膜分离技术
膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半
透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔。
膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
微滤（MF）通常孔径范围在0.1～1微米，大于1微米不能通过。
又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。
对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
超滤（UF），膜两侧需压力差，膜孔径在0.05um至1nm之间，通常截留分子量范围在1000～300000。
是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1nm 之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，
超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。
对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。
纳滤（NF），孔径为几纳米，截留分子量在80～1000的范围内。
是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。
对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。
反渗透（RO），以膜两侧静压为推动力，反渗透仅让水透过膜，能截留所有的离子。
是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具
有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术.已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。
反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的截留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛，如垃圾渗滤液的处理。
中文名
膜分离技术
内容
分子水平上不同粒径分子的混合物
时间
20世纪初出现
特点
有效成分损失极少
目录
.1 技术简介
.2 材料介绍
.3 工艺优点
.4 发展简史
.5 现状
.6 展望
.7 应用领域
.8 技术特点
.9 工艺原理
.10 工艺流程
.11 清洗
.12 保存
.13 膜系统图
.14 技术介绍
一、技术简介
膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。
二、材料介绍
膜是具有选择性分离功能的材料。无机膜由于各种优良性能（如抗高温、耐酸碱等），已得到广泛应用。由于技术发展水平限制，无
机膜主要只有微滤和超滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。特别是超滤陶瓷膜，已经在很多行业得到应用，如重金属废水处理与回收。
三、工艺优点
（1）在常温下进行
有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩
（2）无相态变化
保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8
（3）无化学变化
典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染
（4）选择性好
可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能（5）适应性强
处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化
（6）能耗低
只需电能驱动，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的
1/3-1/8
四、发展简史
膜分离现象广泛存在于自然界中，特别是生物体内，但人类对它的认识和研究却经过了漫长而曲折的道路。膜分离技术的工程应用是
从20世纪60年代海水淡化开始的-1960）年洛布和索里拉金教授制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸素膜，这种膜具有推对称结构，从此使反渗透从实验室走向工业应用。
其后各种新型膜陆续问世，1967年美国杜邦公司首先研制出以尼龙-66为膜材料的中空纤维膜组件；1970年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“Pemiasep B-9”中空纤维膜组件，并获得1971年美国柯克帕特里克化学工程最高奖。从此反渗透技术在美国得到迅猛的发展，随后在世界各地相继应用。其间微滤和超滤技术也得到相应的发展。
膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的。我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。
70年代进入开发阶段。这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来，80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。
五、现状
随着我国膜科学技术的发展，相应的学术、技术团体也相继成立。他们的成立为规范膜行业的标准，在促进膜行业的发展中起着举足轻重的作用。半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新型分离技术。1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。
由于膜分离技术本身具有的优越性能，故膜过程已经得到世界各国的普遍重视。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重
要的新技术。曾有专家指出：谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。
80年代以来我国膜技术跨入应用阶段，同时也是新膜过程的开发阶段。在这一时期，膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。并且，在这一时期，国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。
这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场，为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。
六、展望
当前，膜分离技术已获得巨大的进展，但它毕竟还是处于上升发展阶段，还有许多工作要我们去做。21世纪的膜科学与技术将进一步改进、完善已有的膜过程，不断探索和开拓新的过程与材料，并不断扩充原有的应用领域，使膜技术发挥更大的作用。
七、应用领域
具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。
超滤
早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。
纳滤
纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业等。
反渗透
