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第五章深层过滤过滤是去除悬浮物，专门是去除浓度比较低的悬浊液中微小颗粒的一种有效方式。
过滤时，含悬浮物的水流过具有必然孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。
依照所采纳的过滤介质不同，可将过滤分为以下几类。
（1）格筛过滤过滤介质为柳条或滤网，用以去除粗大的悬浮物，如杂草、破布、纤维、纸浆等，其典型设备有格栅、筛网和微滤机。
（2）微孔过滤采纳成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤剂（如硅藻土）形成孔隙细小的滤饼，用以去除粒径细微的颗粒。
其定型的商品设备很多。
（3）膜过滤采纳专门的半透膜作过滤介质在必然的推动力（如压力、电场力等）下进行过滤，由于滤膜孔隙极小且具选择性，能够除去水中细菌、病毒、有机物和溶解性溶质。
其要紧设备有反渗透、超过滤和电渗析等。
（4）深层过滤采纳颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。
由于滤料颗粒之间存在孔隙，原水穿过必然深度的油层，水中的悬浮物即被截留。
为区别于上述三类表面或浅层过滤进程，将这种过滤称之为深层过滤，简称过滤。
在给水处置中，经常使用过滤处置沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度知足用水要求。
在废水处置中，过滤常作为吸附、离子互换、膜分离法等的预处置手腕，也作为生化处置后的深度处置，使滤后水达到回用的要求。
经常使用的深层过滤设备是各类类型滤池。
按过滤速度不同，有慢滤池（<0.4m/h）、快滤池（4～10m/h）和高速滤池（10～6Om/h）三种；按作使劲不同，有重力滤池（水头为4～5m）和压力滤池（作用水头15～25m）两种；按过滤对水流方向分类，有下向流、上向流、双向流和任向流滤池四种；按滤料层组成份类，有单层滤料、双层滤料和多层滤料滤池三种。
一般快滤池是经常使用的过滤设备，也是研究其他滤池的基础。
因此本章要紧讨论快滤池，其他类型过滤设备分述于有关章节。
第一节一般快滤池的构造图5-1为一般快滤池的透视与剖面示用意。
Chapter5-membraneseparationreview questions ?盐析常用的盐有A, B.为什么盐析蛋白质时最好将溶液pH值调整到pI附近？残留在沉淀物中的盐，通常用？方法除去。
有机溶剂沉淀法常用的有机溶剂有A,B。
蛋白质若结合较多的阳离子，等电点将向较高/低pH移动?若溶液中含（NH4）2SO4，需要升高pH，该加入？。
结晶的先决条件是？化合物纯度越高/低，越容易结晶？活性炭脱色是正/负吸附？极性吸附剂易吸附极性/非极性物质？液体表面张力越小，液体被固体吸附越容易/难？粉末状活性炭吸附能力大于/小于颗粒状活性炭？SiO2.nH2O何以带水？第五章膜分离技术?一.膜分离概述二.常见的膜分离技术三.膜分离应用第一节膜分离概述膜分离技术的应用果汁澄清新旧工艺比较生物制药过程中的应用一. 膜分离概念（Membrane Separation）?膜分离的概念及原理：利用膜的选择性（孔径大小pore size），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
二.膜分离特点与传统的分离操作相比，膜分离具有以下特点：（1）膜分离是一个高效分离过程，可以实现高纯度的分离；（2）大多数膜分离过程不发生相变，因此能耗较低；?（3）膜分离通常在常温下进行，特别适合处理热敏性物料；（4）膜分离设备本身没有运动的部件，可靠性高，操作，维护都十分方便。
三. 膜分离发展简史1748年酒精中的水能通过猪膀胱1854年Graham发现透析1856年发现不同特征的膜1864年Traube研制成功第一片人造膜---亚铁氰化铜膜20世纪中叶出现了反渗透膜，超滤膜，微滤膜，纳滤膜20世纪60年代以后，膜分离技术进一步发展国内发展概况20世纪50年代起步，奠定基础阶段20世纪60-70年代发展阶段20世纪80-90年代深化发展和应用推广阶段PEC-1000TF-30（仿制复合膜）四.常见的膜分离技术膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类：微滤(MF):以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.025-14μm之间；超滤(UF):分离介质同上，但孔径更小，为0.001-0.02μm, 分离推动力仍为压力差，适合于分离酶，蛋白质等生物大分子物质；纳滤（NF）：以压力差为推动力，从溶液中分离300-1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm;反渗透（RO）：是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，孔径范围在0.0001-0.001μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；各种膜分离技术的分离特性五. 