膜技术在⽔处理中的应⽤
摘要:
膜是⼀种起分⼦级分离过滤作⽤的介质，当溶液或混和⽓体与膜接触时在压⼒下，或电场作⽤下，或温差作⽤下，某些物质可以透过膜,⽽另些物质则被选择性的拦截，从⽽使溶液中不同组分，或混和⽓体的不同组分被分离，这种分离是分⼦级的分离。膜技术在⽔处理中应⽤是利⽤⽔溶液(原⽔) 中的⽔分⼦具有透过分离膜的能⼒，⽽溶质或其他杂质不能透过分离膜，在外⼒作⽤下对⽔溶液(原⽔) 进⾏分离，获得纯净的⽔，从⽽达到提⾼⽔质的⽬的。本⽂介绍了正向渗透膜、反渗透膜、微滤膜、超滤膜、纳滤膜技术、双极膜技术、电渗析技术的基本原理及其在⽔处理中的应⽤，并着重介绍双极膜的原理及其应⽤。 关键词：膜技术；⽔处理；纳滤膜；双极膜
前⾔
随着我国⼯业化和城市化的发展，⼤量的⽣活和⼯业废⽔排⼊⽔体，这些废⽔中多含有不同浓度的化学成分，造成了严重的⽔体污染，为保护环境，使其不受污染，并能回收⼀些有⽤物质，在⼯业和城市废
⽔排放之前必须进⾏净化处理。膜分离技术是⼀种新型⾼效、精密分离技术，它是材料科学与介质分离技术交叉结合形成的⼀门技术，具有⾼效分离、设备简单、节能、常温操作、⽆污染等优点，⼴泛应⽤于⼯业领域众多⾏业，据统计，全球膜销售额每年以14％～30％的速度增长[1]。膜分离在废⽔处理中已得到了⼴泛的应⽤，并将会成为主要的
先进废⽔处理技术，有着⼴阔的发展前景。
1 正向渗透膜技术
送煤气罐1.1正向渗透（FO）的原理
⽤只能透过溶剂⽽不能透过溶质分⼦的半透膜将溶剂和溶液隔开，溶剂分⼦将在渗透压的作⽤下⾃发地从溶剂侧透过膜进⼊溶液侧，这就是渗透现象，也即所谓的“正向渗透”。渗透过程的驱动⼒是膜两侧的渗透压差，或理解为膜两侧⽔的化学势的差值，⽔流⽅向为从渗透压低(⽔化学势⾼)的⼀侧流向渗透压⾼(⽔化学势低)的⼀侧。由正向渗透的原理可知，FO膜的产⽔侧需要⽐进⽔侧具有更⾼的渗透压以保证获得⼀定的⽔通量。在FO膜产⽔侧能提供⾼渗透压的溶液是FO⼯艺的关键所在，⼀般称之为“提取液”(Draw Solution，DS)[2]。进料中的⽔透过膜进⼊提取液，稀释的提取液需要经过再浓缩⼯艺以恢复其渗透压并进⾏循环利⽤，同时获得洁净的产⽔。正向渗透膜分离⼯艺的流程见图1。 图1 正向渗透分离⼯艺图
1.2正向渗透膜在⽔处理中的应⽤
1.2.1海⽔淡化
FO⽤于海⽔淡化是其研究最为⼴泛的领域之⼀。早期的应⽤研究主要见于⼀些专利中，但这些研究⼤都不成熟，可⾏性不⾼。McCutcheon等[3]研究了⼀种新型的FO海⽔淡化⼯艺，采⽤易溶⽓体氨⽓和 CO2制成提取液，可获得⾮常⼤的渗透压，且该提取液可在较低的温度(60℃)下热解为氨⽓和CO2，便于循环利⽤。进⼀步的研究[4]考察了不同进⽔浓度的通量变化，当采⽤6 mol/L的提取液浓度处理0.5 mol/L的NaCI溶液(相当于原海⽔浓度)时可获得23．04 L/( m2·h)的⽔通量，处理2 mol/L的NaCl溶液(相当于⽔回收率为75％时的海⽔淡化的浓⽔)时可获得7．2 L/(m2·h)的⽔通量，且脱盐率均⾼于96％。尽管试验所得的通量值远低于理论计算值(约为理论值的2％～5％，主要由于内部浓差极化所致)，但此通量已相当可观。因