由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。
其他
除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离、液膜分离法等。
八、技术特点
膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的
不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。
膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
微滤（MF）又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。
对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
超滤（UF）
是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1nm 之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过
膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。
对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。
纳滤（NF）
是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。
对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。
反渗透（RO）
是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术.
已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。
反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的截留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛，如垃圾渗滤液的处理。
八、工艺原理
膜分离的基本工艺原理是较为简单的。在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜系统都有两个出口，一是回流液（浓缩液）出口，另一是透析液出口。在单位时间（Hr）单位膜面积（m2）透析液流出的量（L）称为膜通量（LMH），即过滤速度。影响膜通量的因素有：温度、压力、固含量（TDS）、离子浓度、黏度等。
由于膜分离过程是一种纯物理过程，具有无相变化，节能、体积小、可拆分等特点，使膜广泛应用在发酵、制药、植物提取、化工、水处理工艺过程及环保行业中。对不同组成的有机物，根据有机物的分子量，选择不同的膜，选择合适的膜工艺，从而达到最好的膜通量和截留率，进而提高生产收率、减少投资规模和运行成本。
系统应用澄清纯化技术
——超/微滤膜系统
澄清纯化分离所采用的膜主要是超/微滤膜，由于其所能截留的物质直径大小分布范围广，被广泛应用于固液分离、大小分子物质的分离、脱除色素、产品提纯、油水分离等工艺过程中。
超/微滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降、板框过滤、真空转鼓、离心机分离、溶媒萃取、树脂提纯、活性炭脱色等工艺过程。
澄清纯化技术可采用的膜分离组件主要有：陶瓷膜、平板膜、不锈钢膜、中空纤维膜、卷式膜、管式膜。
采用膜分离澄清纯化的优点：
浓缩提纯技术
——纳滤膜系统
膜分离技术在浓缩提纯工艺上主要采用截留分子量在100～1000Dal的纳滤膜。纳滤膜的主要特点是对二价离子、功能性糖类、小分子色素、多肽等物质的截留性能高于98%，而对一些单价离子、小分子酸碱、醇等有30～50%的透过性能，常被应用于溶质的分级、溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整、溶液体系的浓缩等物质的分离、精制、浓缩工艺过程中。
纳滤膜分离技术常被用于取代传统工艺中的冷冻干燥、薄膜蒸发、离子交换除盐、树脂工艺浓缩、中和等工艺过程。
浓缩提纯技术可采用的膜组件主要有：卷式膜、管式膜。
采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点：
行业应用制药行业
●生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制
●树脂解析液的浓缩及解析剂回收
●农药水剂、粉剂的生产应用
●中药浸提液过滤除杂及浓缩
●中药浸膏生产应用
●合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩●结晶母液回收
食品行业
●乳清废水处理
●乳制品生产加工应用
●果汁澄清脱色
●食品添加剂纯化浓缩
●茶饮料澄清浓缩
●啤酒、葡萄酒、黄酒的精制加工
●天然色素提取液的除杂及浓缩
●氨基酸发酵液过滤澄清及精制
染料化工和助剂
水溶性染料反应液的脱盐浓缩
●染料盐析母液废水回收
淀粉糖品
●糖液分离纯化及浓缩
●果葡糖浆色普分离纯化
●糖醇色普分离纯化
●单糖、低聚糖及多糖的分离纯化及浓缩
环保及领域
●纺织、染整、印染废水处理及回用
●电镀工业废水零排放及资源回收
●矿山及冶金废水处理回收
●淀粉废水处理
●造纸废水木质素回收及废水处理
●电泳漆废水涂料回收
●酸、碱废水处理回收
●市政污水的处理及回用
●洗车水、桑拿水、游泳池水、洗浴废水等循环处理
●工业生产所用的各类软化水、纯水、超纯水制备
生物技术
●生物蛋白、多肽、酶制剂等酵液过滤澄清及精制
九、工艺流程
编辑
①接通电源，确保泵在运行过程中是正转；
②参数设定，根据实验要求的温度和压力，设置最高的工作压力和温度；
③膜的准备工作，膜在投入使用前必须进行清洗，使膜达到最佳的工作状态；
④膜分离；
⑤膜清洗，膜在处理完物料后，受到一定污染，应进行一定清洗。
十、清洗
无机膜清洗：用1%HNO3溶液循环清洗15min，打开滤液阀门，让滤液回到循环罐内，让其继续清洗15min，之后用自来水系统清洗至中性；
有机膜清洗：用1%na5p3o10+0.5%edta+0.2%sds+naoh调PH11.0，清洗45min，之后用纯净水洗至中性。
十一、保存
若膜不使用超过3天，要用1%甲醛溶液将膜封存，冬季用20%
甘油将膜封存。
十二、膜系统图
1、陶瓷膜系统（生物发酵液过滤除菌、中药植提浸提液过滤除杂）
2、卷式膜系统（流体的过滤除杂精制及浓缩）
3、中空膜系统（水处理行业预处理）
十三、技术介绍
超过滤是一种薄膜分离技术。就是在一定的压力下(压力为
0.07～0.7MPa，最高不超过1.05MPa)，水在膜面上流动，水与溶解盐类和其他电解质是微小的颗粒，能够渗透超滤膜，而相对分子质量大的颗粒和胶体物质就被超滤膜所阻挡，从而使水中的部分微粒得到分离的技术。
超滤膜的孔径是数十至几百埃、介于反渗透与微孔膜之间。超滤膜的孔径是由一定相对分子质量的物质进行截留试验测定的，并以相对分子质量的数值来表示。在水处理中，应用超滤膜来除去水中的悬浮物质和胶体物质。在医药工业上超滤膜的应用也十分广泛。
超过滤膜受到污染或结垢时，一般采用双氧水或次氯酸钠溶液来清洗。不能通过反洗来清洗膜面。超过滤最高运行温度为45℃，
pH=1.5～13.0。超过滤是去除水中有机物质的一项措施，也可以去除微量胶体物、生物体以及树脂碎末等。超过滤常置于除盐系统之后，或置于反渗透装置之前来保护反渗透膜。
