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第七章膜亲和过滤法亲和分离技术被认为是解决生物工程下游产品回收和纯化的高效方法。
亲和分配、亲和沉淀、亲和色谱等技术正在迅速发展，其中亲和色谱已成为色谱领域中的一个重要分支，它的选择性和特异性极强，是其他技术无法比拟的，但填充亲和色谱柱技术在发展中遇到某些固有限制，如流速低、填充颗粒的压缩、扩散传递慢，故造成柱效率不高并且不易大规模应用7.1 亲和膜分离技术●亲和膜分离首要的是研制出一种有效地用于生物大分子纯化分离的“亲和膜”（Affinity Membrane，简称AM）。
●制备亲和膜的关键是要选择合适的膜材料，并对膜进行表面化学改性●有人称：“膜表面改性技术领导膜进入90年代”；“未来的十年将是产生新的更为先进的第三、第四代膜的时代”。
7.1.1 基本过程和操作方式亲和膜的分离操作方式①亲和超滤过程②微孔亲和膜过滤过程亲和膜组件的形式有板式、圆盘式、中空纤维式等7.1.2 基本理论●由于亲和膜分离过程非常复杂，故到目前为止真正基于物理-化学-生物特异性相互作用的理论关系式还未建立，最初基于配基-蛋白质相互作用的吸附—解离平衡过程所提出的亲和模型有一定的局限性●有人用对流、扩散和Langmuir吸附理论对亲和膜分离过程作了数学分析，推导了蛋白质和配基之间形成的络合物浓度与蛋白质浓度和配基浓度之间的关系式7.1.3 基质材料●亲和膜分离技术要得到发展并获得应用的必要前提之一，是要制备出能对生物活性物质如蛋白质、酶等能有效地进行固载化的基质膜材料。
●在亲和分离中使用的基质材料有纤维素及其衍生物，聚酰胺（PA）及其衍生物，聚丙烯酰胺及其衍生物，羟乙基甲基丙烯酸酯，感动羟甲基酰胺、聚砜等●可通过活化或改性等手段与蛋白相结合或固载上酶组成亲和膜●聚乙烯醇、聚丙烯酸环氧烷等也有可能成为亲和膜材料，甚至某些无机材料，如大孔硅胶，氧化铝等，也能制成亲和膜或作为添加剂7.2 亲和膜分离技术的应用IgG的亲和膜分离过程举例①起始膜材料的选择动物细胞的尺寸大于10μm蛋白质的尺寸一般都小于0.01μm故选用0.65μm的微孔膜来载留细胞而透过蛋白质②膜的表面处理聚砜类的微孔膜表面改性使之亲水化羟基转化为活泼基团(表氯醇法活化羟基)③接配基反应方法有溴化氰活化法、高碘酸氧化法和表氯醇法7.3 亲和-膜过滤●亲和膜过滤又称亲和过滤（Affinity Filtration）或亲和超滤（Affinity Cross-Flow Filration简称ACFF），是1981年由Hedda等人首先提出并得到迅速发展的一中新型大规模分离纯化技术。
7.1 用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液，过滤方程为252610V V A t -+=⨯式中：t 的单位为s 。
(1)如果30 min 内获得5 3m 滤液，需要面积为0．4 2m 的滤框多少个?(2)求过滤常数K ，e q ，e t 。
解：（1）板框压滤机总的过滤方程为 252610V V A t -+=⨯在t=30×60s=1800s 内，V=5m 3, 则根据过滤方程有52+5 = 6×10-5A 2×1800求得需要的过滤总面积为A = 16.67 m2所以需要的板块数 n = 16.67 m 2/0.4 m 2= 41.675 ≈42 （2）恒压过滤的基本方程为 222e V VV KA t ==与板框压滤机总的过滤方程比较可得 K= 6×10-5m 2/sVe = 0.5 m 3 , qe = Ve/A =0.5 m 3/16.67 m 2 =0.03 m 3/ m2te = qe 2/K = 0.03 /6×10-5=15 ste 为过滤常数，与qe 相对应，可以称为过滤介质的比当量过滤时间，te = qe 2/K 。
7.2 如例题7．3．3中的悬浮液，颗粒直径为0．1 m m ，颗粒的体积分数为0．1，在9．81×310Pa 的恒定压差下过滤，过滤时形成不可压缩的滤饼，空隙率为0．6，过滤介质的阻力可以忽略，试求：(1)每平方米过滤面积上获得1．5 3m 滤液所需的过滤时间； (2)若将此过滤时间延长一倍，可再得多少滤液?7.3 用过滤机处理某悬浮液，先等速过滤20 min ，得到滤液2 3m ，随即保持当时的压差等压过滤40 min ，则共得到多少滤液(忽略介质阻力)?解：恒速过滤的方程式为 22112KA t V =所以过滤常数为 21212V K A t =此过滤常数为恒速过滤常数，也是恒压过滤开始时的过滤常数，在恒压过滤过程中保持不边，所以恒压过滤方程式为2222222222112112121122V V t V V KA t V V A t V V A t t -=→-=→-=2222261211222(2)2020V t V V m t ⨯=+=⨯40+=总的滤液量为V=4.47m 37.4 有两种悬浮液，过滤形成的滤饼比阻都是13210 6.7510m Pa r --=⨯ ，其中一种滤饼不可压缩，另一种滤饼的压缩系数为0．5。
1、管路分为简单管路（①、通过各管路的质量流量不变；②、整个管路阻力损失等于各管路阻力损失之和。
）和复杂管路，复杂管路包括分支管路（①、总管流量等于各支管流量之和；②、主管段内各段流量不同，阻力损失需分段加以计算；③、机械能守恒。
）和并联管路（①、总流量等于各支管流量之和；②、各支管中阻力损失相等；③、各支管的流量依据阻力损失相同的原则进行分配。
）。
2、流量计包括测速管（毕托管）（测得的是点速度）、孔板流量计（固定安装，阻力损失较大）、文丘里流量计（比孔板流量计减少了机械能损失），转子流量计（必须垂直安装，流体自上而下流动）。