⽽，FO⼯艺⽤于海⽔淡化具有良好的应⽤前景，主要的技术难点在于适⽤于FO⼯艺的膜的研制，以尽量减⼩浓差极化影响，提⾼膜通量；另⼀⽅⾯，⾼溶解度、易浓缩分离的提取液的开发也是关键点之⼀。
1.2.2 ⼯业废⽔处理
早期有研究报道了FO膜⽤于低浓度重⾦属废⽔的处理，但由于其采⽤的R O(反渗透)膜污染严重，通量下降迅速，因⽽未得到深⼊开展。近来有报道采⽤FO/RO组合⼯艺处理纺织印染⽣产废⽔，⽆需化学药剂，浓缩液可进⾏焚烧或厌氧消化产⽓。该⼯艺还可⽤于离⼦交换再⽣废⽔、制⾰废⽔、煤层⽓⽣产废⽔等⼯业废⽔的处理，尤其适合于沿海地区(可采⽤海⽔作为提取液)。
1.2.3 垃圾渗滤液处理
美国俄勒冈州科⽡利斯市的Coffin Butte垃圾填埋场每年可产⽣(2-4)×104 m3的垃圾渗滤液，为达到⼟地利⽤的⽔质标准，必须将出⽔的TDS降到100mg/L 以下。通过前期试验，建⽴了以F0⼯艺为主体的垃圾渗滤液处理⼚，采⽤75 g/L 的NaCl溶液作为FO的提取液，⽤RO单元对提取液进⾏浓缩回⽤。在1998年6⽉-1999年3⽉的运⾏期间，该⼚共处理垃圾渗滤液18 500 m3，平均⽔回收率为
91.9％，RO产⽔平均电导率为35µS/cm，对⼤多数污染物的去除率>99％，远⾼于⼟地利⽤的⽔质要求。
2反渗透膜技术
2.1 反渗透（RO）的原理
反渗透是⼀种以压⼒为推动⼒的膜分离过程在使⽤中为产⽣反渗透压需⽤⽔泵给含盐⽔溶液或废⽔施加压⼒以克服⾃然渗透压及膜的阻⼒使⽔透过反渗透膜,，将⽔中溶解盐或污染杂质阻⽌在反渗透膜的另⼀侧其原理详见图2
图2 反渗透原理
膜是反渗透系统的⼼脏膜的好坏直接决定着反渗透系统的性能采⽤不同膜材料制备的反渗透膜具有不同的化学稳定性热稳定性机械性能和亲和性能⽬前常⽤的膜材料有[5]:1.纤维素酯、⼆醋酸纤维素及三醋酸纤维素：2.聚芳⾹酰胺3.聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮、聚酰胺酰肼和聚酰亚胺。
2.2反渗透膜在⽔处理中的应⽤
2.2.1 反渗透膜在⽔处理⽅⾯的常规应⽤
⽔是⼈们赖以⽣存和进⾏⽣产活动必不可少的物质条件。由于淡⽔资源⽇益缺乏，世界上反渗透⽔处理装置的能⼒已达到每天数百万吨。现在采⽤反渗透膜淡化海⽔制取饮⽤⽔已成为最经济的⼿段[6]，每吨⽔耗电在5 kW?h以下，最⼤的装置处理能⼒达2.0×105 m3/d，同样它也是苦咸⽔淡化最经济的⽅法，每吨⽔耗电在0.5~3kW?h，最⼤的装置处理能⼒达1.3×105 m3/d。2000年，在国家科技部重点科技攻关项⽬“⽇产千吨级反渗透海⽔淡化系统及⼯程技术开发”的⽀持下，1000 t/d级的反渗透海⽔淡化⽰范⼯程先后在⼭东长岛浙江嵊泗建成[7]。
2.2.2 反渗透膜在城市污⽔⽅⾯的应⽤