超滤膜组件中所用的膜材料一般有：二醋酸纤维(CA)，三醋酸纤维(CTA)，氰乙基醋酸纤维(CN-CA)，聚砜(PS)，磺化聚砜(SPS)，聚砜酰胺(PSA)，还有酚酞侧基聚芳砜(PDC)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯腈(PAN)，聚酰亚胺(PI)，甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物(MMA-AN)及纤维素等。其中以醋酸纤维素(CA)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(POS)等已广为应用。此外，还有动态形成的超滤膜。
膜技术是膜分离技术的简称，是仿生物学膜，通过人工材料（膜材料）实现不同介质分离的技术，分离的过程多由压力、浓度差、电势差等因素驱动。按照分离精度的不同，压力驱动膜又可以分为微滤（MF）膜、超滤（UF）膜、纳滤（NF）膜和反渗透（RO）膜等等。
膜技术广泛用于环境、能源、电子、医药等各个方面，近二十年来，由于膜技术可以去除常规处理工艺难以去除的水污染物，在水处理领域的应用越发受到各国重视，不同种类的膜技术分别应用于不同
的细分领域，主要下游包括市政污水处理及再生、自来水处理、工业水回用、海水淡化、家用净水器等。
十三、膜技术图谱
文章编号:1007-8924(2007)04-0091-05专题综述 动态膜分离技术研究进展 李晓波,胡保安,顾 平 (天津大学环境科学与工程学院,天津300072) 摘 要:介绍动态膜分离技术的概念,着重讨论影响动态膜分离性能的相关因素以及动态膜 在污水处理中的应用效果,指出动态膜技术具有良好的应用前景,但目前仍处于试验阶段,尚需深入研究. 关键词:动态膜;污水处理;研究进展中图分类号:TQ028.8 文献标识码:A 膜分离技术是当今水处理领域研究的热点,国内外均做了大量的研究工作[1-5],然而,膜污染及膜组件昂贵的价格是阻碍膜技术广泛应用的主要原因.动态膜分离技术采用大孔径材料制作膜组件,降低了膜组件的造价;同时,已有研究表明,动态膜的渗透性能更佳、抗污染能力显著提高[6-8].因此,动态膜作为一项新型的特殊膜分离技术正越来越多地受到国内外水处理技术研究者的关注[9-13]. 1 动态膜分离技术 动态膜作为一种分离技术,包含动态膜的载体 及动态膜分离层本身.动态膜的载体指用来承载动态膜的大孔径材料,一般价格低廉、易得,常见的有不锈钢丝网、普通筛网、工业滤布、筛绢等多孔材料和一些高分子材料,如烧结聚氯乙烯管等.动态膜分离层是动态膜分离技术的主体,指依附于动态膜载体之上、执行分离功能的滤饼层或污泥层.它是通过错流过滤或死端过滤的方式将某种固体或胶体微粒沉淀在载体表面上形成的.用于形成动态膜的粒子种类较多,有粘土类矿物、粉状活性炭(PAC )、ZrO 2、MnO 2、聚乙烯醇(PVA )等,也可用被处理的废液中的某种物质作为成膜物质沉淀在载体上形成动态膜,如自生生物动态膜的成膜物质为污水中的活性污泥.目前国内外关于动态膜分离技术的研究主要 集中在影响动态膜分离性能的因素及操作参数的优化方面. 2 影响动态膜分离性能的因素 2.1 pH 的影响 p H 对ZrO 2动态膜和MnO 2动态膜的影响较为 明显,这是由于MnO 2动态膜和大多数ZrO 2动态膜都是通过化学反应来生成膜粒子的. ZrO 2粒子的形成有两种方法:一种是提高含Zr 4+溶液,如无水ZrCl 4的水溶液的p H 来形成[14], 另一种是将ZrOCl 2加入到硫酸溶液中而形成[15].Zr 的水合氧化物在不同p H 下的特性不同,其粒子大小也不同.p H 较低时所生成的粒子粒径较小,随着p H 升高,粒径也逐渐升高.由于小颗粒需要更长的时间堵塞载体的孔隙,所以形成动态膜所需的时间也更长.Altman 等[16]的研究表明,动态膜的形成时间从p H 为3.5时的120min 减少到p H 为6时的45min ;Rumyantsev 等[16]的研究结果则分别是100min 和小于45min.蛋白质的截留率与p H 的关系不是很明显,p H 为3.5、5和6时形成的动态膜的截留率大于p H 为4时的动态膜. MnO 2是KMnO 4的还原产物,其反应式为4KMnO 4+6HCOONa =4MnO 2↓+2K 2CO 3+ 3Na 2CO 3+3H 2O +CO 2↑ 收稿日期:2005-09-06;修改稿收到日期:2006-01-17 作者简介:李晓波(1970-),男,河南省人,博士生,主要从事水污染治理技术的研究. 第27卷 第4期膜 科 学 与 技 术 Vol.27 No.4 2007年8月MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY Aug.2007
膜分离技术在废水处理中的应用 李珍11204112 摘要膜分离技术作为一种能耗低、设备简单、操作方便和分离性能好的分离技术在废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。本文综述了膜分离技术在废水处理中的应用，着重介绍了超滤、纳滤、液膜等膜分离技术的特点及其在各种废水处理中的应用，并对膜技术应用前景做了总结与展望。 关键词膜分离废水处理超滤纳滤液膜 1.膜分离技术简介 1.1膜分离技术 膜分离技术是指在分子水平不同粒径分子的混合物在通过半透膜时, 实现 选择性分离的技术, 半透膜又称分离膜或滤膜, 膜壁充满小孔, 根据孔径大小可以分为: 微滤膜(MF ) 、超滤膜(U F) 、纳滤膜(NF) 、反渗透渗出膜(R 0 ) 等, 膜分离采用错流过滤方式。膜分离技术因为具有常温下操纵、无相态变化、无化学变化、选择性好、高效节能、在生产过程中不产生污染等特点, 广泛应用于发酵、生物制药、植物提取、化工、饮用水净化、除菌、废水处理等多个领域。分离膜因其独特的结构和机能, 在环境保护和水资源再生方面异军突起, 在环境工程, 特别是废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。 1.2 膜分离技术原理 膜分离与传统过滤的不同在于, 膜可以在分子范围内进行分离, 是一种物理过程, 不需添助剂。膜分离技术可利用混合物物理性质的不同(质量、体积、几何形状等) 将其分离，也可利用混合物通过分离膜的速度不同将其分离。 2. 超滤膜分离技术在废水处理中的应用 2.1超滤膜简介 超滤是一种压力驱动的膜分离过程，是根据分子的大小和形态而分离的筛选机理进行分离的。自20世纪60年代以来，超滤很快从实验规模发展成为重要的工业单元操作技术，它广泛用于食品、医药、工业废水处理、高纯水制备及生物技术工业；在工业废水处理方面应用得最普遍的是电泳涂漆过程，城市污水处理及
生活饮用水的深度处理技术-膜分离技术摘要：膜处理技术在国外已经发展成为饮用水深度处理的核心技术。本文指出了饮用水的处理要求，介绍了几种典型的膜分离技术：微滤、超滤，纳滤，反渗透。最后介绍了膜分离技术的优缺点。 关键字：微滤、超滤，纳滤，反渗透 abstract: the processing technology in foreign film has become the core technology of the deep treatment of drinking water. this paper points out that the drinking water treatment requirements, introduces several kinds of typical membrane separation technology: micro filter, ultrafiltration, nanofiltration, reverse osmosis. at last, the paper introduces the advantages and disadvantages of the membrane separation technology. key word: micro filter, ultrafiltration, nanofiltration, reverse osmosis 中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号： 为保证饮用水质量，世界各国不仅及时修订了本国的水质标准，而且制定了控制水中有毒有害物质的对策。随着这些调查和研究工作的不断深人，人们逐步认识到，在很多情况下，常规的净化工艺已不能完全有效地去除水中的病原菌、病毒等。因此，以去除饮用水中有机污染及有毒有害物质为目标的饮用水深度净化技术得到 日益广泛的应用。