3、热量传递包括热传导、对流传热、辐射传热。
4、导热系数：①、气体导热系数很小，利于绝热保温，随温度和压强的升高而升高。
②、水的导热系数最大，常用做导热介质。
液体（除水和甘油外）导热系数随温度的升到而减小，压力影响不大。
③、固体：金属的λ选大于非金属的λ；金属有杂质，λ减小；纯金属λ随温度升高而减小，合金λ随温度升高增大；晶体λ随温度升高而减小，非晶体λ随温度升高而增大。
5、环境工程中常见的传质过程有：吸收、萃取、吸附、离子交换、膜分离。
6、重力沉降和离心沉降的比较：区别：①、重力沉降的动力是重力，沉降方向向下，沉降速度恒定，沉降的加速度为重力加速度；②、离心沉降的动力是离心力，沉降方向向外，沉降的速度与半径有关，是变化的，沉降的加速度为离心加速度。
联系：离心分离因数，是离心分离设备的重要指标，表示离心沉降速度较沉降速度可以提高的倍数。
7、过滤可以分为：表面过滤（滤饼过滤）和深层过滤。
8、表面过滤与深层过滤的比较：区别：①、表面过滤的条件是颗粒物浓度高，滤速慢，虑饼易形成，过滤的介质是织布或多孔固体，过滤介质的孔一般比颗粒物的粒径小，有效过滤介质主要是虑饼，实际应用于真空过滤机、板框式压滤机、慢滤池、袋滤器。
②、深层过滤的条件是颗粒物浓度底，滤速快，过滤介质是固体颗粒，过滤介质的空隙大于颗粒物粒径，有效的过滤介质是固体颗粒，实际应用于快滤池。
第I I篇思考题第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？2.去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？3.简述土壤污染治理的技术体系。
4.简述废物资源化的技术体系。
5.阐述环境净化与污染控制技术原理体系。
6.一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。
试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。
第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数？英尺和米的换算因素是多少？2．什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？3．质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。
4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。
5．平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么？2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。
3.质量衡算的基本关系是什么？4.以全部组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有什么特征？5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量的变化与环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？3．简述热量衡算方程的涵义。
4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示？第三章流体流动第一节管流系统的衡算方程1．用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化？2．当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的流速增加多少？3．拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系，试简述这种关系，并说明该方程的适用条件。
4．在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量？其宏观的表现形式是什么？5．对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动？6．如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率？第二节流体流动的内摩擦力1.简述层流和湍流的流态特征。
7.1 用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液，过滤方程为t A V V 252106-⨯=+式中：t 的单位为s 。
(1) 如果30min 内获得5m 3滤液，需要面积为0.4m 2的滤框多少个？(2) 过滤常数K 、q e 。
解：已知t = 30min ， V = 5m 3(1) 将已知数据代入上述方程，得：603010655252⨯⨯⨯=+-A解得：A = 16.67m 2 框个数：2124.067.16=⨯=n(2) 根据过滤方程：t KA VV V e 222=+两方程对照可知：V e = 0.5m 3，s m K /10625-⨯=8. 板框压滤机有20个板框，框的尺寸为450mm×450mm×20mm ，过滤过程中，滤饼体积与滤液体积之比为0.043m 3/m 3，滤饼不可压缩。
实验测得，在50.5kPa 的恒压下，过滤方程为t q q 521016.504.0-⨯=+(q 和t 的单位分别是m 3/m 2和s)。