⽬前，反渗透膜在城市污⽔深度处理⽅⾯的应⽤尤其是污⽔处理⼚⼆级出⽔回⽤及中⽔回⽤等，已受到⾼度重视。美国Califoinia Oiange县WF21⼯⼚最早在废⽔深度处理中使⽤了反渗透膜技术。中东不少缺⽔国家也采⽤反渗透膜技术处理城市污⽔，其⼀级反渗透膜出⽔含盐80mg/L⼆级出⽔含盐10mg/L达到回⽤要求。SUZUKIY[8]等将不同组件形式、不同材质的反渗透膜⽤于⽣活污⽔回⽤处理研究，结果表明：螺旋卷式聚⼄烯醇复合膜和三醋酸纤维素中空纤维膜在废⽔回⽤⼯艺中具有较⾼的实⽤价值：膜透过液⽔通量较⼤，⽔质⽆⾊透明、⽆味，粪便⼤肠菌类的截留率为100%，渗透液COD为1-2mg/L，⾊度≤1度，磷含量为0.01mg/L，基本与城市给⽔相差不⼤。
2.2.3反渗透膜在重⾦属废⽔处理⽅⾯的应⽤
含重⾦属离⼦废⽔的常规处理⽅法都只是⼀种污染转移, 即将废⽔中溶解的重⾦属转化成沉淀或更加易于处理的形式，其最终处置常常是进⾏填埋，⽽重⾦属对地下⽔和地表⽔环境造成⼆次污染的危害依然长期存在。国内外均对反渗透法处理重⾦属废⽔进⾏了⼴泛深⼊的研究，发现采⽤反渗透膜技术不仅可以避免产⽣⼆次污染，⽽且还能获得⾼的⾦属离⼦截留率。
⽬前, 在电镀⼯业中我国约有100套反渗透装置应⽤于处理含镍及含铬电镀液，组件多采⽤内压管式或卷式。国家海洋局杭州⽔处理技术中⼼采⽤3级浓缩即第⼀级纳滤浓缩10倍，第⼆级反渗透(BWRO)浓缩5倍，第三级反渗透(SWRO)浓缩2倍，对电镀镍漂洗⽔进⾏处理，结果⽔中的Ni2+由300mg/L浓缩⾄30mg/L流量由50t/h减⾄0.5t/h后进⼊负压蒸发系统得到NiSO4?6H2O晶体和其它电解质晶体，透过液经离⼦交换后Ni2+⼩于0.5mg/L，然后同⾃来⽔混合经处理后回⽤作漂洗泡沫镍的纯⽔[9]。
2.2.4反渗透膜在含油废⽔⽅⾯的应⽤
含油废⽔是⼀种量⼤⾯⼴的⼯业废⽔，若直接排⼊⽔体，会在⽔体表层产⽣油膜阻碍氧⽓溶⼊⽔中从⽽致使⽔中缺氧、⽣物死亡、发出恶臭，严重污染⽣态环境。⼀般，含油废⽔中的油分以浮上油、分散油、乳化油三种状态存在，其中
前两种⽐较好处理，经机械分离、凝聚沉淀和活性炭吸附、油分可降低到⼏mg/L 以下，⽽乳化油含有表⾯活性剂和起同样作⽤的有机物，油分以微⽶数量级⼤⼩的粒⼦存在，所以长期保持稳定难以分离。
对含乳化油的废⽔应⽤反渗透法处理，不需破坏乳化液进⾏浓缩分离，其浓缩液采⽤焚烧处理，渗透液可进⾏回⽤或排放处理美国加利福尼亚的圣泡斯废热电站第⼀次⼤规模应⽤反渗透装置于油⽥采出⽔处理，成功地将含盐3000mg/L、硅6263mg/L、油3.5mg/L、总有机碳(TOC)(16 ~23) mg/L的油⽥采出⽔处理到锅炉⽤⽔⽔质于是处理后的⽔回⽤于电站锅炉给⽔。
3微滤和超滤膜技术
3.1 超滤（UF）和微滤(MF) 的基本原理
超滤和微滤都是在静压差的推动⼒作⽤下进⾏液相分离的过程，从原理上说并没有什么本质上的差别，同为筛孔分离过程。在⼀定压⼒作⽤下，当含有⾼分⼦的溶质和低分⼦溶质的混合溶液流过膜表⾯时，溶剂和⼩于膜孔的低分⼦溶质（如⽆机盐）透过膜，成为渗液被搜集；⼤于膜孔的⾼分⼦溶质（如有机胶体）则被膜截留⽽作为浓缩液回收。能截留分⼦量500以上、106以下分⼦的膜分离过程称为超滤；只能截留更⼤分⼦（通常被称为分散颗粒）的膜分离过程称为微滤。
