摘要：经济的快速发展在带动城市化建设步伐加快的同时，也给环境带来了前所未有的挑战，废水污染、灯光污染、空气污染等，无时无刻不对人们的身体造成损伤。人们也越来越关注环境工程技术在治理城市污染方面的应用，越来越多的学者投入到环境工程技术的研发中，近几年膜分离技术的逐渐成熟，引起专业学者和业内人士的注意。作为一项历经半个世纪研究和发展，近几年才出现并引起广泛关注的新型分离技术，膜分离技术在生物工程、饮用水处理、食品医疗、石油化工等领域都得到广泛的应用，在环境工程的自然环境保护方面也有非常重要的作用。通过分析膜分离技术，包括说明膜分离技术的概念以及与环境保护之间的关系，阐述膜分离技术在环境工程中的应用，并分析了膜分离技术未来的发展前景。
关键词：环境工程；膜分离技术；环境保护；应用；发展
经济的迅速发展不仅要求国内生产总值（GDP）的增长，还要求重视环境保护技术研发，加之我国目前大力提倡的“美丽中国”理念，强调把生态文明建设放在突出地位，所以人人都应该树立保护环境的意识。除了维持生态平衡和美化环境，保护环境还包括了节约资源的内容，一部分人认为，我国地大物博、资源丰富，所以不需要节约，可是随着“命运共同体”的提出和经济、政治全球化趋势的发展，发现资源是有限的，如果不好好珍惜，毁灭的将是整个人类的未来。鉴于目前这种资源紧张和环境保护的大环境，专家学者和业内人士构思可以从含有可利用物质的污染物中提出可利用物质，经过长期的研究和发明提出采用膜分离技术分离混合物的方法。膜分离技术在处理居民生活废水以及净化工业污水方面有着十分突出的表现，不同于传统的分离技术需要使用助剂帮助分离的特点，膜分离技术极大地节约了成本，解决了助剂二次污染问题，因为具有安全性、高效性、经济性等特点，膜分离技术能够在更广的范围内发挥作用。
1膜分离技术概论
1.1膜分离技术原理及流程
膜分离技术本质上是一个物理过程，在分离过程中不会发生化学物质相互反应的情况，降低对环境的污染。大约在20世纪初期出现，经过半个多世纪的研究和推动，于20世纪60年代后期在各个领域都得到了广泛的应用，并迅速崛起成为一门高效的新分离技术。膜分离技术使用的分离材料是一种具有选择渗透功能的膜，根据当前膜分离技术在行业中的应用情况，大多数分离程序使用的都是无机膜，无机膜具有抗高温、耐酸碱、耐腐蚀等优良性能，在环境工程领域中应用的项目更多，特别是像超滤膜技术中使用的有机膜甚至能去除饮用水中的细菌、藻类、原生动物等等，而像金属膜和陶瓷膜等无机膜，由于材质和技术水平的限制，主要应用于微滤和超滤分离过程[1]。以传统分离技术处理印染污水为例，使用反相破乳剂THgA-5药剂，稀释药剂10%，然后将（2000~3000）×10-6药剂加注到被处理污水中并进行搅拌，随后污水样品会产生黑色絮状，经过停留后下沉。在这个过程中要加入反相破乳剂THgA-5药剂以加快沉淀，然后才能将沉淀物和上层混合水分离，再进行下一步分离程序。不同于传统的分离技术，在使用膜分离技术的过程中，推动混合物透过膜进行分离的动力主要来自于两个方面，一是气压等外界物理力量，二是化学位差，根据膜对混合物中各物质渗透能力差异，对组分或多组分液体或气体进行分离、浓缩、提纯精制。由于膜分离技术具有污染小、成本低、操作简单、分离效果好等特点，因此在人们生活的各个方面都起着十分明显的作用，特别是在食品医疗、生物工程、环境保护、石油化工、节约能源、污水处理等与人们生活息息相关的领域，产生巨大经济效益的同时也带来了推动可持续发展的社会效益，膜分离技术已经成为当前业界最热的分离手段之一。
1.2膜分离技术与环境保护之间的关系
