一、前言
在全球范圍(fàn wéi)內(nèi)，隨著人口的增長(zhǎng)和工業(yè)需求的不斷增加，淡水的供應(yīng)日益短缺，而且費(fèi)用(expense)也日益昂貴。同時(shí)，由于人們對(duì)環(huán)境污染的關(guān)注度日益提高，對(duì)污水的排放要求越來越高。初，由于媒體陸續(xù)曝光（exposure)部分地區(qū)工業(yè)水污染問題，引起全社會(huì)輿論的持續(xù)發(fā)酵。國(guó)家也開始對(duì)水資源的應(yīng)用和污水排放采取更嚴(yán)格的管理措施。電力工業(yè)作為重要的能源行業(yè)，也是工業(yè)用水大戶，其在水資源綜合利用和污水處理方面的情況也自然而然成為關(guān)注的焦點(diǎn)。電力行業(yè)用水量占能源行業(yè)的80%以上，其中火電行業(yè)取水量更是占工業(yè)取水總量的1/6。由于電廠生產(chǎn)(Produce)工藝的特點(diǎn)和新技術(shù)的應(yīng)用，電廠污水水質(zhì)較好，在水污染治理工作上比其他工業(yè)要好，尤其是先進(jìn)的膜處理工藝已經(jīng)成熟地應(yīng)用到電廠的污水處理中。
二、膜處理技術(shù)簡(jiǎn)介
膜處理技術(shù)是20世紀(jì)后半葉發(fā)展起來的先進(jìn)的水處理技術(shù)，膜是具有選擇性分離功能的材料。利用膜的選擇性分離實(shí)現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化和濃縮的過程稱作膜分離。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且這個(gè)過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。膜的孔徑一般為微米級(jí)，依據(jù)其孔徑的不同，可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜。膜處理的出現(xiàn)使得海水淡化、苦鹽水應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，并成功運(yùn)用在污水處理、飲用水處理及制藥、電力以及電子等高品質(zhì)用水行業(yè)中。
微濾微濾能截留0.1~1mm之間的顆粒，微濾膜允許大分子有機(jī)物和溶解性固體等通過，但能阻擋住懸浮物、細(xì)菌、部分病毒及大尺度的膠體的透過，微濾膜兩側(cè)的運(yùn)行壓差一般為0.07MPa。
超濾超濾是采用中空纖維過濾新技術(shù)，超濾壓力活性膜的微孔小于0.01mm，在壓力作用下截留水中膠體、顆粒和相對(duì)分子質(zhì)量較高的物質(zhì)，而水和小的溶質(zhì)顆粒透過膜分離，水分子和相對(duì)分子質(zhì)量小于300~500的溶質(zhì)透過膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩選作用被截留，從而使水得到凈化。能徹底濾除水中的細(xì)菌、病毒、蛋白質(zhì)和膠體等有害物質(zhì)，保留水中原有的微量元素和礦物質(zhì)。超濾裝置一般由若干超濾組件構(gòu)成。通常可分為板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種主要類型。
納濾納濾是一種特殊而又很有前途的分離膜品種，它因能截留物質(zhì)的大小約為1nm而得名。納濾的操作區(qū)間介于超濾和反滲透（Osmosis)之間，它截留有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量大約為200~400，截留溶解性鹽的能力為20%~98%，對(duì)單價(jià)陰離子鹽溶液的脫除率低于高價(jià)陰離子鹽溶液，如氯化鈉及氯化鈣的脫除率為20%~80%，而硫酸鎂及硫酸鈉的脫除率為90%~98%。納濾膜一般用于去除地表水的有機(jī)物和色度，脫除井水的硬度及放射性鐳，部分去除溶解性鹽，濃縮食品以及分離藥品中的有用物質(zhì)等，納濾膜兩側(cè)運(yùn)行壓差一般為0.35~1.6MPa。
