水处理技术简史（中）

膜分离技术时代开始

人类对于膜现象的研究源于1748年。然而认识到膜的功能并用于生产生活，却经历了近200年的漫长过程。人们对膜分离技术进行科学研究则是近一百年来的事。

20世纪初，微孔过滤（微滤）。微滤技术是膜分离技术中最早产业化的一种，当时主要是以天然或人工合成的聚合物制成的微孔过滤膜。

1907年Bechhold发表了第一篇系统研究微孔滤膜性质的报告。1918年Zsigmondy等首先提出了商品规模生产硝化纤维素微孔过滤膜的方法，并于1921年获得专利，1925年在德国的哥丁根大学成立了世界上第一个微孔滤膜公司“Sartorius GmbH”，专门生产和销售微孔滤膜。二战后，美国和英国也对微孔滤膜的制造技术和应用进行了广泛的研究，这些研究对微滤技术的迅速发展起到了推动作用，

微滤技术在中国的研究开发较晚，基本上是20世纪80年代初期才起步，但其发展速度非常快。截止至2005年，中国微滤技术已形成7000万元的年产值，占中国膜工业年产值的1/5，经济、社会效益也非常显著。近十几年来，中国在微滤膜、组件及相应的配套设备方面有了较大的进步，并在医药、饮料、饮用水、食品、电子、石油化工、分析检测和环保等领域有较广泛的应用。

50年代，电渗析。电渗析技术研究始于德国，1903年，Morse和Pierce把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去；1924年，Pauli采用化工设计的原理，改进了Morse的实验装置，力图减轻极化，增加传质速率。但直到1950年Juda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜后，电渗析技术才进入了实用阶段，奠定了电渗析的实用化基础。电渗析是一种薄膜分离技术，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，将带电组分的盐类与非带电组分的水分离。这种技术利用离子交换膜的特性，使水得到淡化除盐。电渗析水处理技术首先被用于苦咸水的化，而后逐步扩大到海水淡化和制取工业纯水的应用中。

60年代反渗透膜、生物反应器和膜蒸馏技术。

反渗透(RO)：1960年 Loeb和Souriringan首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。过滤精度为0.0001微米左右，是美国60年代初研制的一种超高精度的利用压差的膜法分离技术。可滤除水中的几乎一切的杂质(包括有害的和有益的)，只能允许水分子通过。也就是说用反渗膜制水的过程中，一定会浪费将近50%以上的自来水。这是一般家庭不能接受的。一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率低，不适合大量生活饮用水的净化。

膜生物反应器(MBR)：由膜分离和生物处理结合而成的一种新型、高效污水处理技术。工业含氮废水其脱氮机理包括硝化作用和反硝化作用两个基本过程。硝化作用是指由氨氮转化为硝态氮的过程，该过程主要依靠亚硝化细菌和硝化细菌两类好氧自养菌来完成。MBR的研究始于20世纪60年代的美国，当时由于受膜生产技术所限，膜的使用寿命短、水通透量小，使其在投入实际应用中遇到障碍。70年代以后，日本根据本国国土狭小、地价高的特点对MBR在废水处理中的应用进行了大力开发和研究，使MBR开始走向实际应用。MBR工艺80年代后在日本等国得到了广泛应用目。日本某公司对MBR工艺的污水处理效果进行了全面研究，表明活性污泥一平板膜组合工艺不仅可以高效去除有机物，且出水中不含细菌，可直接作为中水回用。

MBR在中国的研究始于1993年。天津大学的科研小组历经10年时间研制了中空纤维膜，该技术被称为“21世纪的水处理技术”。该项目曾被列为国家“八五”和“九五”重点科技攻关项目并被国家列为“中国21世纪议程实施能力及可持续发展实用新技术”，此项技术在国内处于领先水平，部分指标达到国际领先水平。

膜蒸馏(MD)：MD技术首先由B.R. Bodell 在 1963 年申请并获得专利，在20世纪80年代才开始迅速发展，随着对膜蒸馏类膜分离过程研究的不断深入，一些与膜蒸馏相关的膜过程相继出现并引起人们的重视，膜蒸馏技术在许多领域取得可喜的研究成果，尤其在水溶液的分离中更具有优势。膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程，以膜两侧蒸汽温 度差为传质驱动力，它是热量和质量同时传递的过程，膜孔内的传质过程是分子扩散和努森扩散的综合结果。

80年代纳滤。纳滤(NF)：过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。也就是说用纳滤膜制水的过程中，一定会浪费将近30%的自来水。这是一般家庭不能接受的。一般用于工业纯水制造。