新型膜分离技术研究进展 摘要:膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术，在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点，在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。 关键词：膜分离；原理；应用；进展 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。 1膜分离技术的分离原理和特点 1.1纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200-1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻-孔道模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量;与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术，是国内外研究的热点。余跃等[1]废水进行了去除COD和脱色的研究。结果表明，纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD。 1.2超滤 超滤的截留相对分子质量在1000-100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留(筛分)、在膜孔中的停留(阻塞)、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。徐超等[2]在中试中采用浸没式超滤膜代替传统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水，取得较好的处理效果，设备费用降低了。 1.3微滤 微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一，孔径在0.05-10μm之间，可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去，滤液纯净，国际上通称为绝对过滤。微滤分离的实质是利用膜的“筛分”作用来进行的。即:比膜孔大的颗粒的机械截留、颗粒间相互作用及颗粒与膜表面的吸附、颗粒间的桥架作用这三种方式来实现的。 1.4反渗透 反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。学界对于反渗透分离机理的解释主要流行以下理论:溶解一扩散模型、优先吸附一毛细孔流理论、氢键理论。 自从上个世纪90年代邓宇发明了非加压吸附渗透海水淡化法以来，反渗透用于海水淡化的研究得到了极大发展[3]。在重金属废水处理领域，美国芝加哥API工艺公司采用B一9芳香族聚酞胺中空纤维膜组件处理镀镍漂洗水，废水中Niz+的分离率为92%[4]。 1.5电驱动膜
污水处理工程膜分离法技术规范 1 适用范围 本标准规定了膜分离法污水处理工程的设计参数、系统安装与调试、工程验收、运行管理，以及预处理、后处理工艺的选择。 本标准适用于以膜分离法进行污水处理及深度处理回用的工程，可作为环境影响评价、环境保护设施设计与施工、建设项目竣工环境保护验收及建成后运行与管理的技术依据。本标准所指膜分离法为：微滤、超滤、纳滤及反渗透膜分离技术。 本标准不适用于以膜生物反应器法和荷电膜进行污水处理及回用的膜分离工程。 2 规范性引用文件 本标准内容引用了下列文件中的条款。凡是不注日期的引用文件，其有效版本适用于本标准。 GB 50235 工业金属管道工程施工及验收规范 GB/T 985 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 GB/T 1804 一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差 GB/T 3797 电器设备第1 部分：装有电子器件的电控设备 GB/T 5226.1 机械安全机械电器设备第1 部分：通用技术条
件 GB/T 12469焊接质量保证钢熔化焊接头的要求和缺陷分级 GB/T 19249反渗透水处理设备 GB/T 20103膜分离技术术语 HJ/T 270 环境保护产品技术要求反渗透水处理装置 JB/T 2932 水处理设备技术条件 HG 20520 玻璃钢/聚氯乙稀(FRP/PVC)复合管道设计规定 建设项目竣工环境保护验收管理办法［国家环境保护总局令第13 号］ 3．术语和定义 《膜分离技术术语》GB/T 20103 规定的术语及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 膜分离法 以压力为驱动力，以膜为过滤介质，实现溶剂与溶质分离的方法。 3.2 膜降解 指膜被氧化或水解造成膜性能下降的过程。 3.4 膜结垢 指盐类的浓度超过其溶度积在膜面上的沉淀。 4 设计水质与膜单元适宜性
说明 本表需在指导教师和有关领导审查批准的情况下，要求学生认真填写。 说明课题的来源（自拟题目或指导教师承担的科研任务）、课题研究的目的和意义、课题在国内外研究现状和发展趋势。 若课题因故变动时，应向指导教师提出申请，提交题目变动论证报告。
用前景。 目前，膜的发展缓慢的原因有：膜产品的价格昂贵；膜污染较严重；膜分离性能低下。对于以上的三个问题可以更好的解决的话，膜分离技术发展会突飞猛进，跨越时代的进步，可以快速提高经济效益，对于水资源的利用率更高，会发挥更为重要的作用。 参考文献： [1]彭会清, 庞翠玲. 膜分离技术在处理酸性废液中的应用概述[J]. 金属矿山, 2006(9):14-17. [2]韩倩倩. 膜分离技术在水处理中的应用现状及展望综述[J]. 硅谷, 2009(9):117+133. [3]朱智清. 膜分离技术的发展及其工业应用[J]. 化工技术与开发, 2003, 32(1):19-21. [4]岳志新, 马东祝, 赵丽娜,等. 膜分离技术的应用及发展趋势[J]. 云南地理环境研究, 2006, 18(5):52-57. [5]张杰, 褚良银, 陈文梅. 膜分离技术在废水处理中的应用[J]. 过滤与分离, 2004, 14(3):8-11. [6]谷大建, 徐巍. 膜分离技术的应用及研究进展[J]. 中国药业, 2008, 17(6):58-59. [7]陈翠萍, 谌伟艳. 膜分离技术及其在废水处理中的应用[J]. 污染防治技術, 2007, 20(3):42-45. [8]吴绮桃. 膜分离技术及其在水处理中的应用[J]. 四川建材, 2008, 34(2):58-59. [9]郭洪勋. 膜分离技术的研究进展[J]. 科技创业家, 2012(8). [10]孙佳林, 何晓燕. 膜分离技术处理印染废水在我国的应用及发展趋势[J]. 化工管理, 2014(3):92-93. [11]段巧丽, 宁艳春. 现代膜分离技术的应用研究与进展[J]. 管理学家, 2011. [12]孙文毅, 张斌. 膜分离技术在水处理中的应用[J]. 北京电力高等专科学校学报:社会科 学版, 2010, 27. [13]陈业刚. 膜分离技术在水资源回用领域的应用研究[J]. 中美国际过滤与分离技术研讨 会, 2010. [14]李晓波, 王晓静. 膜分离技术及其在废水处理中的应用[J]. 河北工业科技, 2005, 22(4):207-211. [15]刘济阳, 夏明芳, 张林生,等. 膜分离技术处理电镀废水的研究及应用前景[J]. 污染防 治技术, 2009, 22(3):65-69.