浓差极化和膜污染对以压差为推动⼒的膜过程的分离效果和过程可靠性有极⼤的影响，尤以对超滤和微滤的影响最⼤。
浓差极化是由于膜的选择透过性，被截留组分在膜料液侧表⾯累积，其浓度往往⽐料液主体的浓度⾼
得多，此时，膜渗透流率与操作压⼒⽆关，主要取决于边界层内的传质情况，即产⽣了浓差极化。
3.2超滤和微滤膜的应⽤
超滤、微滤技术可以有效去除颗粒状物质，包括微⽣物，如隐胞⾍⼦、贾第⾍、细菌和病毒。还可通过⼀定程度地降低消毒副产物前体物的浓度和限制消毒过程中氧化剂需求量来减少消毒副产物。但对⽔中有机物的去除率很低，仅在20%以下。超滤和微滤的使⽤范围⽐较⼴，能够适⽤于处理不同的⽔质量。
4纳滤膜技术
4.1 纳滤（NF）原理
纳滤(NF)是⼀种新型分⼦级膜分离技术，是⽬前世界膜分离领域研究的热点之⼀。NF膜孔径在1nm以上，⼀般在1-2nm；对溶质的截留性能介于RO与UF 膜之间；RO膜⼏乎对所有的溶质都有很⾼的脱除率，但NF膜只对特定的溶质具有⾼脱除率[10]。NF膜能够去除⼆价、三价离⼦，M n≥200的有机物，以及微⽣物、胶体、热源、病毒等[11]。纳滤膜的⼀个很⼤特征是膜本体带有电荷，这是它在很低压⼒下(仅0.5MPa)仍具有较⾼脱盐性能和截留分⼦量为数百的膜也可脱除⽆机盐的重要原因，也是NF运⾏成本较低的主要原因。NF适合各种含盐⽔源，⽔利⽤率⼀般为75％~85％，海⽔淡化时在30％~50％，没有酸碱废⽔排放[12]。
滚筒电机4.2 纳滤膜在⽔处理中的应⽤
4.2.1 纳滤膜在饮⽤⽔中的应⽤
纳滤操作压⼒⼩，是饮⽤⽔制备和深度净化的⾸选⼯艺。
⽬前，⼤多数城市的给⽔⽔源均受到不同程度的污染，⽽⾃来⽔⼚的常规处理⼯艺对⽔中有机物去除率不⾼，当采⽤氯杀菌消毒时，氯⼜会与⽔中的有机物会⽣成卤代副产物。Peltier等[13] 4年的跟踪研究表明：采⽤纳滤系统后⽔中的DOC降低到平均0.7mg C/L，出⽔余氯的含量由0.35mg/L降到0.1mg/L，最终⽹线中三卤甲烷(THMs)的形成⽐未采⽤纳滤系统时减少了50％。另外，由于⽣物降解型溶解有机碳(BCOD)的减少，改进了产⽔的⽣物稳定性。
纳滤技术能够去除绝⼤部分的Ca、Mg等离⼦，因此脱盐(desalination)是纳滤技术应⽤最多的领域[14]。膜法⽔处理技术在投资、操作和维修及价格等⽅⾯与常规的⽯灰软化和离⼦交换过程相近，但具有⽆污泥、不需再⽣、完全除去悬浮物和有机物、操作简便和占地省等优点，应⽤实例较多。纳滤可以直接⽤于地下⽔、地表⽔和废⽔的软化，还可以作为反渗透(Reverse osmosis，RO)、太阳能光伏脱盐装置(Photovoltaic powered desalination system)等的预处理[15]。
4.2.2纳滤膜在海⽔淡化中的应⽤
