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从二战到现代：膜技术如何彻底改变水处理？
自十八世纪以来，膜技术一直是一个重要的概念，它作为选择性屏障，能够允许某些物质通过而阻止其他物质的进入。随着二次大战的结束，这一技术的应用逐渐突破实验室，走向工业和公共卫生领域，对水处理的影响愈发深远。特别是在战后，欧洲的饮水供应受到严重挑战，膜过滤器被用来确保水质安全。
膜的选择性属性使其成为水处理的重要工具，能有效地去除各种污染物。
尽管最初面临低可靠性、运行缓慢、选择性差及成本高等问题，但随着技术的进步，微过滤和超过滤技术逐渐被广泛应用。自1980年代以来，这些分离过程加上电渗析技术在大型水处理厂中得到了应用，现在许多专业公司已经进入这个市场。
膜的选择性程度取决于膜的孔径大小，根据孔径的大小可将膜分为微过滤、超过滤、纳过滤和反渗透膜。
膜的厚度、结构（均质或非均质）、以及其带电性质都会影响其性能，物质的运输过程也可以是主动或被动的，后者通常会受到压力、浓度、化学或电场梯度的影响。
膜过程分类
微过滤 (MF)
微过滤主要用于去除大于0.08-2μm的颗粒，其工作范围通常在7-100kPa之间。此技术可用于去除悬浮固体、细菌，以及作为反渗透的预处理步骤。
超过滤 (UF)
超过滤能去除小于0.005-2μm的颗粒，操作范围在70-700kPa之间。超过滤也可用来去除一些高分子量的溶解化合物，例如蛋白质和碳水化合物。
纳过滤 (NF)
纳过滤被称为“松散的”反渗透，能够去除小于0.002μm的颗粒，通常用于废水中选择性溶解物质的去除过程。
反渗透 (RO)
反渗透广泛应用于海水淡化，并常用于去除经过微过滤处理后的废水中的溶解物质。反渗透膜能够在离子层面去除水中的组分。
反渗透膜的层次结构通常包括聚酰胺层、聚醚砜层和聚酯层。
纳米结构膜
新兴的纳米结构膜依赖于纳米结构的通道在分子层级进行材料分离，包括碳纳米管膜、石墨烯膜等。这些膜可以用于纳过滤和反渗透等分离技术。
膜过程运行
膜过程的主要参数包括膜的通透性、运行驱动力（跨膜压力）以及膜表面的污堵情况。污堵会对膜的性能造成影响，是膜过程运行的主要限制因素。
污堵控制与减少
因为污堵会影响膜系统的设计和运行，最佳化运行条件以防止污堵至关重要。如果已经发生污堵，可以通过物理或化学清洗进行去除。
化学清洗主要使用次氯酸钠处理有机污堵，而柠檬酸则用于无机污堵。
虽然随着膜技术的进步，膜的清理和管理变得更加高效，然而，膜系统的运行成本仍然是重要的考量。随着反渗透技术的推广，RO膜的使用寿命在5到10年之间，这意味着每年会产生大量的膜废弃物，这也引起了环保方面的关注。
未来的挑战
随着膜技术在水处理领域的贡献日益明显，未来如何优化膜的设计与使用，并减少其对环境的影响，将成为重要的课题。技术的发展给水资源的可持续管理提供了无限可能，然而，这些技术如何更有效地应用于实际操作中，依然是一个值得思考的问题？
