作(zuo)為人類生產與生活(huo)最重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)資(zi)(zi)源，近年來，水資(zi)(zi)源卻(que)面(mian)臨著(zhu)日(ri)益加重(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)危機，部(bu)分地區已(yi)經(jing)出(chu)現嚴重(zhong)(zhong)干(gan)旱的(de)(de)(de)狀況。由于(yu)人類活(huo)動造成(cheng)的(de)(de)(de)生態環境危機，進而(er)加劇了水污染現象的(de)(de)(de)日(ri)益擴大(da)，水資(zi)(zi)源日(ri)益成(cheng)為稀缺珍貴的(de)(de)(de)資(zi)(zi)源。為了提高水資(zi)(zi)源的(de)(de)(de)利用(yong)率，很多學者將目(mu)光轉移到海水淡(dan)化(hua)方面(mian)，隨著(zhu)膜分離技術(shu)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)，海水淡(dan)化(hua)技術(shu)得到進一步(bu)(bu)的(de)(de)(de)提高和進步(bu)(bu)，這也成(cheng)為目(mu)前海水淡(dan)化(hua)事業的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要課(ke)題。
1.膜分離技術及其(qi)特點
1.1微濾(lv)
; 也稱為微孔(kong)過濾，主要(yao)是(shi)以篩孔(kong)機理對(dui)物質進行(xing)分(fen)離(li)凈(jing)化。采用(yong)微孔(kong)濾膜作為過濾介質，以靜壓差(cha)為推動(dong)力(li)進行(xing)分(fen)離(li)。微孔(kong)濾膜的(de)(de)孔(kong)徑(jing)固定，氣、液相(xiang)中的(de)(de)懸浮(fu)粒子(zi)、細菌、病(bing)毒等微生物以及膠體(ti)等物質由于(yu)粒徑(jing)大(da)于(yu)濾膜孔(kong)徑(jing)而(er)被(bei)截留。而(er)無機物和(he)大(da)分(fen)子(zi)有機物等物質在壓力(li)差(cha)的(de)(de)作用(yong)下可以遷(qian)移到微孔(kong)濾膜的(de)(de)另(ling)一側(ce)，從而(er)達到分(fen)離(li)、凈(jing)化的(de)(de)目的(de)(de)。
微(wei)(wei)(wei)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)特(te)點：膜(mo)(mo)(mo)孔(kong)(kong)分布均(jun)勻，過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)精(jing)度(du)高(gao)(gao)。微(wei)(wei)(wei)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)可以(yi)通(tong)過(guo)(guo)采用(yong)制定(ding)固定(ding)孔(kong)(kong)徑的(de)微(wei)(wei)(wei)孔(kong)(kong)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)膜(mo)(mo)(mo)來進行精(jing)密過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)。濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)膜(mo)(mo)(mo)的(de)孔(kong)(kong)徑分布均(jun)勻，可將大于孔(kong)(kong)徑的(de)懸浮粒子(zi)(zi)、微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物、膠體等(deng)污(wu)染物質(zhi)(zhi)全部攔(lan)截在(zai)(zai)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)膜(mo)(mo)(mo)表面，過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)精(jing)度(du)很高(gao)(gao)。孔(kong)(kong)隙(xi)大，流速(su)快。微(wei)(wei)(wei)孔(kong)(kong)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)膜(mo)(mo)(mo)的(de)孔(kong)(kong)徑大，通(tong)常孔(kong)(kong)密度(du)為107孔(kong)(kong)/cm2，且微(wei)(wei)(wei)孔(kong)(kong)體積占膜(mo)(mo)(mo)總(zong)體積的(de)70%～80%左右。因此，微(wei)(wei)(wei)粒和微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物等(deng)在(zai)(zai)通(tong)過(guo)(guo)微(wei)(wei)(wei)孔(kong)(kong)膜(mo)(mo)(mo)時受(shou)到的(de)阻力較(jiao)(jiao)小(xiao)(xiao)，其(qi)(qi)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)速(su)度(du)較(jiao)(jiao)常規介質(zhi)(zhi)快幾十(shi)倍。