北極星水處理網訊:摘要：海水淡化膜分離技術作為一項高新技術，已成為新世紀解決水資源、能源和環境等領域重大問題的共性技術之一。文章介紹了膜分離技術及其特點，分析了膜分離技術在海水淡化中的具體應用，探討了膜分離技術在海水淡化中應用的開發前景。
關鍵詞：膜分離；海水淡化；開發前景
引言
作為人類生產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，部分地區已經出現嚴重乾旱的狀況。由於人類活動造成的生態環境危機，進而加劇了水汙染現象的日益擴大，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，很多學者將目光轉移到海水淡化方面，隨著膜分離技術的應用，海水淡化技術得到進一步的提高和進步，這也成為目前海水淡化事業的重要課題。
1.膜分離技術及其特點
1.1微濾
也稱為微孔過濾，主要是以篩孔機理對物質進行分離淨化。採用微孔濾膜作為過濾介質，以靜壓差為推動力進行分離。微孔濾膜的孔徑固定，氣、液相中的懸浮粒子、細菌、病毒等微生物以及膠體等物質由於粒徑大於濾膜孔徑而被截留。而無機物和大分子有機物等物質在壓力差的作用下可以遷移到微孔濾膜的另一側，從而達到分離、淨化的目的。
微濾的特點：膜孔分布均勻，過濾精度高。微濾可以通過採用制定固定孔徑的微孔濾膜來進行精密過濾。濾膜的孔徑分布均勻，可將大於孔徑的懸浮粒子、微生物、膠體等汙染物質全部攔截在濾膜表面，過濾精度很高。孔隙大，流速快。微孔濾膜的孔徑大，通常孔密度為107孔/cm2，且微孔體積佔膜總體積的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，其過濾速度較常規介質快幾十倍。厚度小，吸附少。微孔膜的厚度較小，一般在90-150m之間。其對於粒子的吸附量非常少，可忽略不計。濾膜材料穩定，不易脫落，濾液質量高。製備微濾膜的材料需具備熱穩定性、化學穩定性和機械強度等特點，通常採用纖維素、聚氯乙烯 （PVC）等高分子材料製作濾膜。過濾時不易發生纖維或碎屑脫落，使用壽命長，獲得的濾液質量較高。
但是，微孔濾膜對於顆粒的容量較小，分離過程中易發生堵塞現象。因此，在對物質進行分離前，需進行前道過濾，以避免因發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。超濾膜的粒徑介於微濾和反滲透之間。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行分離、淨化。
超濾的過濾粒徑較微濾膜小，約為5-10nm。可用於對溶液中的溶質進行分離、增濃等操作。超濾膜可允許小分子和溶解性無機物通過，對於蛋白質、核算聚合物、澱粉等大分子物質則會進行截留。通常超濾膜對於分子量在500-500000的微粒溶液中的多糖、蛋白質、酶等可溶性大分子或膠體物質均具有較好的分離、提純效果。
超濾技術的應用範圍廣泛。常被應用於工業生產中的純水製備、藥品、色素提純以及水汙染治理等諸多領域，對於各類大分子和膠體的分離、淨化、提純具有良好效率。
1.3反滲透
反滲透技術作為當前最先進、節能、高效的膜分離技術，其反滲透膜的孔徑非常小，小於1nm。可分離物質的分子量通常小於500，可用於去除單價鹽和非游離酸等無機物質。在高於溶液滲透壓的作用下，將某些不能透過半透膜的物質與水進行分離。對其分離機理至今仍多有爭論。當前主要有氫鍵理論、選擇吸附-毛細管流動理論、溶解擴散理論等。
反滲透膜通常是不對稱膜，對於溶質分子具有良好的截留效果。所需操作壓力較大，在2-100MPa。反滲透技術具有很高的除鹽效率，一般可達98-99%。
因此，常用於電子工業、超高壓鍋爐補水等對純水要求高的領域。製備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香族聚醯胺、以及各類聚合物。
2.膜分離技術在海水淡化中的具體應用
膜分離技術在海水淡化事業中佔據著不可或缺的地位，近年來，膜分離技術的不斷成熟，競爭力得以廣泛的提高。其中正滲透膜分離技術、反滲透膜分離技術和薄膜蒸餾淡化技術是當今膜分離技術的幾大分支，它們在海水淡化中發揮著十分重要的作用。
2.1正滲透膜分離技術
正滲透膜分離技術（Forward Osmosis，FO）實行的過程中，通過水滲透壓的作用下，從低向高滲透壓側中擴散，也就是純水一側滲透到濃鹽水一側。其工作基本原理是，往純水中加入某種溶質，從而製備成一種驅動液，從而利用其形成的高於鹽水的滲透壓，促使鹽水中的水經過膜進入到驅動液之中，接著將水與驅動液分離，最終得到可以食用的淨水。
FO技術應用於海水淡化中，不需要藉助外界的壓力，只是單純依靠水的滲透壓，因此，具有低能耗、無二次汙染的優勢，可以作為反滲透膜分離技術的補充，共同為解決人類水資源危機做出一定的貢獻。
2.2反滲透膜分離技術
反滲透膜分離技術（Reverse Osmosis，RO）是當今應用較廣泛的商業化海水淡化技術，實行過程中，通過外界壓力的作用，水會克服滲透壓，經過半透膜從高向低滲透壓側溶液中進行擴散。因此，反滲透膜分離技術是通過排斥鹽離子發揮作用的，在海水增壓的環境下，通過反滲透膜排除海水中的鹽分，從而得到淨水。這種膜是由半滲透聚合材料製作的，分為中空纖維膜與平板膜這兩種。
在海水淡化中，RO技術已經實現商業化，應用也十分廣泛。然而，RO技術發揮作用的過程中，需要實行高壓操作，存在高能耗、高運行成本、較嚴格的預處理、存在二次汙染等缺點，因此需要FO技術作為輔助，兩種技術相結合，共同為解決水資源難題做出應有的貢獻和力量。
2.3薄膜蒸餾淡化技術
薄膜蒸餾淡化技術，主要通過多孔性疏水膜將加熱的海水蒸發，而散發的蒸汽將會在膜的另外一側得到冷凝，從而實現海水淡化。這種方法不同於常規的蒸餾方法，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，具有高供水除氣要求的特點；直接接觸式薄膜蒸餾裝置結構是最簡單的，而且運行可以實行自動化，通常會用於實船的應用研究；空氣隙式薄膜蒸餾裝置分為冷液、熱液、蒸餾水三種系統，得名於薄膜與壁面的1毫米空氣間隙。
3.膜分離技術在海水淡化中應用的開發前景
隨著水資源危機的不斷加重，海水淡化和水再用已經成為世界範圍內研究的重要課題。因此，膜分離技術也面臨著前所未有的壓力和挑戰。作為目前相對先進的海水淡化技術，RO的能耗問題卻成為制約其發展的主要障礙。而理論上來說，FO技術可以將海水淡化的能耗降低9倍，技術進步的空間相對較大。作為後起之秀的薄膜蒸餾淡化裝置也在不斷進步，尤其是在研製高效複合膜得到全新的突破。相信在不久的將來，低能耗、綠色環保的海水淡化工廠的數量越來越多，到那時水資源將會得到最大限度地利用，從而解決全世界範圍內的普遍缺水難題。
結論
隨著經濟的發展和科技的進步，人們對於膜分離技術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上，還應該做好海水淡化技術的研發工作，以便獲得可持續性的淡水取用。
原標題:膜分離技術在海水淡化中的應用
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