反滲透由于反滲透過程簡(jiǎn)單，能耗低，現(xiàn)已大規(guī)模應(yīng)用于海水和苦咸水淡化、鍋爐用水軟化和廢水處理，并與離子交換結(jié)合來制取高純水。反滲透膜非常致密，孔徑(aperture)在0.1n m左右因此能有效地去除水中溶解的鹽類、小分子有機(jī)物、膠體(Colloid)、微生物、細(xì)菌和病毒等。反滲透膜的分類，按驅(qū)動(dòng)壓力可分為高壓、低壓和超低壓膜；按膜的形狀分為平板膜、中空纖維膜和管式膜；根據(jù)制膜方法可分為相轉(zhuǎn)化膜和復(fù)合膜。反滲透脫鹽系統(tǒng)包括預(yù)處理、反滲透、后處理三道工序。預(yù)處理的好壞與否對(duì)反滲透膜的運(yùn)行有較大的影響。一級(jí)反滲透一般有75%的回收率，25%的濃水將被排掉。為了獲得較高水的回收率，一般采用多級(jí)和多段形式。兩級(jí)反滲透串聯(lián)可以制得高純水用于電廠鍋爐補(bǔ)水或制藥等。
在污水的處理、回用中，膜技術(shù)過程常用于二級(jí)處理后的深度處理中，多以微濾、超濾替代常規(guī)深度處理中的沉淀、過濾、吸附和除菌等預(yù)處理，以納濾、反滲透進(jìn)行水的軟化和脫鹽。在中水回用中，目前使用最多的是以M
F、U F 與活性污泥組成的膜生物反應(yīng)器。膜生物反應(yīng)器在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。膜生物反應(yīng)器膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合之新型態(tài)廢水處理系統(tǒng)。以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機(jī)負(fù)荷，從而減少污水處理設(shè)施占地面積，并通過保持低污泥負(fù)荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內(nèi)之膜分離設(shè)備截留槽內(nèi)的活性污泥與大分子有機(jī)物。膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長(zhǎng)至30天以上。在電力行業(yè)中，反滲透膜處理已經(jīng)是鍋爐水處理預(yù)脫鹽的必要的環(huán)節(jié)之一，同時(shí)在火電廠循環(huán)冷卻水處理中也有應(yīng)用；超濾作為反滲透的預(yù)處理單元或是用在電廠污水再生處理上，已經(jīng)有了越來越多的應(yīng)用。
三、關(guān)鍵的預(yù)處理系統(tǒng)
為了保證膜的耐用性，膜處理對(duì)污水或原水的前處理比較嚴(yán)格，尤其是為了提高反滲透和納濾膜系統(tǒng)效率(efficiency)，必須對(duì)原水進(jìn)行有效的預(yù)處理，否則會(huì)造成膜污染、膜結(jié)垢、極化等問題，影響產(chǎn)水量和水質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成膜報(bào)廢。針對(duì)原水水質(zhì)情況和系統(tǒng)回收率等主要設(shè)計(jì)參數(shù)要求，選擇適宜的預(yù)處理工藝，就可以減少污堵、結(jié)垢和膜降解，從而大幅度提高系統(tǒng)效能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量、脫鹽率、回收率和運(yùn)行費(fèi)用的最優(yōu)化。
一是要根據(jù)原水類型和水質(zhì)進(jìn)行全面分析(Analyse)，設(shè)計(jì)合適的預(yù)處理(chǔ lǐ)系統(tǒng)和膜處理系統(tǒng)；二是要根據(jù)水質(zhì)設(shè)計(jì)合理的阻垢系統(tǒng)，包括(bāo kuò)加酸、加阻垢劑和石灰軟化等，降低結(jié)垢傾向；三是選擇可靠的預(yù)處理方式防止膠體污染和顆粒污染，比如多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器和超濾等；四是防止原水中含有的細(xì)菌、藻類、真菌及病毒等微生物污染，在前處理環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)殺菌裝置十分必要。
預(yù)處理的方法見下表。
四、膜處理的優(yōu)缺點(diǎn)