膜分离技术在环境保护方面起着非常重要的作用。膜分离技术在环境保护方面的作用主要体现在两个方面。第一，节约资源。目前膜分离技术在环境工程领域主要应用在废水和废气的处理上，城市废水和工业废水是人们生活中随处可见的污染方式，同时也是饮用水浪费的主要渠道，随意排放废水还会造成污染河流、地下水的问题，长此以往污水中的重金属会被鱼类吸收和沉淀，被人类食用会引起一系列的健康问题，另外污水是以一种液态形式存在，具有流动性、渗透性等特点，一旦处理不及时或不完全，那么污水涉及的范围将十分广泛。针对使用膜分离技术分离气体方面，以分离挥发性有机污染物（VOCs）为例，VOCs是一种来源广泛具有较高经济价值的气体，同时它对人的健康和生活生产安全有很大的危害，因此也成为目前治理大气污染中需要重点控制的一类气体，这种气体不仅不能肆意地排放到空气当中，还要对其进行富集处理，这时候膜分离技术就具有明显的优势。在小于等于0.1MPa的渗透压力下，使用硅橡胶膜材质的聚辛基甲基硅氧烷，甲苯和乙酸乙酯的去除量能达到90%，整个过程中VOCs的去除率会随着渗透压的增大而增大，随着剩余VOCs含量的减少而减少。膜分离技术在处理废气方面具有重要的作用，大大降低了废气对环境造成的污染，加强了空气质量。第二，避免二次污染。由于膜分离技术属于一个物理过程，整个过程中不会仅仅利用压力或者化学位数的推动力，使气体或液体通过分离膜。与传统分离技术不同的是，膜分离技术不需要助剂帮助或加速反应，不添加新的化学反应试剂也就意味着，在混合物内部不产生其他化学反应，也就不会产生其他副产物。这个过程既节约了成本，又避免了副产物的产生，减少了进一步分离的环节，产品不会受到污染。
2膜分离技术在环境工程中的应用
2.1微滤分离技术
微滤分离技术是目前业内普及度最高的一种膜分离技术。与普通分离过滤的方法相似，微滤分离技术的分离原理采用筛网过滤的方法，主要分离混合物中直径为0.1~10μm的胶状体，细菌和颗粒，这些颗粒分子相对于混合物中其他物质来说比较大，难以通过膜孔小的分离膜。由于微滤分离技术具有经济性、适应性强、占地面积小等特点，所以普遍运用在对饮用水处理程序中。使用微滤分离技术处理饮用水的过程更经济。这种经济性主要表现在微滤分离技术相对于传统饮用水分离技术，减少外界能源推动的消耗。微滤分离技术可分为全量过滤与死端过滤两种分离方式，特别是死端过滤这种分离方式具有低能源损耗和高效率的特征。使用微滤分离技术适应水环境能力强。膜分离技术使用的膜属于有机膜的一种，具有耐酸碱、抗腐蚀等特性。而且微滤分离技术还可以对污水进行预先处理，从而降低污水的悬浮物的数量和浑浊程度，以保证预处理过的污水符合国家进水处理的标准和要求。微滤分离技术设备占地面积小。不同于以往使用二沉池及澄清过滤的方法处理污水，微滤分离技术即使在污水混合多样复杂的情况下，也能够对混合物进行不间断的处理工作。这个过程可以在同一个容器内反应，分离膜可以反复使用，所以微滤分离技术设备所需占地面积较小。虽然微滤分离技术具有非常多的优点和长处，但是这种优势也存在着潜在问题和不足。受膜孔数量的限制，随着过滤时间的增加，分离膜上层的滤饼层富集的越来越厚，许多大分子颗粒物堵住小分子通过的渠道，最终会影响溶液的透过率。所以在使用微滤分离技术时，要注意对滤饼定期进行清洁，以此保证小分子的通过率，目前学者、研究员以及业内人士正在积极研发耐用性较强的膜和膜组件，以改善堵塞情况的发生，同时还能节约成本。
2.2超滤膜分离技术的应用
