《给水排水杂志》-2011年第05期(1)

书给水排水Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．５２０１１１水业导航基于生理学原理的膜技术与水资源的可持续利用同济大学于水利新型水社会循环系统的构建是实现２１世纪水资源可持续利用的关键。其主要特征是，水的利用率和回用率高，饮用水安全、健康、可口，取水量和排水水质对水文循环系统无不良影响（水社会循环与水文循环和谐）。膜技术是应用于新型水社会循环系统，保证水资源可持续利用的理想技术。因为膜技术不同于２０世纪发明的基于生态学、地球化学及生物学原理的水处理技术，它是一种仿生技术，是一种基于生理学原理、具有选择性的功能化分离（类似于生命体内的功能膜），即水中各种污染物的去除都可以选择与其相匹配的功能膜。特别是由于各种功能膜（微滤、超滤、纳滤、反渗透等）的分离原理可以近似认为，主要是膜孔的截留作用，所以各种功能膜对其功能范围内污染物的分离是可靠的。同时膜技术是一种“清洁”的水处理技术，而传统的水处理技术对污染物的去除不仅具有较大的随机性，而且有的技术还会产生副产物。膜技术用于污水处理时，可以按照新型水社会循环系统要求，匹配不同的功能膜，制备各种用途的“再生水”，或向水文大循环系统无害化排放。同样膜技术用于给水处理时，可以按照不同用户的水质要求，选用不同的功能膜，实现供水水质的多元化。例如饮用水应选择纳滤膜（因其兼有反渗透和超滤的特点，可以同时去除水中有机物和无机离子），以制备安全、健康、可口的饮用水；淋浴等日常用水可以选用微滤膜或超滤膜。即膜技术的应用为打破传统供水水质的统一化，实现供水水质的多元化（包括利用“再生水”），精确保证各种用途的用水水质，减少取水量，降低给水处理成本提供了技术保证。尽管如此，目前膜技术只是在工业及小型水处理工程中应用，在大型水处理工程中的应用仍然不多。究其原因，一是膜的成本相对较高，难以与传统的水处理构筑物竞争。尤其是纳滤膜和反渗透膜，不仅投资大，而且运行费用也高。即经济问题是限制膜技术在大型水厂中应用的主要因素；二是膜污染问题没有得到根本解决；三是缺少与膜技术在大型水厂应用相配套的旧膜（废弃膜）再生利用或处理与处置技术。降低膜技术的成本，包括降低膜设备投资和运行费用。膜设备的价格主要与制备膜的原料及膜通量有关，通过开发廉价的新型膜材料，并制备高通量的膜组件，可以降低膜设备的投资；运行费用主要决定于膜的操作压力（电费）和膜的寿命（换膜周期）。尽管有关降低膜设备投资和运行费用的研究很多，但我们认为开发新型膜材料及相应的制备技术是关键。膜污染，一方面会使膜通量降低（恒压运行），导致设计的膜设备数量增加；另一方面膜污染会使膜操作压力增大（恒流量运行），运行费用（电费）提高。控制膜污染的方法，一是将膜与其他处理工艺组合，去除对膜产生污染，特别是不可逆污染的污染物；二是优化膜系统的运行参数。如采用低通量运行、错流过滤以及安装湍流器等方式，减缓膜污染；三是研究各种有效的清洗方法（包括物理清洗和化学清洗），恢复污染膜通量；四是开发新型抗污染膜材料。其中对新型膜材料及制备技术的研究是解决膜污染的根本途径。自上世纪６０年代世界第一张醋酸纤维素反渗透膜问世以来，就没间断过对新型膜材料的探索，不过时至今日，膜材料研究的重点仍然是有机高分子材料和无机材料。由于无机膜的价格高，能耗大，所以在水处理中的应用较少。虽然有机膜相对便宜，但由于其大部分属疏水性材料，在进行水处理时，通量低，并容易产生吸附污染，为了提高膜通量，控制疏水性污染，需要对其进行亲水改性。改性方法，一是在有机铸膜液中共混亲水性高分子聚合物。亲水性有机物的加入虽然可以提高有机膜的亲水性和抗污染性能，（下转第１０页）６给水排水Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．５２０１１《给水排水》第六届编审委员会名誉主任委员：王扬祖顾问：许保玖刘锡年李圭白张杰聂梅生王占生羊寿生曲际水主任委员：陈吉宁副主任委员：张韵曲久辉张晓健乐林生赵锂委员：（以汉语拼音顺序排名，下同）陈吉宁陈燕芬程宏伟崔福义戴晓虎邓志光方玉妹冯旭东高乃云顾平关兴旺归谈纯韩德宏杭世珺何强洪觉民侯立安黄汝常黄晓家姜文源孔令勇乐林生李艺刘百德刘俊新刘文君刘振印刘志琪陆继诚吕锡武罗万申马军彭永臻郄燕秋曲久辉任南琪邵益生沈裘昌施周唐建国万小清王峰王冠军王洪臣王建平王靖华王凯军王晓昌王秀朵徐凤杨琦杨向平张辰张大群张富国张金松章林伟张统张晓健张韵赵锂赵力军赵世明郑兴灿周琪周玉文左亚洲丹保宪仁（日）中西弘（日）ＢｒｙａｎＣｏｕｌｂｅｃｋ（英）Ｔｈｅ６ｔｈＥｄｉｔｏｒｉａｌＢｏａｒｄｏｆＷａｔｅｒ＆ＷａｓｔｅｗａｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＨｏｎｏｒａｒｙＣｈａｉｒｍａｎ：ＷａｎｇＹａｎｇｚｕＡｄｖｉｓｅｒｓ：ＸｕＢａｏｊｉｕＬｉｕＸｉｎｉａｎＬｉＧｕｉｂａｉＺｈａｎｇＪｉｅＮｉｅＭｅｉｓｈｅｎｇＷａｎｇＺｈａｎｓｈｅｎｇＹａｎｇＳｈｏｕｓｈｅｎｇＱｕＪｉｓｈｕｉＣｈａｉ