膜分离技术在缓解水安全问题中的应用

膜分离技术在缓解水安全问题中的应用侯立安，张林(1．第二炮兵后勤科学技术研究所，北京lO0011；2．浙江大学化学工程与生物工程学系，杭州310027)[摘要】全球气候变化导致的水资源时空分布不均和经济快速发展带来的水污染所引发的水安全问题成为人类社会可持续发展面临的重要挑战。本文针对目前我国水安全的现状和存在的问题，结合国内外膜技术发展趋势，综述了膜技术在饮用水深度处理、废水处理、灾害应急供水及特种废水处理中的应用进展，分析和展望了膜技术应对水安全问题的研究方向。[关键词]水安全；膜分离；超滤；纳滤；反渗透[中图分类号]TQ028．8[文献标识码】A[文章编号]1009—1742(2014)07—0004—061前言近年来，随着全球气候急剧变化，气温上升、热带气旋增加、温带风暴路径向极地推移，导致了暴雨、干旱等极端天气的频发，加剧了水资源在时空上的不均分布。同时，气候变化通过温度、降水、光照辐射、风速风型等因素影响着水体污染物的来源和分布，对水环境质量产生了重要影响1。经济的快速增长使得大量的工业、农业、生活废水排入水体，造成严重水污染，虽然不像洪水和旱灾那样更易冲击人们的视线，但日益加剧的水污染实际上已逐渐成为世界性的灾难，无论是对人类生存安全所造成的威胁，还是给社会经济带来的损害，水污染都堪称世界头号杀手忙。作为人类生存面临的最严峻话题之一，全球水资源短缺的矛盾可能因水污染而趋向恶化，水安全问题正在成为全球关注的热点之一。我国水环境污染较为严重，虽然经过不断地治理，但总体改善速度缓慢，由此造成的功能性缺水迫使我国一些地区不仅将一、二类水源处理作为自来水，而且部分地区也逐渐允许使用三类水源。水污染对人类的危害具有直接性、持续性、潜伏性，一些损害甚至是永久性地危及子孙后代的健康和利益。为此，水污染治理已是一个迫在眉睫的课题。传统水处理工艺，即絮凝、沉淀、过滤、消毒，主要杀灭水中的微生物，无法处理目前三类水源中存在的重金属污染和致癌、致畸、致突变等的有机化合物污染，且占地面积大、成本投入高等缺点限制了它的发展。面对水资源短缺、水环境污染等问题，寻求水处理新技术是问题解决之道。膜分离技术因具有占地面积小、自动化程度高、去除污染物范围广、工艺流程短等特点，被称为21世纪最具发展前景的高新技术之一，在解决水安全的受重视程度逐渐提高。2我国水安全现状水安全不仅是环境和经济问题，同时也是社会和政治问题。过去由于公众的水安全意识淡薄，对其重要性、艰巨性及复杂性认识不足，没有注重节约、保护水资源，长期开发利用不当，且相关法律法[收稿日期]2014—05—05[基金项目】国家自然科学基金重点资助项~(51238006)；中国工程科技中长期发展战略研究项H(2014一zcq一1O1[作者简介]侯立安，l957年出生，男，江苏徐州市人，中国工程院院士，主要研究方向为环境工程；E．mail：houlian678@hotmail．com4中国工程科学规体系不健全，导致了一系列水安全问题的出现。目前，我国水安全问题主要体现在以下几个方面：a．水资源短缺，全国每年总缺水量约为5×10m，近2／3城市不同程度存在缺水，且水资源时空分布不均、与生产力布局不相匹配，发展需求与水资源条件之间的矛盾突出；b．水环境污染，相当比重的排污水未经处理，使江河湖海和地下水严重污染；C．水生态破坏，据中国科学院南京地理与湖泊研究所统计，近30年来因围垦等人为因素而消失的湖泊有近百个，接近湖泊总数的1／10，约8千多平方千米，而且湿地面积不断减少、湿地生态环境持续恶化；d．水灾害问题突出，我国南方洪涝、北方干旱及水土流失等问题突出；e．突发事件频发，近年来，我国极端气候、突发性水源污染事故和自然灾害频发，威胁城市供水安全，影响了正常的生产与生活秩序，造成了较严重的社会影响；f传统净水工艺具有一定的局限性，新污染物不断出现，污染日趋复杂，饮用水呈现污染物复合、污染过程复合以及污染效应复合的复合污染特征，而传统水处理工艺以去除水中悬浮物、胶体颗粒物为主，对有机物等去除能力有限。3膜分离技术现状膜分离是指利用具有选择性透过能力的薄膜作为分离介质，在外界能量或化学位差的驱动下实现双组分或多组分混合物的分离、纯化、浓缩等处理的一种新型分离技术。目前工业化应用较为成熟的膜分离技术主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透和电渗析等。与传统水处理技术相比，膜分离技术具有显著优势1：a．过程能耗低，大多数膜分离过程是在低温或室温条件下进行的，且分离过程中无相变发生，与萃取、蒸馏、蒸发等传统分离过程相比，能耗得以大幅降低；b．膜分离技术的分离效率高，产水水质优良，传统混凝、沉淀等技术以重力分离为主，其最小极限是微米级，而膜分离技术可以实现对纳米级物质的分离，水中的消毒副产物、病毒、细菌及有机物都可以通过膜