众所周知，膜技术是普遍认可的处理污水的方法，怎么让这一方式施行的愈加完美呢?下边，将介绍通过仿自然之法增强膜通量以及物理法增强膜产品性能来进一步改善膜技术，还有借助反向电渗析技术及驱动反向电渗析技术来从海水淡化中回收水资源。
1仿自然之法增强膜通量
大自然总能为人们寻求技术创新提供好的启发，近日，由美国膜技术研制中心、南洋理工学院与PUB联手展开的一项膜技术研制更是挺好的印证了这一点。
水通道蛋白，是一种坐落细胞膜上的蛋白质(内在膜蛋白)，在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，广泛存在于喂奶植物、植物和真菌体内。水通道蛋白通过静电作用，吸引水分子翻过通道，且只容许水份子跨膜运输，一般每位水通道蛋白每秒钟才能运输多达十亿个水份子。同时作为细胞膜内的内含蛋白，水通道蛋白运输水的驱动力来自静压及渗透压，能量消耗很小，具有输水量大、能耗低、选择性强等优秀品质。
水通道蛋白膜(ABM)将水通道蛋白与膜技术相结合，开发了一种比传统反渗透膜的透水性高出好多倍的新技术。因为水通道蛋白膜的透水性极高，在满足同样水通量的前提下，其所需的压力将大大增加，对应的煤耗和总成本投资也将降低。
在工程前期，研制团队采用界面聚合的方式来合成水通道蛋白膜，这些方式是将水通道蛋白嵌入到膜的选择层内，净水，因而水份子的透过率，而且可以保护水通道蛋白不受外界环境的影响。2012年，研制团队成功的研发出水通道蛋白膜，这些膜的输水量比市面上有售的反渗透膜高出大概40%，并且其制造过程简单，特别适于工程性量化生产。
在初的成功基础上，研制团队进一步研究怎样优化膜的性能，而且将其应用在回用水处理中，并进行常年性能测量。该试验水源采用工艺中反渗透浓水与普通底泥混和而成，系统压力为，连续检测两周。
试验结果表明，当混和底泥作为水源时，水通道蛋白膜的水通量基本稳定，水通量基本可达对比膜产品(未嵌入水通道蛋白的膜产品)的两倍左右，而在离子套取方面与对比膜产品没有明显区别。当试验水源全部采用反渗透膜浓水后，水通道蛋白膜和对比膜产品都发生了污堵现象，但是，不仅污堵现象之外，水通道蛋白膜的输水量仍然比对比膜产品高出好多，基本在满足同样输水量的前提下，水通道蛋白膜的系统压力只有对比膜产品的一半左右。
未来，研制团队将不断优化设计、改进水通道蛋白膜的性能，并将逐渐举办中空纤维方式的膜产品研制，为水通道蛋白膜可以在实际工程当中的广泛应用做好铺垫。
2物理法增强膜产品性能
在海水淡化中，通常将超滤作为反渗透的预处理环节。来自英国的BASF研制团队和美国的科研人员一起合作，采用高分子物理方式研制了一种具有强悍抗污堵特点的新型膜材料。这些膜材料可以承受更大的水通量，因而减少废水处理过程中的投资成本和运行费用。
这些新型膜材料称为The®UF，由七个独立的中空纤维管组成，废水步入管内，经管壁上的细孔进行过滤，细孔的孔径大概为20纳米，这个尺寸容许水份子通过细胞膜水通道，但污染物颗粒、细菌、甚至病毒就会因为容积过大而被侵吞。
在这些新型超滤膜材料的研制过程当中，研制人员进行了小试规模的平行试验，该实验主要针对聚合物和抗挛缩剂改性。同时，在膜合成的过程中加入合成添加剂，以实现对超滤纤维膜的物理改性。
在常年的中试试验之前，研制人员举办了大量的小试试验，并对膜的有机污堵进行测试。研制人员发觉这些新型膜材料可以大大减少污堵率，为了进一步验证小试的试验结果，俄罗斯的研制人员和PUB一起在PUB’sR&D泵站进行了中试试验，中试试验完全在实际工况下模拟进行。
对于常规的膜产品，通量大概在运行6个月以后还会升高，须要进行物理清洗，而这些新型的膜材料完全改变了6个月周期的定论，它的水通量甚至可以高达，而用于物理清洗的氢氟酸碱液的含量只须要传统清洗时含量的一半。这些新型膜产品将在未来的物理清洗中不再使用二氯甲烷，以测试膜的承受极限。
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中试的试验结果成功表明，物理改性在聚合超滤膜的性能方面起到关键影响作用，BASF的研制人员还将进一步研究将膜产品应用到其他领域的实际情况，例如饮用水生产、废水回用等，目的是在不久的将来可以将这项技术推广到实际的工程应用当中。
3海水淡化中回收水资源
从海水淡化中回收水资源不再是一个遥不可及的梦想，来自GE的水工艺研究组在这项技术中早已取得了成功。GE的研制人员与PUB合作，对反向电渗析技术及驱动反向电渗析技术进行了研究。她们将废水循环工艺中含盐量较低的出水作为盐槽，以研究怎样在现有的脱盐工艺中提升淡水的回产率。
反向电渗析工艺构成主要包括由交替平行放置的阴离子交换膜(AEM)和阳离子交换膜(CEM)、膜间隔板以及阴极板和阳极板组成，其配套设施包括泵、管路及各料液储槽等。相邻的两膜之间交替通入浓水与淡水，产生依次排布的浓水室和淡水室。
在含量差的作用下，浓水底的阴阳离子分别透过相邻的阴阳离子交换膜联通到淡水侧，形成电位差，产生电瓶。在反电渗析过程中，离子因含量梯度由浓室向淡室迁移，而水则由淡室自发地向浓室渗透。隔室中浓水底的氯离子和钠离子分别透过阴、阳离子交换膜向两边的淡室联通。而假如要加强离子的迁移速率，就必须采用外加电源的方式细胞膜水通道，这些方式称为驱动反向电渗析技术。驱动反向电渗析技术相对于传统反向电渗析技术可以实现两倍的脱盐能力，而不须要设置额外预处理等环节，因此大大节约了投资费用。
在小试环节，研制人员搭建了一个由20组膜堆构成的反应器，对不同种类的阴阳离子交换膜以及不同的膜宽度都进行了测试。经过测试，发觉对这个反应起决定性作用的诱因包括开路电流、膜堆内阻等，通过这种参数也可以估算出整个膜堆的大功率密度。
研制人员说，“应用GE的离子交换膜可以达到较大的膜堆功率密度。同时，在驱动反向电渗析技术中，以实现同样的离子交换率为前提，反渗透，所需的煤耗会大大减低。”
在未来，研制人员将在2015年搭建一个中试试验厂，所有的实验条件就会模拟实际的进水和污堵工况。通过中试数据与小试试验结果的结合，硬水，可以为反向电渗析技术及驱动反向电渗析技术的终工程应用提供有利的数据支持。
文章节选自《新加坡的水处理在创新中前行》第五章，由美国公用事业局(PUB)、新加坡国家水机构编制，四川省(无锡)环保产业技术研究院翻译整理完成。