超滤膜分离技术是近几年来发展最迅速的一项环境工程领域，最早主要应用在处理废水废气方面，随着技术的完善，超滤膜分离技术应用范围也扩展到食品工业、药品工业、生物工程等。超滤膜分离技术的膜孔直径通常为0.05nm到1.00nm。利用筛选的原理可以处理混合物中的悬浮物质和固体颗粒物质，与此同时超滤膜分离技术和微滤分离技术使用的有机膜的不足，即使大分子物质和胶体物质已经分离的状态下，也能保证混合物的通过率。值得注意的是超滤膜分离技术的有效实现，需要以耐高温、强抗氧化性的有机膜或膜组件作为基础，只有这样才能够保证超滤膜分离技术的正常通过率。以城市污水处理为例，城市污水作为重要的水资源形式，近几年在我国已经普遍适用超滤膜分离技术对污水进行处理。通过研究有的学者提出可以将超滤膜分离技术与CASS相结合，两者在一定环境下的结合使用，可以保证出水水质符合国家标准，酸碱度（pH）控制在7.25~7.88，水质污浊污浊程度为0.4，超滤膜分离技术对城市污水的处理更好的节约水资源。
2.3反渗透膜分离技术的应用
反渗透膜分离技术使用的反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，当溶液渗透压高于混合物渗透压时，溶液中的某些物质不会再渗透回混合物中，从而将过滤物质与水分离，反渗透膜是反渗透技术的核心构件。反渗透膜的膜孔直径非常小，能让直径为0.00001μm的物质通过，因此能够高效地去除混合物中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等等，同时允许水分子通过。反渗透膜具有一下几个特征：①即使混合物渗透速度快也能保证高效的脱盐率；②装置性能好，使用寿命长；③外界压力低或化学位素动力不足的情况下也能发挥功能；④耐受性强；⑤耐酸碱性强；⑥反渗透膜原料来源广泛，易加工，成本低。因此，反渗透分离技术系统具有低耗能、水质佳、污染小、操作简单等优点。科学地使用反渗透膜分离技术，能够提升混合物的渗透纯度，从而使反渗透水质能达到国家标准。我国目前将反渗透分离技术应用在海水淡化领域当中，截止到目前已有反渗透海水淡化装置能日产10万t水量，特别是在河北，已经建设有日产水量18000t的“亚海水”脱盐装置，它是国内最大的使用海水淡化膜的反渗透装置。
3膜分离技术的发展前景分析
经过上述对膜分离技术应用的分析，认识到膜分离技术类型非常多，而且特点不同、效能高，不仅能处理工业废水，还能处理生活用水，以实现节约能源、保护环境的成果。总的来说，膜分离技术的发展前景明朗。膜分离技术未来发展方向将向集成膜分离技术靠拢。集成膜分离技术是膜分离技术的进化，通过将膜技术和其他相关传统工艺相互融合，形成的一种新型的、进化的膜分离技术。将膜分离技术发展为集成膜分离技术能扩大膜分离技术的应用范围。例如：处理造纸业废，目前常用的是利用膜分离技术回收废水中的素磺酸纳，需要使用超滤膜分离技术或者反渗透膜分离技术等，虽然高效快捷，但是与集成膜分离技术相比仍存在一定不足，集成膜分离技术可以有效清除废水当中的一些有毒害物质。
4结束语
膜分离技术虽然经过长时间的研究和发展，但是目前仍处于实践应用的初级阶段，还需要进一步的发展，需要社会各界提高环境保护的意识，加强对环境工程的重视程度。从目前膜分离技术的发展情况分析，超滤膜技术已经有了初步改善，仍需要行业专家学者的进一步推动发展，大力开展与环境工程紧密相关的其他领域课题研究，进一步发展我国的环境工程研究。
参考文献
[1]刘方瑞.环境工程技术规范的定位及作用探究[J].当代化工研究，2017，（04）：73-74.
作者:张强 单位:安徽环境科技股份有限公司