收稿日期：2011－04－18 作者简介：陈默（1986—），硕士研究生，从事含能化合物的合成研究；王建龙，教授，博士生导师，通讯联系人，主要从事含能化合物合成及炸药中间体的制备、 应用及开发。新型膜分离技术的研究进展 陈 默，曹端林，李永祥，王建龙 （中北大学化工与环境学院，山西太原030051） 摘要：膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术，在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、 电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点，在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。关键词：膜分离；原理；应用；进展中图分类号：TQ028．8 文献标识码：A 文章编号：1008－021X （2011）05－0031－03 Research Progress of Membrane Technology CHEN Mo ，CAO Duan －lin ，LI Yong －xiang ，WANG Jian －long （College of Chemical Engineering and Environment ，North University of China ，Taiyuan 030051，China ）Abstract ：The membrane extraction technique is a new type extraction technique with high efficiency ，high speed and saving energy．Membrane separation technology is applied widely as a new kind of separation technology．The separation mechanism and characteristics of different kinds of membrane technologies were introduced ，including electrodialysis ，reverse osmosis ，nanofiltration ，ultrafiltration ，microfiltration ，gas separation ，pervaporation ，membrane reactor．Further more ，the application and current problems of different membrane technologies were extensively summarized．Finally ，application prospect of membrane separation technology was presented．Key words ：membrane separation ；principle ；application ；progress 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子 薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法（蒸发、萃取或离子交换等）相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。1膜分离技术的分离原理和特点1．1 纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200 1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻－孔道模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量；与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技 术， 是国内外研究的热点。余跃等［1］ 对纳滤技术处理印染废水进行了去除COD 和脱色的研究。结果 表明， 纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD 。Salzgitter Flachstahl 电镀厂采用膜技术处理 镀锌废水， 回收其中的Zn 2+ 和H 2SO 4，其结果达到了设计要求［2］。常江等［3］ 在完成用新型纳滤膜处 理模拟含Ni 2+ 废水实验室研究的基础上，进行了电 镀镍漂洗废水的纳滤膜处理及镍和水回收利用的工业试验，为大规模工业应用提供了参考数据。杨青等［4］ 研究报道将DK 型与NF90型纳滤膜组合可适用于治理高浓度、高盐分的吡啉农药废水污染。1．2 超滤 超滤的截留相对分子质量在1000 100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留（筛分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。 徐超等 ［5］ 在中试中采用浸没式超滤膜代替传 统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水，取得较好的处理效果， 设备费用降低了。罗涛等［6］ 采用混凝沉淀－超滤工艺对微污染原水进行试验，结果表明，组合
污水膜分离法工程技术规范（征求意见稿） 编制说明
目 次 1 规范编制的来源及意义 (1) 1.1任务来源 (1) 1.2标准编制的意义 (1) 2 制定本标准的原则、方法及技术依据 (1) 2.1编制原则 (2) 2.2制定标准的工作方法与技术依据 (3) 3 主要工作过程 (3) 4 膜技术概况及工程实例、经济分析 (4) 4.1国内外膜法技术现状及发展趋势 (4) 4.2相关标准、技术政策、指南制订情况 (6) 4.3工程案例 (7) 5 标准的主要内容说明 (19) 5.1污水来源及水质特点 (19) 5.2进水指标控制 (19) 5.3预处理 (20) 5.4污水膜分离系统设计 (25) 5.5运行管理与维护 (30) 6 与执行现行法律、法规、规章、政策的关系及实施建议 (34)