海⽔淡化是指将含盐量为35000mg/L的海⽔淡化⾄500mg/L以下的饮⽤⽔。利⽤海⽔淡化技术从海⽔中制取饮⽤⽔已成为⼈们取得淡⽔的⼀种重要⼿段。⽬前，世界上装机应⽤的海⽔淡化⽅法主要有反渗透(RO)、多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和压汽蒸馏(VC)等，装机容量以MSF为主，但近年来RO发展相当快，市场份额⽇渐增⼤。NF技术可以作为蒸馏法或者RO法海⽔淡化的预处理技术。
飓风数据Hilal[16]研究了纳滤操作条件和不同截留分⼦量的纳滤膜对海⽔的截留性能，实验表明：纳滤能够降低部分含盐量，但透过⽔通量的变化与脱盐率成反⽐。沙特阿拉伯的SWCC公司成功地开发出了NF技术作为海⽔淡化的预处理技术[17]。实验表明NF膜可以脱除硬度和总溶解固体，从⽽提⾼海⽔反渗透的操作压⼒和系统的回收率，保证RO组件运⾏的安全、稳定，⼯艺见图3。实验中NF 段的⽔回收率是80％；RO段的⽔回收率是62.5％。
图3 NF-RO联合技术得到的两种不同的浓盐⽔
4.2.3纳滤膜在废⽔处理中的应⽤
4.2.3.1⽣活污⽔
⽣活污⽔⼀般⽤⽣物降解/化学氧化法结合处理，但氧化剂的⽤量太⼤，残留物多[18]。薛罡等[19]采⽤微絮凝纤维球过滤．超滤．纳滤组合⼯艺对宾馆洗浴废⽔进⾏了⼩试试验。超滤出⽔⽔质可达到回
⽤⾄宾馆厕所冲洗、绿化等环节的⽤⽔要求，纳滤出⽔⽔质可达到⽣活饮⽤⽔卫⽣标准(GB5749.85)，可以回⽤⾄宾馆洗⾐、洗浴等⽤⽔要求更⾼的环节。
4.2.3.2 纺织、印染废⽔
纺织废⽔中含有的染料很难⽤⽣物的⽅法去除，Hassani[20]研究了酸性、活性、直接和分散染料⽔溶液的浓度、压⼒、总溶解性固体和⽆机盐含量等对纳滤膜截留性能的影响。研究表明：染料的截留性能和实验条件相关，但与染料的种类⽆关；⽔透过量随时间的延长有⼀定的衰减；当染料溶液中加⼊NaCl时，染料的截留率达到100％。Sahinkaya等[21]确定了棉纺⼚废⽔的⽣化法-纳滤联合⼯艺，纳滤能够完全去除⾊度，COD的去除为80％~100％，脱盐率约65％，产⽔达到回⽤标准。Fersi等[22]的研究⼯作表明：UF/NF集成膜技术⽐单独采⽤NF 技术的处理效率更⾼，减容⽐(VRF)从1.35提⾼到2.77，Gozalvez-Zafrilla[23]的研究⼯作也证实了UF/NF集成膜技术⽤于纺织废⽔回⽤的可⾏性。
4.2.3.3 制⾰废⽔
制⾰废⽔含有⾼浓度的有机物、硫酸盐和氯化物，酸洗⼯序的废液电导值达到75 mS/cm。Bes-Pia[24]采⽤NF技术回收了制⾰废⽔，所得到的⾼浓度硫酸盐浓⽔回到酸洗段，⽽氯化物的产⽔打回裂化反应⿎，简单操作流程如图4。
图4实验酸洗废⽔管理⼯艺流程
4.2.3.4 电镀废⽔
电镀⼯⼚往往产⽣⼤量废液，尽管采取酸化、化学⽆害化、沉降和分离污泥等复杂处理步骤，产⽔含盐量⾼，不能重新回⽤。
德国Salzgitter Flachstahl钢铁⼚采⽤UF—NF联合技术回收镀锌⽣产线的清洗废⽔[25]。该套装置于2005年投⼊运⾏，浓⽔中Zn浓度达到20g/L，回收后⽤于镀膜⼯序，酸性产⽔被直接⽤于清洗⼯序，仅⽤13个⽉就收回了投资成本。
