膜技术及市场综述
随着我国净水及污水处理标准的不断攀升，膜技术已经从工业水处理行业转移至净水及市政污水领域。膜技术分类中：以压力为推动力的膜分离技术可分反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）以及微孔过滤（MF）四类；以制造膜的材料来分又可分有机合成材料膜、陶瓷膜以及其它材料，其中陶瓷膜相比有机聚合材料具有耐酸碱、抗微生物能力强、耐高温、更强的化学稳定性等特点，但陶瓷膜只有管式组件，因此其膜过滤面积较小；而膜组件又分平板式、管式、卷式和中空纤维四种类型，其中卷式和中空纤维膜的过滤面积最大。
它们的区分是根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准时，则微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02～10μm；超滤膜(UF)为0.001～0.02μm；逆渗透膜(RO) 为0.0001～0.001μm。
RO反渗透膜
技术综述：一般水的流动方式是由低浓度流向高浓度，水一旦加压之后，将由高浓度流向低浓度，亦即所谓逆渗透原理：由于 RO 膜的孔径是头发丝的一百万分之五（ 0.0001 微米） , 一般肉眼无法看到，细菌、病毒是它的 5000 倍，因此，只有水分子及部分有益人体的矿物离子能够通过，其它杂质及重金属均由废水管排出。
最早应用于海水淡化，自上世纪70年代进入海水淡化市场之后发展十分迅速，RO用膜和组件已相当成熟，组件脱盐率可高达99.8%以上。近年来，功交换器和压力交换器的开发成功使能量回收效率都高达90%以上，从而使应用RO反渗透膜海水淡化的本体能耗在3KWh/m3淡水以下，成为从海水制取饮用水最廉价的方法。
除应用于海水淡化之外，RO广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备，并成为其最经济的制备工艺过程。纯水和超纯水的制备在电子、电力、化工、石化、医药、饮料、食品、冶金等各行业广泛采用；苦咸水淡化在西部大开发中将进一步发挥作用。同时RO反渗透技术已应用于电镀、矿山、放射、垃圾渗滤液等废水的浓缩处理，以及水回用或达标排放等。
案例介绍：2008年7月9日正式投入运行的北京市北小河再生水厂，其中采用RO反渗透膜生产1万立方米更高品质的再生水每天源源不断供给奥运中心区。其工艺流程图如下：
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超滤膜（UF）
技术综述：一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓，也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离，其应用领域在不断扩大。超滤膜的制膜技术，即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。孔的控制因素较多，如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同可得到不同孔径及孔径分布的超滤膜。超滤膜一般为高分子分离膜，用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式，广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。
案例分析：清河再生水回用工程是北京市污水处理和资源化的重要工程项目，是奥运工程的配套项目。按照以下进水条件进行设计：设计进水水量：≥88,000m3/d，设计水温：13.1～25.4℃。核心处理单元为膜超滤膜池（ZeeWeed 1000系列中空纤维，采用“由外至内”流动方式），出水满足城市污水再生利用景观用水水质标准（GB/T 18921-2002）娱乐性景观环境用水（河湖类）。
纳滤膜（NF）
技术综述：纳滤(简称NF) 介于反渗透和超滤膜之间,是近10 年发展较快的一项膜技术,其推动力仍是水压。纳滤膜的开发始于20 世纪70 年代,最初开发目的是用膜法代替常规的石灰法和离子交换法的软化过程,所以纳滤膜早期也被称为软化膜。目前国际上的纳滤膜多半是聚酰胺复合膜,切割分子量100～1 000 。主要用于去除直径为1 nm 左右的溶质粒子,对NaCl 脱除率在80 %左右。RO 膜几乎对所有的溶质都有较高的脱除率,但NF 膜只对特定的溶质(如MgSO4 ) 具有高脱除率。NF 膜的最大特征是膜本体带有电荷,这使它在很低操作压力下(0. 5 MPa) 仍具有较高的脱盐率。
案例分析（纳滤在石油平台废水处理中的应用）： 石油平台产生的废水,经处理后,废水排出船外,石油送至岸上。要求排放水的有机物( TOC) 含量必须小于48 mg/ kg。许多海岸平台采用重力沉降器、除沫器、气浮等设备分离油和水。这些设备根据相分离原理实现分离。在大多数情况下,由于原水中溶解有机物含量过高，很难降低到允许的限度。
废水中的低分子量羧酸主要是由水溶性有机物构成。它不溶于二氯二氟甲烷(氟利昂) ,骨架上具有4 个更大碳原子的羧酸溶于氟利昂。但具有4 个更大碳原子的羧酸不溶于水。因而，所选择的膜应能去除C5～C10 范围内的羧酸,以及去除其它水溶性有机物。C. Bartels 采用直径76 cm、循环式纳滤装置,在平台温度30～40 ℃、料液速率1. 1 m/ min、压力1.3 MPa 条件下进行了试验。试验结果：由于C4和更大碳原子的羧酸溶于氟利昂, 因此选用己酸作为模拟有机物。废水中加入40 000 mg/ kg的NaCl 模拟盐含量的影响。对这种模拟液膜的性能较差。但当pH 试液从初始3. 3增高时,膜的选择性和通量增加。pH = 7 时,膜的脱除率约60 % ,膜A 的通量为151. 4 L/ d ,膜B 的通量为10210 L/ d。
微滤（MF）
技术综述：它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。能截留0.1-1 微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.7-7bar。
案例介绍：2004年湖南大学与长沙市第二污水净化中心科技人员经过三年的攻关，成功推出“浸没式微滤膜与氧化沟组合”的城市污水回用处理新技术。湖南大学在全国首次将化工领域的微滤膜成功替代传统的二沉池,不仅简化了流程,而且具有投资小、占地少、污水处理效率高的优点,来自长沙市第二污水净化中心、株洲市霞湾污水处理厂和岳阳市污水净化中心的成果应用表明,采用这种新技术运行几个月来,氧化沟对城市污水中污染物质的去除效率明显提高,特别是氮和磷的去除效果特别明显。根据测量,新工艺运行成本比传统污水深度处理工艺低13%左右,其建设投资则低40%左右,如果湖南污水处理厂全部推广该工艺,每年可节省污水处理运行费用2000多万元。
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