厚度(du)小(xiao)(xiao)，吸附(fu)少。微(wei)(wei)(wei)孔(kong)(kong)膜(mo)(mo)(mo)的(de)厚度(du)較(jiao)(jiao)小(xiao)(xiao)，一般在(zai)(zai)90-150m之間。其(qi)(qi)對于粒子(zi)(zi)的(de)吸附(fu)量非(fei)常少，可忽(hu)略不計。濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)膜(mo)(mo)(mo)材(cai)料(liao)穩定(ding)，不易脫落(luo)，濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)液(ye)質(zhi)(zhi)量高(gao)(gao)。制備(bei)微(wei)(wei)(wei)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)膜(mo)(mo)(mo)的(de)材(cai)料(liao)需具備(bei)熱穩定(ding)性、化學穩定(ding)性和機械(xie)強(qiang)度(du)等(deng)特(te)點，通(tong)常采用(yong)纖(xian)維(wei)素(su)、聚(ju)氯乙烯(xi) （PVC）等(deng)高(gao)(gao)分子(zi)(zi)材(cai)料(liao)制作濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)膜(mo)(mo)(mo)。過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)時不易發生(sheng)(sheng)纖(xian)維(wei)或碎(sui)屑脫落(luo)，使用(yong)壽命(ming)長，獲得的(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)液(ye)質(zhi)(zhi)量較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)。
但是，微孔濾(lv)膜對于顆粒的(de)容量(liang)較(jiao)小，分(fen)離過程中易發生堵塞現象。因(yin)此，在(zai)對物質進行分(fen)離前，需(xu)進行前道(dao)過濾(lv)，以避免因(yin)發生堵塞而影響微濾(lv)膜的(de)正常(chang)使用。
1.2超濾(lv)
超濾(lv)也是(shi)以壓(ya)力(li)差作(zuo)為推(tui)動力(li)，以超濾(lv)膜絲作(zuo)為過濾(lv)介(jie)質。超濾(lv)膜的(de)粒徑介(jie)于微濾(lv)和(he)反滲透之間。主要(yao)是(shi)利(li)用不同(tong)孔徑的(de)超濾(lv)膜對(dui)液體中各類可溶性大分子和(he)膠(jiao)體等進行(xing)分離(li)、凈化。
超(chao)濾的過(guo)濾粒(li)(li)徑較微濾膜小，約為5-10nm。可用(yong)于(yu)對(dui)溶(rong)液中(zhong)的溶(rong)質(zhi)進(jin)行(xing)分離、增濃等(deng)操(cao)作。超(chao)濾膜可允(yun)許小分子和溶(rong)解性(xing)無機(ji)物通過(guo)，對(dui)于(yu)蛋白質(zhi)、核算聚合物、淀粉等(deng)大分子物質(zhi)則會進(jin)行(xing)截留。通常超(chao)濾膜對(dui)于(yu)分子量在(zai)的微粒(li)(li)溶(rong)液中(zhong)的多糖、蛋白質(zhi)、酶(mei)等(deng)可溶(rong)性(xing)大分子或(huo)膠(jiao)體物質(zhi)均具有較好的分離、提純(chun)效果(guo)。
超(chao)濾技術的(de)(de)應(ying)用范圍廣泛(fan)。常被應(ying)用于工業(ye)生產中(zhong)的(de)(de)純水(shui)制備、藥品、色素提純以及水(shui)污染治理等諸多領域，對于各類大分子(zi)和膠體(ti)的(de)(de)分離、凈化(hua)、提純具有(you)良好效(xiao)率。
1.3反滲透(tou)
反(fan)滲透(tou)技術作為當(dang)前最先進、節能、高(gao)效(xiao)的(de)膜(mo)分(fen)離(li)(li)(li)技術，其(qi)反(fan)滲透(tou)膜(mo)的(de)孔徑(jing)非常小(xiao)，小(xiao)于1nm。可分(fen)離(li)(li)(li)物質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)分(fen)子量通常小(xiao)于500，可用(yong)于去除單價鹽和非游離(li)(li)(li)酸等無機物質(zhi)(zhi)(zhi)。在高(gao)于溶(rong)液滲透(tou)壓的(de)作用(yong)下，將某些不能透(tou)過半透(tou)膜(mo)的(de)物質(zhi)(zhi)(zhi)與水進行分(fen)離(li)(li)(li)。對(dui)其(qi)分(fen)離(li)(li)(li)機理至今仍多有爭(zheng)論。當(dang)前主要(yao)有氫(qing)鍵(jian)理論、選(xuan)擇吸附(fu)-毛細(xi)管流動理論、溶(rong)解擴(kuo)散理論等。
反滲(shen)透膜通常是不對稱膜，對于溶質(zhi)分子具有良好的截留效(xiao)果(guo)。所需操作壓(ya)力較大，在2-100MPa。反滲(shen)透技術具有很高的除鹽效(xiao)率，一般可達98-99%。
因此，常用于電子工業、超高(gao)壓鍋爐補水等對(dui)純水要求(qiu)高(gao)的領(ling)域。制備反滲透膜的材料(liao)主要有醋酸纖維素、芳香族(zu)聚(ju)(ju)酰(xian)胺、以及各類聚(ju)(ju)合物。