刘久清等[26]以废⽔处理和⾦属回⽤为⽬的，研究了络合⼀超滤⼀解络⼀纳滤耦合过程处理铜电镀⼯业废⽔。实验利⽤聚丙烯酸钠(PAAN)为络合剂，讨论
了pH、体积浓缩因⼦等对超滤过程的影响，以及解络、纳滤过程和络合剂再⽣回⽤性能。试验研究表明，在络合过程对Cu2+可达到
98％的去除，在解络过程对Cu2+的回收率仍可达到96％以上。经过纳滤浓缩的铜电镀废⽔，可回收铜⾦属，⽽滤过液可达到回⽤⽔的标准。
4.2.3.4造纸废⽔
在纸浆和造纸业中，匀浆、漂⽩和造纸等⼯序都需要⼤量的⽔。实现⽔系统的(半)密闭循环是纸浆⼚、造纸⼚节约⽔资源降低排放量的最佳途径。传统活性污泥法的产⽔中还含有部分有⾊化合物、微⽣物、抗体和少量的⽣物分解物，悬浮固体等，仅能被⽤于制造包装纸，不能⽤于更⾼级别纸的⽣产。另外，该法不能减少⽆机盐的含量。Koyuncu[27]对⽐了⽔→纳滤以及造纸废⽔→活性污泥→纳滤两种处理⼯艺的实⽤性，实验表明：两种⽅法的出⽔质量相似，第⼆种⽅法的产⽔通量更好，出⽔可以⽤于⾼级别纸。但纳滤产⽔仍然含有⼀定量的⼀价盐，需要再增加低压反渗透装置脱除盐类才能保证循环⽔的质量。
5 渗析和电渗析
5.1 渗析
半轴螺栓
渗析(Dialysis，简称D)是溶质在⾃⾝的浓度梯度作⽤下，从膜的上游传向膜的下游的过程。
渗析是最早被发现并研究的膜分离技术，但因为受到本⾝体系的限制，渗析过程进⾏缓慢，效率低下，渗析过程的选择性不⾼，因此渗析过程主要⽤于脱除含有多种溶质溶液中的低分⼦量组分[28]，如⾎液渗析，即以渗析膜代替肾来去除尿素、肌酸酐、磷酸盐和尿酸等有毒的低分⼦量组分，以缓解肾衰竭和尿毒症患者的病情。
域名库5.2电渗析
电渗析(Electro dialysis，简称ED)是在直流电场的作⽤下，以电位差为推动⼒，利⽤离⼦交换膜对溶液中的阴阳离⼦的选择性，把电解质从溶液中分离出来，从⽽实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
在1950年Juda[29]开发了选择性离⼦交换膜之后，电渗析技术才进⼊实⽤阶
赵兰兴段。⽬前电渗析已经成为膜分离技术的重要组成部分，主要⽤于淡化苦咸⽔、制备⼯业⽤⽔和饮⽤⽔。美国内务部盐⽔局(OSW)在上个世纪的七⼗年代建⽴了达1.89m3×106m3级的⼤型电渗析海⽔淡化试验⼚，海⽔含盐量约35g/l，可⽤电渗析淡化到300rng/l～
500mg/l。在中东和⾮洲缺淡⽔的地区，利⽤电渗析⽅法淡化苦咸⽔的⼯⼚总产⽔量已经超过了30万吨/⽇，出⽔的含盐量也只有
3g/l~6g/l。
6 双极膜技术
6.1 双极膜介绍
双极膜（BPM）是⼀种新膜，通常是由阴离⼦交换层、阳离⼦交换层复合⽽成的⼀种复合型离⼦交换膜，也可以在阴膜、阳膜之间加⼊第三层物质促进⽔的解离，成为阴离⼦交换层、阳离⼦交换层、中间反应层构成的三层结构。在直流电场的作⽤下，双极膜可以将⽔解离[30-31]，在阳膜、阴膜两侧分别产⽣H+和OH-。具有不同电荷密度、不同结构的膜材料在不同的复合条件下可以制成⼀些具有独特功能的双极膜。⽬前国外对双极膜的研究已较多，⼀般认为，双极膜主要具有⽔解离电渗析性能和双极膜纳滤性能。双极膜的选择透过性、化学稳定性以及有关物质对其扩散迁移能⼒对双极膜的应⽤有很⼤影响，制备性能优良的双极膜是其研究与发展的关键。