90年代渗透汽化（渗透蒸发）。用于液(气)体混合物分离的一种新型膜技术。它是在液体混合物中组分蒸气分压差的推动下，利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的不同实现分离的过程。

海水淡化技术加速发展

海水淡化是人类追求了几百年的梦想，古代就有从海水中去除盐分的故事和传奇。16世纪，人们才开始努力从海水中提取淡水。当时欧洲探险家在漫长的航海旅行中，用煮沸海水以制造淡水。这是海水淡化技术的开始。

20世纪50年代后，海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展。蒸馏法、电渗析法、反渗透法等水处理技术应用在海水淡化领域，并达到了工业规模化生产的水平，在世界各地广泛应用。

1958年，石松研究员等首先在中国开展离子交换膜电渗析海水淡化研究。20世纪60年代初，多级闪蒸海水淡化技术应运而生，现代海水淡化产业也由此步入了快速发展的时代。1967年，中国国家科委组织全国海水淡化会战。70年代，中国海水淡化技术方面跻身世界前列：研制成功海洋监测专用微孔滤膜，建成了世界最大的电渗析海水淡化站——西沙永兴岛海水淡化站。

1982年，中国海水淡化与水再利用学会经中国科协学会部批准在杭州成立。而此时，美国的全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件已经赫然问世。

1984年，国家海洋局以海水淡化研究室为主体，组建国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心。1992年，国家海洋局组建国家液体分离膜工程技术研究中心，开始研制国产反渗透膜。努力摆脱国外反渗透膜技术垄断。

到2003年止，世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂，其生产能力达到日产淡水3600万吨。海水淡化已遍及全世界125个国家和地区，淡化水大约养活世界5%的人口。海水淡化，事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题，普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。

脱氮除磷工艺问世

水体富营养化问题凸显，脱氮除磷成为污水处理的另一主要诉求。于是，在活性污泥法的基础上衍生出了一系列的脱氮除磷工艺。

50年代初，聚磷菌被发现并用于除磷。将活性污泥交替在厌氧以及好氧状态下运行，能使过量积聚磷酸盐的聚磷菌占优势生长，使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。污泥中聚磷菌在厌氧状态下释放磷，在好氧状态下过量地摄取磷。经过排放富磷剩余污泥，其结果与普通活性污泥法相比，可去除污水中更多的磷。

氧化沟工艺

1953年，荷兰的公共卫生工程研究协会的Pasveer研究所提出了氧化沟工艺，也被称为“帕斯维尔沟”。1954年，在荷兰的伏肖汀(Voorshoten)建造了第一座氧化沟污水处理厂。60 年代，这项技术在欧洲、北美和南非等各国得到了迅速推广和应用。1967年，荷兰DHV公司开发研制了卡鲁塞尔(Carroussel)氧化沟，由多渠串联组成的氧化沟系统。1970年，美国的Envirex公司投放生产了奥贝尔(Orbal)氧化沟。交替式工作氧化沟是由丹麦克鲁格(Kruger)公司研制，该工艺造价低，易于维护，通常有双沟交替和三沟交替(T型氧化沟)的氧化沟系统和半交替工作式氧化沟。

1969年，美国的Barth提出采用三段法除氮，第一段是好氧段，主要去除有机物，第二段加碱硝化，第三段是厌氧反硝化，除氮。

1973年，Barnard在原有工艺基础上，将缺氧和好氧反应器完全分隔，污泥回流到缺氧反应器，并添加了内回流装置，缩短了工艺流程，也就现在常说的缺氧好氧(A/O)工艺。

70年代，美国专家在A/O工艺的基础上，再加上除磷就成了A2O工艺。我国1986年建厂的广州大坦沙污水处理厂，采用的就是A2O工艺，当时的设计处理水量为15万吨，是当时世界上最大的采用A2O工艺的污水处理厂。

70年代中期，德国的Botho Bohnke教授开发了AB工艺。其后，为了解决脱氮时硝化菌需要长泥龄，除磷时聚磷微生物需要短泥龄的矛盾，开发了AO-A2O工艺。在AO-A2O工艺基础上奥地利研发出了Hybrid工艺。1994年，荷兰Delft大学开发了厌氧氨氧化(ANAMMOX)技术，厌氧氨氧化菌在缺氧环境中，能够将NH4+用亚硝酸根(NO2-氧化为氮气。1998年，荷兰Delft大学基于短程硝化反硝化原理开发了SHARON工艺，首例工程在荷兰鹿特丹DOKHAVEN水厂。