2.膜分離技術在海水(shui)淡化中的具體應用
膜(mo)(mo)分(fen)離技(ji)(ji)術(shu)在海(hai)水淡化事業中(zhong)占據著不(bu)可或缺的(de)(de)地(di)位，近年來，膜(mo)(mo)分(fen)離技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)不(bu)斷成(cheng)熟，競爭力得以廣泛的(de)(de)提高。其(qi)中(zhong)正滲透膜(mo)(mo)分(fen)離技(ji)(ji)術(shu)、反(fan)滲透膜(mo)(mo)分(fen)離技(ji)(ji)術(shu)和薄(bo)膜(mo)(mo)蒸餾淡化技(ji)(ji)術(shu)是當今膜(mo)(mo)分(fen)離技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)幾大分(fen)支，它們在海(hai)水淡化中(zhong)發揮著十分(fen)重要的(de)(de)作用(yong)。
2.1正滲(shen)透膜分離(li)技(ji)術
正滲(shen)(shen)透(tou)(tou)膜分(fen)離(li)技術（Forward Osmosis，FO）實行的過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，通(tong)過(guo)(guo)水滲(shen)(shen)透(tou)(tou)壓的作(zuo)用下，從低向高(gao)滲(shen)(shen)透(tou)(tou)壓側中(zhong)(zhong)擴散，也就是純(chun)水一側滲(shen)(shen)透(tou)(tou)到濃鹽(yan)(yan)水一側。其工作(zuo)基本原(yuan)理是，往純(chun)水中(zhong)(zhong)加(jia)入(ru)某種溶質，從而(er)制備成一種驅動液，從而(er)利用其形成的高(gao)于鹽(yan)(yan)水的滲(shen)(shen)透(tou)(tou)壓，促使鹽(yan)(yan)水中(zhong)(zhong)的水經(jing)過(guo)(guo)膜進入(ru)到驅動液之中(zhong)(zhong)，接著將水與驅動液分(fen)離(li)，最終得到可以食(shi)用的凈水。
FO技(ji)術應用于海水(shui)(shui)淡化中，不需(xu)要借(jie)助外界(jie)的壓(ya)力(li)，只是單(dan)純依靠水(shui)(shui)的滲透壓(ya)，因此，具有低能耗(hao)、無二次污染的優勢，可以作為反(fan)滲透膜分離技(ji)術的補(bu)充，共(gong)同為解決人類水(shui)(shui)資源危機做(zuo)出一(yi)定的貢(gong)獻。
2.2反滲透膜(mo)分離技術
反(fan)滲(shen)透(tou)(tou)膜(mo)(mo)(mo)分(fen)(fen)離技術(shu)(shu)（Reverse Osmosis，RO）是當今應用(yong)較廣泛的(de)(de)商(shang)業化海水(shui)(shui)淡化技術(shu)(shu)，實行(xing)過(guo)程中(zhong)，通過(guo)外界壓(ya)力(li)的(de)(de)作(zuo)用(yong)，水(shui)(shui)會克服滲(shen)透(tou)(tou)壓(ya)，經過(guo)半透(tou)(tou)膜(mo)(mo)(mo)從高(gao)向低滲(shen)透(tou)(tou)壓(ya)側溶液中(zhong)進行(xing)擴散。因此，反(fan)滲(shen)透(tou)(tou)膜(mo)(mo)(mo)分(fen)(fen)離技術(shu)(shu)是通過(guo)排斥(chi)鹽(yan)離子發揮作(zuo)用(yong)的(de)(de)，在(zai)海水(shui)(shui)增壓(ya)的(de)(de)環境下，通過(guo)反(fan)滲(shen)透(tou)(tou)膜(mo)(mo)(mo)排除海水(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)鹽(yan)分(fen)(fen)，從而得到凈(jing)水(shui)(shui)。這(zhe)種膜(mo)(mo)(mo)是由(you)半滲(shen)透(tou)(tou)聚(ju)合材料(liao)制作(zuo)的(de)(de)，分(fen)(fen)為中(zhong)空纖維膜(mo)(mo)(mo)與平(ping)板(ban)膜(mo)(mo)(mo)這(zhe)兩種。
在(zai)海水淡化中，RO技(ji)術(shu)已經實現商業化，應(ying)用也十分廣泛。然而，RO技(ji)術(shu)發揮作(zuo)用的(de)(de)過程中，需(xu)(xu)要(yao)實行(xing)高(gao)壓(ya)操作(zuo)，存在(zai)高(gao)能耗、高(gao)運行(xing)成本、較嚴格的(de)(de)預處理、存在(zai)二(er)次污染等缺點，因此需(xu)(xu)要(yao)FO技(ji)術(shu)作(zuo)為(wei)輔助(zhu)，兩種技(ji)術(shu)相結合，共同(tong)為(wei)解決水資源難題做出應(ying)有的(de)(de)貢獻和力量。
2.3薄膜蒸餾淡(dan)化技術(shu)
