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水处理常用功能过滤膜的结构、分类及应用

水处理用膜制造的主要目标是生产这样一种材料：具有足够的机械强度，能

维持高的膜通量，还要具有高的选择度。后两个特性的要求是互为矛盾的，因为

具有高选择度的膜通常只能具有较小的孔径，这种膜本身水力阻力就大（或者说

膜通量低）。

膜孔的密度增大，膜通量也增大，表明材料的孔隙率越高越好。膜的整体阻

力与其厚度成正比。还有膜孔径尺寸分布越宽，膜的选择度越差。因此任何膜的

最佳物理结构都应当是：膜材料的厚度要薄，孔径尺寸分布要窄，表面孔隙率要

高。

可用作膜的材料种类繁多。它们在化学成分和物理结构上均变化较大，但是

最重要的特性是它们如何实现物质分离的。从这个基础出发可以把膜分为致密膜

和有孔膜两类，如下表所示：

致密膜的分离在某种程度是通过透过组分与膜的膜材料之间的物理-化学反

应实现的，它的选择度最高（见下图）。

微滤只能去除悬浮物质，通常最小颗粒的尺寸在0.05μm左右。MBR中的多

孔膜截留的悬浮固体物质（主要是微生物），被保留于反应器中并产生澄清的出

水。

根据膜材料的组成对膜进行分类则更加方便实用，通常将膜分为有机膜（聚

合物）和无机膜（陶瓷和金属）两类。

无机膜目前主要是指陶瓷膜，是由A1O，ZrO，TiO和SiO等无机材料

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制备的多孔膜，其孔径为0.1-50μm。

陶瓷膜与同类的有机高分子膜相比具有许多优点：

对具有化学侵害性液体和高温清洁液有更强的抵抗能力，可以在pH=0-14、

压力P10MPa、温度350℃的环境中使用，其通量高、能耗相对较低，在高浓

度工业废水处理中具有很大竞争力，其主要缺点就是弹性小、价格昂贵，此外膜

的加工制备有一定困难。下表为不同膜材料的功能与应用实例。

（膜材料的类型）

（不同名称的膜材料）

膜制造厂商主要生产多孔膜的。膜的价格不仅与膜的原材料有关，而且与膜

孔径尺寸与孔径分布的制造难易程度有关。根据膜材料的不同和膜孔径分布的精

度的不同，膜的价格变化相当大。这些材料构成的膜的物理结构根据材料的固有

性质和处理工艺的不同而不同。

通常，压力驱动工艺的膜材料趋向于各向异性，它们只在某一个方向上具有

对称性，所以随着膜深度的增加，其孔径也随之变化。也只有膜的最表层具有实

际意义的渗透选择性，其余部分只是起机械支撑作用。

许多多聚物微孔膜是采用相转换法生产的。多聚物溶液被浇注成一片薄层介

质，多聚物在水中沉淀而产生膜的多孔面，这一过程常常被称为凝胶化作用。膜

的选择渗透性的一面则由于高聚物溶剂的蒸发而产生，生成的表层的渗透率很低，

从而形成各向异性的膜结构。