摘要：海水淡化膜分離技術(shù)作為一項(xiàng)高新技術(shù)，已成為新世紀(jì)解決水資源、能源和環(huán)境等領(lǐng)域重大問題的共性技術(shù)之一。文章介紹了膜分離技術(shù)及其特點(diǎn)，分析了膜分離技術(shù)在海水淡化中的具體應(yīng)用，探討了膜分離技術(shù)在海水淡化中應(yīng)用的開發(fā)前景。

關(guān)鍵詞：膜分離；海水淡化；開發(fā)前景

引言

作為人類生產(chǎn)與生活最重要的資源，近年來，水資源卻面臨著日益加重的危機(jī)，部分地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重干旱的狀況。由于人類活動造成的生態(tài)環(huán)境危機(jī)，進(jìn)而加劇了水污染現(xiàn)象的日益擴(kuò)大，水資源日益成為稀缺珍貴的資源。為了提高水資源的利用率，很多學(xué)者將目光轉(zhuǎn)移到海水淡化方面，隨著膜分離技術(shù)的應(yīng)用，海水淡化技術(shù)得到進(jìn)一步的提高和進(jìn)步，這也成為目前海水淡化事業(yè)的重要課題。

1.膜分離技術(shù)及其特點(diǎn)

1.1微濾

也稱為微孔過濾，主要是以篩孔機(jī)理對物質(zhì)進(jìn)行分離凈化。采用微孔濾膜作為過濾介質(zhì)，以靜壓差為推動力進(jìn)行分離。微孔濾膜的孔徑固定，氣、液相中的懸浮粒子、細(xì)菌、病毒等微生物以及膠體等物質(zhì)由于粒徑大于濾膜孔徑而被截留。而無機(jī)物和大分子有機(jī)物等物質(zhì)在壓力差的作用下可以遷移到微孔濾膜的另一側(cè)，從而達(dá)到分離、凈化的目的。

微濾的特點(diǎn)：膜孔分布均勻，過濾精度高。微濾可以通過采用制定固定孔徑的微孔濾膜來進(jìn)行精密過濾。濾膜的孔徑分布均勻，可將大于孔徑的懸浮粒子、微生物、膠體等污染物質(zhì)全部攔截在濾膜表面，過濾精度很高?？紫洞螅魉倏?。微孔濾膜的孔徑大，通常孔密度為107孔/cm2，且微孔體積占膜總體積的70%～80%左右。因此，微粒和微生物等在通過微孔膜時受到的阻力較小，其過濾速度較常規(guī)介質(zhì)快幾十倍。厚度小，吸附少。微孔膜的厚度較小，一般在90-150m之間。其對于粒子的吸附量非常少，可忽略不計(jì)。濾膜材料穩(wěn)定，不易脫落，濾液質(zhì)量高。制備微濾膜的材料需具備熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)，通常采用纖維素、聚氯乙烯 （PVC）等高分子材料制作濾膜。過濾時不易發(fā)生纖維或碎屑脫落，使用壽命長，獲得的濾液質(zhì)量較高。

但是，微孔濾膜對于顆粒的容量較小，分離過程中易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。因此，在對物質(zhì)進(jìn)行分離前，需進(jìn)行前道過濾，以避免因發(fā)生堵塞而影響微濾膜的正常使用。

1.2超濾

超濾也是以壓力差作為推動力，以超濾膜絲作為過濾介質(zhì)。超濾膜的粒徑介于微濾和反滲透之間。主要是利用不同孔徑的超濾膜對液體中各類可溶性大分子和膠體等進(jìn)行分離、凈化。

超濾的過濾粒徑較微濾膜小，約為5-10nm。可用于對溶液中的溶質(zhì)進(jìn)行分離、增濃等操作。超濾膜可允許小分子和溶解性無機(jī)物通過，對于蛋白質(zhì)、核算聚合物、淀粉等大分子物質(zhì)則會進(jìn)行截留。通常超濾膜對于分子量在500-500000的微粒溶液中的多糖、蛋白質(zhì)、酶等可溶性大分子或膠體物質(zhì)均具有較好的分離、提純效果。

超濾技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛。常被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的純水制備、藥品、色素提純以及水污染治理等諸多領(lǐng)域，對于各類大分子和膠體的分離、凈化、提純具有良好效率。

1.3反滲透

反滲透技術(shù)作為當(dāng)前最先進(jìn)、節(jié)能、高效的膜分離技術(shù)，其反滲透膜的孔徑非常小，小于1nm。可分離物質(zhì)的分子量通常小于500，可用于去除單價(jià)鹽和非游離酸等無機(jī)物質(zhì)。在高于溶液滲透壓的作用下，將某些不能透過半透膜的物質(zhì)與水進(jìn)行分離。對其分離機(jī)理至今仍多有爭論。當(dāng)前主要有氫鍵理論、選擇吸附-毛細(xì)管流動理論、溶解擴(kuò)散理論等。

反滲透膜通常是不對稱膜，對于溶質(zhì)分子具有良好的截留效果。所需操作壓力較大，在2-100MPa。反滲透技術(shù)具有很高的除鹽效率，一般可達(dá)98-99%。