薄膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)淡(dan)化技(ji)術，主要(yao)通(tong)過多(duo)孔性疏水(shui)(shui)膜(mo)(mo)將加熱(re)的(de)(de)海水(shui)(shui)蒸(zheng)(zheng)發，而(er)散(san)發的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)將會(hui)在(zai)膜(mo)(mo)的(de)(de)另外(wai)一側(ce)得(de)到冷(leng)凝，從(cong)而(er)實現(xian)海水(shui)(shui)淡(dan)化。這種方(fang)法不同于(yu)常規的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)方(fang)法，將蒸(zheng)(zheng)汽(qi)空(kong)間(jian)縮小甚至取消，其中(zhong)的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)膜(mo)(mo)難以(yi)代替換熱(re)面(mian)，而(er)目前的(de)(de)薄膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)裝(zhuang)置可以(yi)分為直(zhi)接接觸式(shi)、掃(sao)氣(qi)(qi)式(shi)與(yu)空(kong)氣(qi)(qi)隙式(shi)這三(san)種。其中(zhong)掃(sao)氣(qi)(qi)式(shi)薄膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)裝(zhuang)置配有(you)專門的(de)(de)氣(qi)(qi)體處理系統(tong)，具(ju)有(you)高(gao)供水(shui)(shui)除氣(qi)(qi)要(yao)求的(de)(de)特(te)點；直(zhi)接接觸式(shi)薄膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)裝(zhuang)置結構是最簡單的(de)(de)，而(er)且(qie)運行可以(yi)實行自動(dong)化，通(tong)常會(hui)用(yong)于(yu)實船(chuan)的(de)(de)應用(yong)研究；空(kong)氣(qi)(qi)隙式(shi)薄膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)裝(zhuang)置分為冷(leng)液(ye)、熱(re)液(ye)、蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)水(shui)(shui)三(san)種系統(tong)，得(de)名于(yu)薄膜(mo)(mo)與(yu)壁面(mian)的(de)(de)1毫米空(kong)氣(qi)(qi)間(jian)隙。
3.膜(mo)分離(li)技術在海水淡化中應用的(de)開(kai)發前景
隨著(zhu)水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)危機的(de)(de)(de)不斷加重，海(hai)水(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)和水(shui)(shui)(shui)再(zai)用已經成為世界(jie)范圍內研究的(de)(de)(de)重要(yao)課題(ti)。因此，膜分離(li)技(ji)術(shu)(shu)(shu)也面臨(lin)著(zhu)前(qian)所未有的(de)(de)(de)壓力(li)和挑戰。作為目前(qian)相(xiang)對先進的(de)(de)(de)海(hai)水(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)技(ji)術(shu)(shu)(shu)，RO的(de)(de)(de)能耗(hao)(hao)問題(ti)卻成為制(zhi)約其(qi)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)主要(yao)障礙。而(er)理(li)論(lun)上來說，FO技(ji)術(shu)(shu)(shu)可(ke)以將(jiang)海(hai)水(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)的(de)(de)(de)能耗(hao)(hao)降低(di)9倍，技(ji)術(shu)(shu)(shu)進步(bu)的(de)(de)(de)空間相(xiang)對較大。作為后起(qi)之(zhi)秀的(de)(de)(de)薄膜蒸(zheng)餾淡(dan)化(hua)裝(zhuang)置也在(zai)(zai)不斷進步(bu)，尤其(qi)是在(zai)(zai)研制(zhi)高效(xiao)復合膜得到全(quan)新的(de)(de)(de)突破(po)。相(xiang)信在(zai)(zai)不久的(de)(de)(de)將(jiang)來，低(di)能耗(hao)(hao)、綠(lv)色環(huan)保的(de)(de)(de)海(hai)水(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)工廠的(de)(de)(de)數量越來越多，到那時水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)將(jiang)會(hui)得到最大限度地利用，從而(er)解決全(quan)世界(jie)范圍內的(de)(de)(de)普遍缺(que)水(shui)(shui)(shui)難題(ti)。
結論
隨著經濟的(de)發展和(he)(he)科技的(de)進步，人們對于膜分離技術和(he)(he)膜材料的(de)研究日(ri)益深入。所以(yi)，在面對全球性淡(dan)水(shui)(shui)資源危機(ji)上，還應該做好(hao)海水(shui)(shui)淡(dan)化技術的(de)研發工作，以(yi)便獲得可持續性的(de)淡(dan)水(shui)(shui)取用。 |
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