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從二戰到現代：膜技術如何徹底改變水處理？
自十八世紀以來，膜技術一直是一個重要的概念，它作為選擇性屏障，能夠允許某些物質通過而阻止其他物質的進入。隨著二次大戰的結束，這一技術的應用逐漸突破實驗室，走向工業和公共衛生領域，對水處理的影響愈發深遠。特別是在戰後，歐洲的飲水供應受到嚴重挑戰，膜過濾器被用來確保水質安全。
膜的選擇性屬性使其成為水處理的重要工具，能有效地去除各種污染物。
儘管最初面臨低可靠性、運行緩慢、選擇性差及成本高等問題，但隨著技術的進步，微過濾和超過濾技術逐漸被廣泛應用。自1980年代以來，這些分離過程加上電滲析技術在大型水處理廠中得到了應用，現在許多專業公司已經進入這個市場。
膜的選擇性程度取決於膜的孔徑大小，根據孔徑的大小可將膜分為微過濾、超過濾、納過濾和反滲透膜。
膜的厚度、結構（均質或非均質）、以及其帶電性質都會影響其性能，物質的運輸過程也可以是主動或被動的，後者通常會受到壓力、濃度、化學或電場梯度的影響。
膜過程分類
微過濾 (MF)
微過濾主要用於去除大於0.08-2μm的顆粒，其工作範圍通常在7-100kPa之間。此技術可用於去除懸浮固體、細菌，以及作為反滲透的預處理步驟。
超過濾 (UF)
超過濾能去除小於0.005-2μm的顆粒，操作範圍在70-700kPa之間。超過濾也可用來去除一些高分子量的溶解化合物，例如蛋白質和碳水化合物。
納過濾 (NF)
納過濾被稱為“鬆散的”反滲透，能夠去除小於0.002μm的顆粒，通常用於廢水中選擇性溶解物質的去除過程。
反滲透 (RO)
反滲透廣泛應用於海水淡化，並常用於去除經過微過濾處理後的廢水中的溶解物質。反滲透膜能夠在離子層面去除水中的組分。
反滲透膜的層次結構通常包括聚酰胺層、聚醚砜層和聚酯層。
納米結構膜
新興的納米結構膜依賴於納米結構的通道在分子層級進行材料分離，包括碳納米管膜、石墨烯膜等。這些膜可以用於納過濾和反滲透等分離技術。
膜過程運行
膜過程的主要參數包括膜的通透性、運行驅動力（跨膜壓力）以及膜表面的污堵情況。污堵會對膜的性能造成影響，是膜過程運行的主要限制因素。
污堵控制與減少
因為污堵會影響膜系統的設計和運行，最佳化運行條件以防止污堵至關重要。如果已經發生污堵，可以通過物理或化學清洗進行去除。
化學清洗主要使用次氯酸鈉處理有機污堵，而檸檬酸則用於無機污堵。
雖然隨著膜技術的進步，膜的清理和管理變得更加高效，然而，膜系統的運行成本仍然是重要的考量。隨著反滲透技術的推廣，RO膜的使用壽命在5到10年之間，這意味著每年會產生大量的膜廢棄物，這也引起了環保方面的關注。
未來的挑戰
隨著膜技術在水處理領域的貢獻日益明顯，未來如何優化膜的設計與使用，並減少其對環境的影響，將成為重要的課題。技術的發展給水資源的可持續管理提供了無限可能，然而，這些技術如何更有效地應用於實際操作中，依然是一個值得思考的問題？