求：在50.5kPa 恒压过滤时，框完全充满所需要的时间；解：n = 20，f = 0.043m 3/m 3，Δp = 50.5kPa框全充满时，滤饼总体积：3081.002.045.045.020m V s =⨯⨯⨯= 滤液体积：3884.1043.0081.0m f V V s=== 过滤面积：240.720243.043.0m A =⨯⨯⨯= 由此得：23/255.040.7884.1m m A Vq ===代入过滤方程，得：t 521016.5255.004.0255.0-⨯=⨯+解得：t = 1457.8s ，即需要24.3min课外习题1. 采用过滤面积为0.2m 2的过滤机，对某悬浮液进行过滤常数的测定。
操作压强差为0.15MPa ，温度为20℃，过滤进行到5min 时共得滤液0.034m 3；进行到10min 时，共得滤液0.050m 3。
试估算(1)过滤常数K 和q e ；(2)按这种操作条件，过滤进行到1h 时的滤液总量。
环境工程教案授课教师：钱力尧课程名称环境工程原理授课对象环境工程专业考核方式考试课程教学基本目的和要求《环境工程原理》是环境工程、环境科学、给水排水工程等相关专业的主干专业基础课，主要讲述水处理工程、大气污染控制工程、固体废弃物处理处置工程等环境污染防治以及生态修复工程中涉及的具有共性的基本现象和基本过程的基本原理。
主要内容包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应工程原理三部分。
环境工程原理基础部分主要讲述物料与能量守恒原理、传递过程等。
分离过程原理部分主要讲述沉淀、过滤、吸收、吸附的基本原理。
反应工程原理部分讲述化学和生物反应计量学、动力学、各类反应器的过程解析等。
教学重点和难点教学重点：1环境工程学的基本概念和基本理论：主要包括物料与能量衡算、流体流动、热量传递和质量传递过程的基本概念和基本理论。
2分离过程的原理：主要包括沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、膜分离等基本分离过程的原理。
教学难点：反应工程原理：主要包括化学与生物反应计量学及动力学，各类化学与生物反应器的解析与基本设计理论等。
教材、参考书柴诚敬主编，《化工原理》（上，下册），高等教育出版社，2005年。
蒋维钧，戴猷元，顾惠君编著，《化工原理》（第二版），清华大学出版社，2003年。
姚玉英主编，《化工原理》（第一版），天津科学技术出版社，1993年。
余国琮主编，《化学工程辞典》（第二版），化学工业出版社，2003年。
邓修，吴俊生编著，《化工分离工程》（第一版），科学出版社，2002年。
丛德滋,丛梅,方图南;《化工原理详解与应用》,化学工业出版社授课内容第一章绪论教学目的和要求1、了解环境问题与环境学科的发展；了解环境工程学的学科体系。
2、了解环境净化与污染控制的基本方法与原理。
3、了解环境工程原理课程的主要内容及学习方法。
重点难点重点：环境净化与污染控制的基本方法与原理。
教学安排(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等) PPT教学1、环境问题与环境学科的发展2、环境污染与环境工程学3、环境净化与污染控制技术概述4、环境净化与污染控制技术原理5、环境工程原理课程的主要内容思考题、课后作业(1) “环境工程学”的主要研究对象是什么？(2) 去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？各种方法的技术原理是什么？教学提升环境工程专业目前就业方向、就业形势与专业提升方向。
水的净化—过滤教案一、教学内容本节课选自《初中化学》下册第七章第四节“水的净化—过滤”。
内容包括：过滤的原理、过滤操作的基本步骤、过滤介质的选择以及过滤在生活用水净化中的应用。
二、教学目标1. 让学生了解过滤的原理，掌握过滤操作的基本步骤。
2. 培养学生运用过滤方法进行水净化的实际操作能力。
3. 使学生认识到过滤在生活用水净化中的重要性，增强环保意识。
三、教学难点与重点难点：过滤介质的选择，过滤操作的注意事项。
重点：过滤的原理，过滤操作的基本步骤。
四、教具与学具准备教具：实验过滤装置，演示用过滤纸，烧杯，玻璃棒，铁架台等。
学具：每组一份过滤装置，过滤纸，烧杯，玻璃棒，铁架台等。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）通过展示一组污染严重的河流图片，让学生了解水污染现状，提出问题：“如何将受污染的水变为清澈的饮用水？”2. 理论知识讲解（15分钟）（1）讲解过滤的原理：利用过滤介质对水中的悬浮物、沉淀物进行分离。
斗、倒入待过滤水样、收集过滤后的水样。
3. 实际操作演示（15分钟）（1）演示过滤操作，讲解过滤介质的选择和注意事项。
（2）强调过滤操作中的安全事项，如避免烫伤、割伤等。
4. 随堂练习（10分钟）让学生分组进行过滤实验，观察过滤效果，并记录实验现象。
5. 例题讲解（5分钟）讲解一道关于过滤的应用题，让学生巩固所学知识。
六、板书设计1. 水的净化—过滤2. 内容：（1）过滤原理：利用过滤介质对水中的悬浮物、沉淀物进行分离。
（2）过滤操作基本步骤：准备过滤装置、将过滤纸放入漏斗、倒入待过滤水样、收集过滤后的水样。
（3）过滤介质选择：根据水中悬浮物、沉淀物的性质选择合适的过滤介质。
七、作业设计1. 作业题目：（1）简述过滤的原理。
（2）列出过滤操作的基本步骤。
（3）举例说明过滤在生活用水净化中的应用。
2. 答案：（1）过滤原理：利用过滤介质对水中的悬浮物、沉淀物进行分离。
入待过滤水样、收集过滤后的水样。