1 标准编制的来源及意义 1.1任务来源 根据国家环境保护总局于2007 年下达的《国家环境保护标准计划任务书》中，编制《污水油水分离工程技术规范》（项目统一编号：1400）的任务，江西金达莱环保研发中心有限公司作为主编单位承担了该规范的研究及编制工作，参编单位有华中科技大学和北京市环境保护科学研究院。 1.2 标准编制的意义 环境保护标准化是我国环境保护一项重要发展战略，建立与国际接轨的环境保护工程技术规范，是当前加强环境保护标准化步伐的一项重要任务，是国家环境管理的重要手段，在贯彻法律法规、落实环保规划目标、促进技术进步、优化产业结构、规范管理和执法行为等方面发挥着重要和不可替代的作用。 从1973 年我国发布第一个国家环境保护标准《工业“三废”排放标准》起截至2005年底，经过三十多年的发展，我国环境保护标准体系已初具规模。各类现行有效的环境保护标准共计841 项，包括环境质量标准、污染物排放标准、环境基础标准、监测分析方法标准和环境标准样品标准五类，以及国家标准、行业标准和地方标准三级。各省、市、自治区人民政府根据当地环境质量状况和环境管理需要，制订和发布了一系列地方环境标准。构成了以国家环境标准为主体，地方环境标准为补充的我国环境标准体系，这些环境标准为防治环境污染起到了重要的基础性作用。 环境工程技术标准属于国家环境保护行业标准。国家环保总局已组织制定了环境工程技术规范体系，编制了“十一五”环境工程技术规范编制计划；组织制定发布了十余项环境工程技术规范，以及涉及污染治理产品、环境监测仪器、环保药剂、材料等方面的100余项行业标准或技术要求。并指出“十一五”期间实现新型工业化，要重点解决国家重大工业布局规划以及相应的环境保护技术规范问题。受各种因素的制约和影响，我国部分现行国家环境标准（特别是环境保护行业标准、污染防治技术政策）还不够完善，已不适应当前形势，对行业技术进步的促进作用不足，和国际水准尚有较大差距。 污水膜分离处理，国外已有成熟的技术；而在国内，膜法水处理技术的主要应用领域是纯水制备及海水淡化，随着污水排放标准越来越严格以及污水资源化的要求，近年来才开始广泛地推广、应用膜分离法污水处理技术。目前，我国有针对海水利用领域的膜分离法技术标准，尚无系统的污水膜分离法行业标准；在环境保护行业标准中，仅有反渗透、超滤、电渗析装置的环境保护产品技术要求，针对性不强，不能对行业技术起到很好的指导作用。
水的深度处理工艺综述 人类对膜的认识是从自然界中存在的膜开始的，到现在，各种人工合成膜已成为了我们生活中不可或缺的一部分。其种类繁多，作用也千差万别，但他们具有一个共同的特点-选择透过性。 水的膜技术的应用开始于20世纪60年代，最早使用反渗透膜进行海水淡化。其后膜技术得到了迅速发展，并被众多领域应用。自用于反渗透脱盐后，又开发出纳滤、超滤和微滤技术，这些不同的膜都有其独特的性能，可满足不同的处理要求。 1定义 膜从广义上可以定义为两相之间的一个具有选择透过性的薄层屏障。 膜分离是指在某种推动力作用下，利用膜的选择透过性能，达到分类混合物（如溶液）中离子、分子以及某些微粒的过程。与传统过滤器的最大不同是，膜可以在离子或分子范围内进行分离，并且该过程是一种物理过程，不需发生相变化和添加助剂。在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法，称为膜分离。 膜分离是用天然或人工合成膜，以外界能量或化学位差作推动力，对双组份或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离可以用于液相和气相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系等。 分离溶质时一般叫渗析，分离溶剂时一般叫渗透。 2分类与特点 膜可以是固态的，也可以是液体甚至是气态的。膜可以是均相的或非均相的，对称的或非对称的，可以是带电的或中性的，而带电膜又可以是带正电或带负电的，或二者兼而有之。膜可以是具有渗透性的，也可以是具有半渗透性的，但不能是完全不透过性的。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。由于膜材料的种类非常丰富，制备条件也多种多样，一般来说膜的分类有以下几种： （1）按分离机理：反应膜、离子交换膜、渗透膜等； （2）按膜的形态：均质膜和非对称膜；
膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别，下图简单示意了四种不同的膜分离过程：（箭头反射表示该物质无法透过膜而被截留）： 微滤又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1-1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。 超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1000分子量之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。 对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在 1000-300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。 纳滤是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80-1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广
膜分离技术及其原理的介绍
人们对膜进行科学研究是近几十年来的事。反渗透膜是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。其发展的历史大致为：20世纪30年代微孔过滤;40年代透析;50年代电渗析;60年代反渗透;70年代超滤和液膜;80年代气体分离;90年代渗透汽化。此外，以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程也日益得到重视和发展。 一、膜分离原理 膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等。 二、膜分离技术 反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用。这里主要以反渗透膜和超滤膜为代表介绍一下。 反渗透膜(RO)
反渗透膜使用的材料，最初是醋酸纤维素(CA)，1966年开发出聚酰胺膜，后来又开发出各种各样的合成复合膜。CA膜耐氯性强，但抗菌性较差。合成复合膜具有较高的透水性和有机物截留性能，但对次氯酸等酸性物质抗性较弱。这两种材料耐热性较差，高温度大约是60℃左右，这使其在食品加工领域的应用中受到限制。 超滤膜(UF) 超滤膜也是使用CA做材料，后来各种合成高分子材料得以广泛应用。其材料多种多样，共同特点是具有耐热、耐酸碱、耐生物腐蚀等优点。 以上就是为大家介绍的全部内容，希望对大家有帮助。
