离子交换膜，防止极板结垢，延长电极的使用寿命。由于取消了电极室，排出了电极水，大大提高了原水的利用率。无电极水电渗析于1991年问世，在应用过程中，技术不断得到完善，目前的装置在操作上多采用电极频繁换向的形式。目前，全自动控制的无电极水电渗析装置已在国内20个省市使用，近期又出口到东南亚地区。
2.透析膜的应用
（1）工业废水处理
利用电渗析法可以处理电镀废水、重金属废水等，从废水等中提取金属离子，既可以回收水和有用资源，又可以减少污染排放。万世贵等人自制离子膜电解槽，研究铜生产过程中钝化液处理的可行性，结果表明，不仅可以回收铜和锌，而且可以将Cr3+氧化为Cr6+，使钝化液再生。电渗析与离子交换相结合回收酸洗废水中重金属和酸的工艺已在工业上得到应用。
（2）饮用水和工艺水处理
在我国西南地区，采用电渗析法对盐泉卤水制盐，可稳定将NaCl含量提高到120g/L，与原来单纯的煮盐方法相比，既提高了产量，又降低了成本。
（3）食品工业
白酒生产中保证质量最关键的环节是勾兑，勾兑用水的质量至关重要，不仅影响白酒的内在质量，还影响白酒的外观质量。采用电渗析法对勾兑用水进行计量，可以明显提高水质，达到国家标准。
（4）生物化工行业
采用高效离子交换膜和电渗析脱盐法对N-乙酰-L-半胱氨酸进行分离纯化,取得了满意的效果。根据双极膜电渗析体系的特点,即双极膜的阳膜析出H+,阴膜析出OH-,将双极膜电渗析技术应用于大豆蛋白的分离,具有诸多优点:整个生产过程不需要加酸碱,资源可以回收利用,耗水量少,分离后的蛋白质中盐含量明显降低。
6.正向渗透（FO）技术
1.正向渗透（FO）的原理
溶剂与溶液之间被一层只能通过溶剂而不能通过溶质分子的半透膜所隔开。在渗透压的作用下，溶剂分子会自发地从溶剂侧透过膜进入溶液侧。这就是渗透现象，又称“正向渗透”。
2.正渗透膜在水处理中的应用
（1）废水处理
FO在废水领域的应用已有很多文献报道，主要包括早期高浓度工业废水的浓缩、垃圾渗滤液的处理、生活污水的处理、市政污水处理厂污泥厌氧消化液的浓缩、以及空间站上将污水直接处理成饮用水的生命保障系统。虽然这些研究中的FO工艺并不是终端工艺，但在预处理阶段具有很高的脱盐性能。
近年来，随着FO技术的不断发展，引起了众多学者的关注，将其与传统膜分离技术相结合成为近年来的研究热点。
（2）深度水质净化
随着中水回用技术的发展，FO在饮用水净化方面最成功的应用是将空间站生活污水直接处理成饮用水。
（3）海水淡化
在FO系统中，与RO类似，原液中的水分子透过半透膜到达膜的渗透侧，而盐溶液则截留在膜的另一侧。因此，利用FO作为海水淡化的工艺和方法一直是研究者们关注的重点，并已获得多项专利。