20世纪80年代之前，双极膜[32-33]仅由两⽚阴、阳离⼦膜直接压制⽽成，性能差，研究主要处于实验室阶段；80年代初⾄90年代初，出现了单⽚型双极膜，制备技术有了新的进展，性能⼤为提⾼，在⽣产酸碱、烟⽓脱硫等⽅⾯有了⼯业应⽤；90 年代⾄今，对双极膜的研究进⼀步深⼊，从膜结构、材料、制备过程等⽅⾯进⾏了重⼤改进，阴膜阳膜间出现了“催化层”复杂结构，制备了三明治型双极膜[34]。五氯吡啶对环境具有严重的危害，⽽2,3,5,6-四氯吡啶（2,3,5,6-TCP）是⼀种有价值的商业化产
品, 是重要的医药和农药中间体。利⽤双极膜技术电还原脱氯[35]可以变废为宝，减少环境污染，实现⼈与⾃然可持续发展。双极膜的应⽤从化⼯⾏业扩展到⽣命科学、环境科学、能源等诸多领域。
6.2 双极膜的应⽤
6.2.1 含氟废液的处理及有价氟的回收
在氟碳⼯业及铀⼯业（UF6）的⽣产中，排放的废⽓废⽔中含有的氟和有机酸的质量分数是50～500×10-6，通常需要⽤KOH中和才能完全除去，结果⽣成的KF溶液含有许多重⾦属（如铀、砷等）和微量放射性物质，还需⽤Ca(OH)2与KF反应再⽣KOH并⽣成不溶性的废料。这种⽅法导致有价氟的损失，且给⽤户留下如何处理含放射性物质的Ca(OH)2废料问题，如果采⽤双极膜电渗离解技术可直接将KF转化为HF和KOH，不仅能回收⾼价值的氟，且可避免⽯灰的使⽤，并减少废渣的处理量。
6.2.2 双极膜⽤于酸、碱废液的净化和回收
⼯业⽣产会产⽣很多酸碱废液，如离⼦交换树脂再⽣废液、酸洗废液、铅蓄电池废液、造纸⼚废液等。为减轻对环境的污染，这些废液必须经过必要的处理才能排放，但处理⼯艺复杂，资⾦耗费⼤。双极膜电渗析⼯艺为这类废液的处理提供了⼀种很好的解决办法。1986年我国在浙江省邮电印刷⼚安装了⼀套电渗析和离⼦交换联合设备，⽤于处理含铜废⽔，经处理后的废⽔含铜量为100 mg/L，pH
值为6～7，达到允许排放的标准。电渗析法还适⽤于造纸⼯业的废⽔处理。陈长春利⽤双极膜和离⼦交换膜组合从造纸⿊液中回收碱，该法回收纯碱电耗⽐氯碱⽣产烧碱和⿊液燃烧回收碱都低，可稳定在3 000 kW/h。当回收终点⿊液pH值为7时，Na+回收率为50%，阳极⿊液含Na+质量浓度为5 000～7 000 mg/L，可直接回⽤于⼯段。医药废⽔中常含有⼤量的有机物及许多有价值的物质，如氨基酸等，刘跃进等⼈[36]采⽤电渗析法成功处理了制药⼚酸性氨基酸的废⽔，既净化了废⽔，⼜回收了氨基酸。该技术是先进的环境治理技术，在酸碱废液的治理⽅⾯是其他膜技术不能取代的，是实现我国的⾦属加⼯⼯业、冶⾦⼯业、稀⼟⼯业、微粉制造业等可持续发展的有⼒的技术保障。
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