动态与信息 专题报道 生物化工及膜分离技术研究进展 现代生物技术是新兴高技术领域中的重要技术之一,是21世纪高新技术的核心。它在生物学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等基础上发展起来,是以重组DNA技术和细胞融合技术为基础,基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大先进技术所组成的新技术群。大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点,目前最具代表性的应用领域是生物医药和农业。生物技术与化学工程相结合而形成的生物化工技术已成为生物技术的重要组成部分。生物化工技术为生物技术提供了多种高效率的反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术,从而可以促进生物技术不断更新和提高;因而新兴的生物化工技术已经成为当今世界高技术竞争的重要焦点之一。生物化工产品的分离技术也被称为生物技术的下游加工术,是整个生物技术的重要组成部分,它的成功与否,是决定生物技术成果能否转变为具有实用价值和竞争力的产品的重要因素。生物化工产品的分离与化学物质的分离相比具有一定的特殊性,产品大多要求高纯度并具有一定的生物活性,因其易受化学、物理和生物等外界环境因素的破坏而发生变性,因而生化分离过程一般要求在快速、低温、洁净的条件下进行。总之,生物化工产品的分离技术具有一定特殊性。 1 生物化工分离过程的重要性及一般步骤生物化工分离过程是生物化学工程的重要组成部分,一般指的是从发酵液或酶反应液中分离生物产品,它是生物技术转化为生产力过程中不可或缺的重要环节。生物产品一般是从杂质含量远远高于产物的悬浮液中进行分离的,而且产品要求纯度较高,只有经过分离加工过程,才可以制得符合规定要求的产品,因此分离是生物化工工业化的必需手段。与此同时,进行生化分离过程十分困难,这是由于产物原料液的含量极低与产物的高纯度要求之间的差异造成的,而且分离的方法复杂,因此,开发新的分离工艺手段也是提高经济效益的手段。由于生物化工产品不同(如酶或代谢产物),所采用的分离方法也不同。但大多数生物化工分离过程常采用4个分离步骤:1)对发酵液或酶反应液预处理,进行固液分离。在这个步骤中过滤和离心是常用的基本单元操作。在过滤操作中有时为了减少过滤介质的阻力,采用了膜分离技术。但该过程对产物的含量改善作用很小。2)进一步分离。此步骤使产物的含量增加。常用的分离方法有吸附、萃取等,如合成ATP 时用颗粒活性炭作吸附剂。3)高度分离。在这个步骤中分离技术对产物具有一定的选择性,典型方法有层析、电泳等。4)精制,先进行结晶析出再干燥即可。合成ATP时,用离子交换树脂进行浓缩,最后用五氧化二磷干燥器进行减压干燥,可得ATP成品。生物化工过程中常用的分离方法如蒸馏、萃取、过滤、结晶、 元操作过程,而另一些则为新近发展的分离技术,如细胞膜破碎技术(包括球磨破碎和化学破碎等)、膜分离、色层分离等。在此着重介绍膜分离技术。 2 膜分离技术概述 膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途,甚至会导致一次工业革命的高新技术之一,成为当今世界各国研究热点。膜分离作为一种新发展的高新分离技术,其应用领域不断扩大,广泛应用于化工、食品、水加工业、医药、环境保护、生物技术、能源工程等领域,并发挥了巨大的作用。我国对膜分离技术的研究是从20世纪60年代对离子交换膜的研究开始的。从60年代的反渗透技术到90年代的渗透汽化技术,我国的膜分离技术得到了迅速的发展。经过几十年的努力,目前我国在膜分离技术研究开发方面已成功地研制出一批具有实用价值、接近或达到国际先进水平的成果,如无机膜反应分离技术等。 3 膜分离技术的原理及优点 膜分离是指用半透膜作为障碍层,借助于膜的选择渗透作用,在能量、浓度或化学位差的作用下对混合物中的不同组分进行分离提纯。由于半透膜中滤膜孔径大小不同,可以允许某些组分透过膜层,而其它组分被保留在混合物中,以达到一定的分离效果。利用膜分离技术来进行分离具有如下优点:膜分离过程装置比较简单,同时操作方 032化 学 试 剂2008年3月
题目：膜与膜集成技术在水处理 中的应用
目录 1引言 (2) 2膜技术 (2) 2.1超滤膜技术 (2) 2.2纳滤膜技术 (3) 2.3膜分离技术 (4) 2.3.1膜分离技术分类 (4) 2.3.2膜分离的基本工艺原理 (5) 2.3.3膜分离的基本工艺流程 (5) 3膜集成技术及应用 (6) 3.1 MF与RO集成技术的应用 (7) 3.2 UF与RO集成技术的应用 (8) 3.3 MBR与RO集成技术的应用 (9) 4结论与展望 (10) 参考文献 (10)
1引言 随着社会经济的快速发展，水资源的日趋短缺和污染已成为我们面临的重大问题。因此在节约用水的同时，需开发新的水资源，如污水再资源化等势在必行。而目前采用膜分离技术进行污水再资源化是最经济而又清洁的方法。膜分离技术从上个世纪50年代出现，凭借分离效率高，能耗低，操作简单等优点，已在各个行业的水处理领域得到广泛的应用。特别是在城市污水处理和相关回用技术的发展和应用过程中，无疑已成为一支重要的力量，被称为“二十一世纪的水处理技术”。水回用的内容十分广泛，工艺方法较为复杂，尤其工业废水，部门行业庞杂，水质千变万化，污水水质与回用指标也不尽相同，任何单元技术都难以达到回用指标,单一的膜处理技术往往达不到理想的效果。所以目前人们将更多的注意力放在了膜集成技术的研究上, 以期达到更好的水处理效果。 2膜技术 膜是具有选择性分离功能的材料[1]。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。根据推动力的不同，膜分离有下列几种：浓度差造成的扩散渗析，电位差导致的电渗析，压力差导致的反渗透(RO, reverse osmosis)、纳滤(NF, nanofiltration)、超滤(UF, ultrafiltration)、微滤(MF, microfiltration)。 2.1超滤膜技术 采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓，也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离，其应用领域在不断扩大。超滤膜技术既可除去水中病菌、病毒、热源、胶体、COD等有害物质，又可透析对人体有益的无机盐，已广泛应用于牛奶脱脂、果汁浓缩、黄酒纯化、白酒陈化、啤酒除菌、味精提纯、蔗糠脱色、氨基酸浓缩、酱油除菌等生产中，而且还广泛应用于医疗针剂水、输液水、洗瓶水、外科手术洗洁水的制备。因其克服了蒸馏水中含有细菌尸体的缺点，且具有生物活性，所以更有利于病人恢复健康而备受医学界推崇。富氧膜以其分离气体的特殊功能，产生富氧空气，目前广泛应用于医院、养鱼场、工业发酵与氧化等场所，尤其在高山缺氧地区特别需要。常见的超滤膜组件见下图1。
题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日
目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)