因此，常用于電子工業(yè)、超高壓鍋爐補(bǔ)水等對純水要求高的領(lǐng)域。制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、以及各類聚合物。

2.膜分離技術(shù)在海水淡化中的具體應(yīng)用

膜分離技術(shù)在海水淡化事業(yè)中占據(jù)著不可或缺的地位，近年來，膜分離技術(shù)的不斷成熟，競爭力得以廣泛的提高。其中正滲透膜分離技術(shù)、反滲透膜分離技術(shù)和薄膜蒸餾淡化技術(shù)是當(dāng)今膜分離技術(shù)的幾大分支，它們在海水淡化中發(fā)揮著十分重要的作用。

2.1正滲透膜分離技術(shù)

正滲透膜分離技術(shù)（Forward Osmosis，F(xiàn)O）實(shí)行的過程中，通過水滲透壓的作用下，從低向高滲透壓側(cè)中擴(kuò)散，也就是純水一側(cè)滲透到濃鹽水一側(cè)。其工作基本原理是，往純水中加入某種溶質(zhì)，從而制備成一種驅(qū)動液，從而利用其形成的高于鹽水的滲透壓，促使鹽水中的水經(jīng)過膜進(jìn)入到驅(qū)動液之中，接著將水與驅(qū)動液分離，最終得到可以食用的凈水。

FO技術(shù)應(yīng)用于海水淡化中，不需要借助外界的壓力，只是單純依靠水的滲透壓，因此，具有低能耗、無二次污染的優(yōu)勢，可以作為反滲透膜分離技術(shù)的補(bǔ)充，共同為解決人類水資源危機(jī)做出一定的貢獻(xiàn)。

2.2反滲透膜分離技術(shù)

反滲透膜分離技術(shù)（Reverse Osmosis，RO）是當(dāng)今應(yīng)用較廣泛的商業(yè)化海水淡化技術(shù)，實(shí)行過程中，通過外界壓力的作用，水會克服滲透壓，經(jīng)過半透膜從高向低滲透壓側(cè)溶液中進(jìn)行擴(kuò)散。因此，反滲透膜分離技術(shù)是通過排斥鹽離子發(fā)揮作用的，在海水增壓的環(huán)境下，通過反滲透膜排除海水中的鹽分，從而得到凈水。這種膜是由半滲透聚合材料制作的，分為中空纖維膜與平板膜這兩種。

在海水淡化中，RO技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，應(yīng)用也十分廣泛。然而，RO技術(shù)發(fā)揮作用的過程中，需要實(shí)行高壓操作，存在高能耗、高運(yùn)行成本、較嚴(yán)格的預(yù)處理、存在二次污染等缺點(diǎn)，因此需要FO技術(shù)作為輔助，兩種技術(shù)相結(jié)合，共同為解決水資源難題做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)和力量。

2.3薄膜蒸餾淡化技術(shù)

薄膜蒸餾淡化技術(shù)，主要通過多孔性疏水膜將加熱的海水蒸發(fā)，而散發(fā)的蒸汽將會在膜的另外一側(cè)得到冷凝，從而實(shí)現(xiàn)海水淡化。這種方法不同于常規(guī)的蒸餾方法，將蒸汽空間縮小甚至取消，其中的蒸餾膜難以代替換熱面，而目前的薄膜蒸餾裝置可以分為直接接觸式、掃氣式與空氣隙式這三種。其中掃氣式薄膜蒸餾裝置配有專門的氣體處理系統(tǒng)，具有高供水除氣要求的特點(diǎn)；直接接觸式薄膜蒸餾裝置結(jié)構(gòu)是最簡單的，而且運(yùn)行可以實(shí)行自動化，通常會用于實(shí)船的應(yīng)用研究；空氣隙式薄膜蒸餾裝置分為冷液、熱液、蒸餾水三種系統(tǒng)，得名于薄膜與壁面的1毫米空氣間隙。

3.膜分離技術(shù)在海水淡化中應(yīng)用的開發(fā)前景

隨著水資源危機(jī)的不斷加重，海水淡化和水再用已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)研究的重要課題。因此，膜分離技術(shù)也面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。作為目前相對先進(jìn)的海水淡化技術(shù)，RO的能耗問題卻成為制約其發(fā)展的主要障礙。而理論上來說，F(xiàn)O技術(shù)可以將海水淡化的能耗降低9倍，技術(shù)進(jìn)步的空間相對較大。作為后起之秀的薄膜蒸餾淡化裝置也在不斷進(jìn)步，尤其是在研制高效復(fù)合膜得到全新的突破。相信在不久的將來，低能耗、綠色環(huán)保的海水淡化工廠的數(shù)量越來越多，到那時水資源將會得到最大限度地利用，從而解決全世界范圍內(nèi)的普遍缺水難題。

結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對于膜分離技術(shù)和膜材料的研究日益深入。所以，在面對全球性淡水資源危機(jī)上，還應(yīng)該做好海水淡化技術(shù)的研發(fā)工作，以便獲得可持續(xù)性的淡水取用。

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