膜技術(shù)在污水治理及回用中作為一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)一是出水品質(zhì)高，穩(wěn)定可靠，膜處理幾乎可完全脫除懸浮物、一般的細(xì)菌、病毒以及大腸桿菌等，且可脫色，可以達(dá)到生活用水和飲用水標(biāo)準(zhǔn)；二是由于膜裝置占用的空間小，特別適合于老廠改造升級(jí)或建廠空間受限制的條件下采用；三是膜處理設(shè)備自動(dòng)化水平高，可以實(shí)現(xiàn)無人值守；四是膜處理工藝不需要大量的酸堿再生劑，管理簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生新的污染。膜生物反應(yīng)器膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合之新型態(tài)廢水處理系統(tǒng)。以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機(jī)負(fù)荷，從而減少污水處理設(shè)施占地面積，并通過保持低污泥負(fù)荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內(nèi)之膜分離設(shè)備截留槽內(nèi)的活性污泥與大分子有機(jī)物。膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長(zhǎng)至30天以上。
但是膜處理對(duì)水的預(yù)處理要求較高，同時(shí)水的回收率受技術(shù)限制不能做到100%，例如反滲透膜處理回收率根據(jù)原水的不同一般在50%~90%之間，一般只有75%。另外一個(gè)方面，由于反滲透的特點(diǎn)，原水中的微生物、鹽分被多倍濃縮了，對(duì)于濃水的再處理目前沒有很好的解決辦法，電廠一般作為反洗過濾器（作用：過濾雜質(zhì)等）用水、沖爐渣用水、綠化用水或在有擴(kuò)散條件的地方進(jìn)行直接排放，國(guó)內(nèi)外有部分單位開展?jié)馑脑賾?yīng)用研究（research)，如采取蒸汽壓縮蒸發(fā)、水塘天然蒸發(fā)、石灰軟化等多種處理方法，均還沒有獲得成熟的廣泛的應(yīng)用。因此隨著水資源的日益緊張和零排放的要求，對(duì)于反滲透濃水再處理的技術(shù)應(yīng)加緊研究攻克。具體參見
五、污水膜處理的前景
隨著工業(yè)發(fā)展和人們對(duì)飲用水要求的不斷提高，水處理行業(yè)將會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展，膜處理由于其高效性、可靠性會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)《“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》預(yù)測(cè)(predict)，到2015年，我國(guó)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到4.5萬億元，增加值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)(Produce)總值的比重為2%左右。有關(guān)專家分析預(yù)測(cè)，僅自來水分離膜處理市場(chǎng)需求將達(dá)13億元，而污水處理及再生水生物膜(英文：Biofilm)處理市場(chǎng)就可達(dá)上百億元。膜材料及工程(Engineering)市場(chǎng)前景優(yōu)良，將獨(dú)立走上產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路。目前市場(chǎng)占有量比較大的膜元件供應(yīng)商主要是歐美和日本公司，占有市場(chǎng)的絕大部分，在我國(guó)國(guó)內(nèi)反滲透膜有80%都是進(jìn)口產(chǎn)品，而超濾和微濾膜約有30%為進(jìn)口，用于制作膜的原料(raw material)就有40%~70%是依賴進(jìn)口，大多數(shù)膜技術(shù)基本都掌握在G
E、陶氏等跨國(guó)公司得手中。我國(guó)的膜處理技術(shù)也在不斷的發(fā)展中，并且研究和應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛，有多個(gè)大學(xué)和研究所都牽頭進(jìn)行了產(chǎn)學(xué)研開發(fā)，但是質(zhì)量和產(chǎn)量上仍有差距，在市場(chǎng)(shì chǎng)推廣上還需努力，需要進(jìn)一步推進(jìn)水處理膜的科研和生產(chǎn)研究，進(jìn)一步提高質(zhì)量，為建設(shè)生態(tài)文明和美麗的中國(guó)做出積極貢獻(xiàn)。