一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液
膜分离技术深度处理废水 1膜技术简介;：膜分离技术是指利用膜的选择性对料液的不同组分进行分离、纯化、浓缩的过程。根据制作材料的不同，可将膜分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，其具有制作成本低、孔径范围广、组件形式多样等特点因此应用比无机膜更为广泛。 2膜技术在焦化废水回用技术中的应用：1)预处理+超滤膜(UF)+纳滤膜(NF)工艺：唐山中润煤业化工有限公司采用预处理+超滤膜(UF)+纳滤膜(NF)工艺对公司下属焦化厂废水处理站生化出水进行深度处理，处理后的出水水质除氯离子含量较高外其他组分含量均达标排放，出水可以作为循环水的补充水进行回用。本工艺在超滤膜处理后采用纳滤膜进行再处理与超滤膜相比提高了产水率，但再用纳滤膜无法去除水中的氯离子因此导致出水回用时对设备腐蚀较大。 2)预处理+超滤膜(UF)+反渗透膜(RO)工艺：山西亚鑫煤焦化有限公司以及新疆八一钢厂焦化公司均采用预处理+超滤膜(UF)+反渗透膜(RO)工艺对焦化厂废水处理站生化出水进行深度处理，处理后的出水作为循环水补充水进行回用。该工艺出水水质较好，完全可以作为循环水进行回用，且出水中氯离子含量较低对设备腐蚀较小，但是该工艺存在污泥量大，产水率低，产水量下降较快等缺点急需对工艺进行改进。 3)预处理+膜生物反应器(MBR)+反渗透膜(RO)工艺：山东邹平铁雄焦化公司采用预处理+膜生物反应器(MBR)+反渗透膜(RO)工艺对焦化废水进行深度处理，处理后废水作为锅炉补水进行回用。该工艺出水水质较好，各组分含量均达标排放，但是在运行过程中膜生物反应器极易被污泥所堵塞，从而导致清洗
膜分离技术的发展趋势 膜分离过程作为一门新型的高效分离、浓缩提纯及净化技术，已成为解决当代能源、资源和环境污染问题的重要高新技术及可持续发展技术的基础。膜分离技术的发展趋势可由以下两个方面说明。一、技术上的发展趋势 从技术上看，虽然膜分离已经获得了巨大的进展，但多数膜分离过程还处在探索和发展阶段，具体可概括为下列四点。 （1）新的膜材料和膜工艺的研究开发 为了进一步提高膜分离技术的经济效益，增加竞争能力，扩大应用范围，要求降低膜成本，提高膜性能，具有更好的耐热、耐压、耐酸、耐碱、耐有机溶剂、抗污染、易清洗等特点，这些要求推动了膜材料和膜工艺的研究开发。 ①高聚物膜在今后相当长的一段时间内，高聚物仍将是分离膜的主要材料。其发展趋向是开发新型高性能的高聚物膜材料，加强研究使膜皮层"超薄"和"活化"的技术，具体包括四个方面。 a.适合各种膜分离过程的需要，合成各种分子结构的新型高聚物膜并定量地研究膜材料的分子结构与膜的分离性能之间的关系。 开发新型高聚物膜的另一种途径是制造出高聚物"合金"膜材料，将两种或两种以上已有的高聚物混合起来作为膜材料。这样，此分离
膜就会具有两种或两种以上高聚物的功能特性。这种制膜方法比合成法更经济、更迅速。 c. 对制成的高聚物膜进行表面改性，针对不同的分离过程引入不同的活化基团，使膜表面达到"活化"。 d. 高性能的膜材料确定后，同样重要的是要找到一个能使其形成合适形态结构的制膜工艺。进一步开发出制造超薄、高度均匀、无缺陷的非对称膜皮层的工艺。 ②无机膜由于存在不可塑、受冲击易破碎、成型差以及价格较贵等缺点，一直发展较慢。无机膜今后的发展方向是研究新材料和新的制膜工艺。 ③生物膜与高聚物膜在分子结构上存在巨大差异。高聚物膜以长链状大分子为基础;生物膜的基本组成为脂质、蛋白质和少量碳氢化合物。生物膜具有最好的天然传递性能，具有高选择性、高渗透性的特点。但近几年来研究的合成生物膜都不稳定，寿命很短，今后的发展趋势是制造出真正能在工业上实际应用的生物膜。 （2）开发集成膜过程和杂化过程 所谓"集成"是指几种膜分离过程组合来用。"杂化"是指将膜分离过程与其他分离技术组合起来使用。原因是∶单一的膜分离技术有它的局限性，不是什么条件下都适用的。在处理一些复杂的分离过程时，为了获得最佳的效益，应考虑采用集成膜过程或杂化过程。近年来膜技术与其他技术的联合应用已得到了一定的发展，如∶反渗透与超滤
膜分离技术处理有机废气 1.技术介绍及应用领域 膜分离是以选择性透过膜为分离介质，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离技术。目前，膜分离纯化技术包括微滤、超滤、反渗透、纳滤、气体分离、渗透气化、电渗析等等。与传统分离技术相比，膜技术分离过程具有如下特点：无相变、高效、节能、无污染、工艺简单、常温操作，因此已经广泛应用于水处理、石油化工、冶金、环境保护、生物及食品工业、纺织、医药等诸多领域。 该法是一种新型高效分离技术，装置的中心部分为膜元件，常用的膜元件为平板膜、中空纤维膜和卷式膜，又可分为气体分离膜和液体分离膜等。气体膜分离技术利用有机蒸气与空气透过膜的能力不同，使二者分开。该法已成功地应用于许多领域，用其它方法难以回收的有机物，用该法可有效地解决。用该法回收有机废气中的丙酮、四氢呋喃、甲醇、乙腈、甲苯等(浓度为50%以下)，回收率可达97%以上。膜分离法最适合于处理VOCs浓度较高的物流，对大多数间歇过程，因温度、压力、流量和VOCs浓度会在一定范围内变化，所以要求回收设备有较强的适应性，膜系统正能满足这一要求。 近几年来，国外的实验室研究分离VOCs使用得最多的膜分离材料是聚二甲基硅氧烷PDMS。它从结构上看属半无机、半有机结构的
高分子，具有许多独特性能，是目前发现的气体渗透性能好的高分子膜材料之一。研究人员大多是采用聚枫PS、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚间苯二甲酸乙二酯PEI等材料作为支撑层，使用PDMS涂层堵孔，作为选择性分离层，选择性分离VOCs/N2或空气体系，都取得了理想的实验结果。目前，我国采用膜分离法回收VOCs的工作刚刚开始研究，离实现工业化应用还有一段距离。 现在世界上已有近60套膜分离VOCs的装置。在美国大部分装置用来回收CFCs、HCFCs、氯乙烯等高价值产品：在欧洲和日本主要从石油运输操作中，回收碳氢化合物。 用膜法几乎可以用来回收各种高沸点的挥发有机物，如三苯、丁烷以上的烷烃、氯化有机物、氟氯碳氢化合物、酮、酯等，可用于各种行业，如PVC加工中回收VCM，聚烯烃装置中回收乙烯、丙烯单体；制冷设备、气雾剂及泡沫生产中产生的CFCs和HCFCs的回收，印刷中产生的甲苯等的回收。 膜分离方法适合于处理较浓的物流，即0.1％＜VOC浓度＜10％，膜系统的费用与进口流速成正比，与浓度则关系不大。它适于高浓度、高价值的有机物回收，其设备费用较高。 工业上已经从聚烯烃装置的冲洗气中回收烯烃单体和氦气。在环保领域，从加油站回收碳氢化合物；从制冷设备、气雾剂及泡沫塑料的生产和使用过程中回收CFC，从PVC加工中回收氯乙烯单体。此技术非常有前途，随着新高效膜的出现和系统造价的降低，它会成为一种重要的回收手段。