膜材料，分类及要求按材料分：合成有机聚合物膜，无机材料膜按膜形态结构：对称性膜，不对称性膜，复合膜（致密层）?按孔径大小：微滤膜，超滤膜，纳滤膜，反渗透膜有机高分子膜：天然物质的衍生物（醋酸，硝酸纤维素膜）；人造物质（聚砜膜，聚酰胺膜，聚乙烯醇类）无机多孔膜：陶瓷膜，多孔玻璃等膜的基本要求-耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压力，一般膜操作的压力范围在0.1-0.5MPa, 反渗透膜的压力更高，约为1-10MPa -耐高温：高通量带来的温度升高和清洗的需要-耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解-化学相容性：保持膜的稳定性；-生物相容性：防止生物大分子的变性-成本低；六.膜的制备七. 膜分离性能1. 截留率对于反渗透过程，通常用截留率表示其分离性能。
《生物分离与纯化技术》授课教案
第五章过滤与膜分离技术
教学目的：
掌握常用的过滤介质和过滤方法，了解常用过滤装置；
了解膜的种类和特性及各种膜组件相应的优缺点，掌握膜组件的种类；
熟悉微滤的分离范围、分离机理和应用；
了解超滤的发展、原理及超滤设备，掌握超滤膜的分类、特性及其选择方法，掌握超滤膜操作及过程中常见问题的处理；
掌握透析技术的操作和影响透析的因素，了解透析技术的原理及常用的透析设备。
了解反渗透的原理，熟悉反渗透膜的特性；掌握反渗透操作及其影响因素；
熟悉电渗析技术的特点、操作和影响因素，熟悉离子交换膜的分类和要求；
了解纳滤技术、膜蒸馏技术的原理、特点和应用。
教学重点：
常用的过滤介质和过滤方法，微滤的分离范围、分离机理和应用，超滤膜的分类、特性及其选择方法，反渗透操作及其影响因素。
教学难点：
电渗析技术的特点、操作和影响因素；纳滤技术、膜蒸馏技术的原理、特点和应用。
教学课时：10学时
教学方法：多媒体教学
教学内容：
第一节概述
一、过滤的基本概念
过滤是在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下，是固液分离的常用方法之一。
二、过滤介质
1、无定形颗粒：颗粒活性炭、沙、无烟煤
2、成形颗粒：烧结金属、烧结塑料
3、非金属织物：尼龙、玻璃纤维
4、金属织物：不锈钢丝网
5、无纺品：纸、石棉
三、过滤设备
1、板框压滤机
优点：结构简单、过滤面积大、操作压力高、适用范围广
缺点：设备笨重、间歇操作、劳动强度大、辅助时间长
2、旋转过滤机
可实现连续操作
四、过滤方法
根据推动力的不同可分为四类
（a）重力过滤自然过滤
（b）加压过滤板框过滤
（c）真空过滤真空过滤器
（d）离心过滤离心过滤器
五、影响凝聚作用的主要因素
简单电解质降低胶体间的排斥力。
从而范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。
1、无机盐的种类
2、无机盐的化合价
3、无机盐的用量
第二节膜与膜组件
1、膜分离的概念
利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
2、膜的概念
（1）在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。
（2）膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体
（3）被膜分开的流体相物质是液体或气体
（4）膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜。
3、膜组件
（1）管式
（2）中空纤维
（3）螺旋卷绕式
（4）平板式
共同的特点
（1）尽可能大的膜表面积
（2）可靠的支撑装置
（3）可引出透过液
（4）膜表面浓度差极化达到最小
第三节微滤技术
一、微滤
微滤又称为微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛分过程，在静压差作用下滤除0.1-10μm的微粒，操作压力为0.7-7kPa, 原料液在压差作用下，其中水(溶剂)透过膜上的微孔流到膜的低压侧，为透过液，大于膜孔的微粒被截留，从而实现原料液中的微粒与溶剂的分离。
微滤过程对微粒的截留机理是筛分作用，决定膜的分离效果是膜的物理结构，孔的形状和大小。
二、微滤膜过滤的原理
微滤膜属多孔类型膜，孔径范围约为0.01um～10.0um，过滤原理属于筛网过滤，近似于过筛机理，能够截留所有比网孔大的颗粒、纤维和悬浮物，其原理如下图所示。
三、微滤膜过滤技术特点
（1）微滤膜膜内孔径是比较均匀的贯穿孔,孔隙率占总体积的70％～80％，能将液体中大于额定孔径的微粒全部拦截，过滤速度快。
（2）微滤膜是均一连续的高分子多孔体，具有良好的化学稳定性，无纤维和碎屑脱落，不会重新产生微粒影响滤出水的水质。
（3）微滤膜过滤中不会因压力升高导致大于孔径的微粒穿过微滤膜。
即使压力波动也不会影响过滤效果。
（4）使用微滤膜处理废水与其他方法相比，不需要投加特殊的水处理药剂，占地面积小，操作简便，系统运行稳定可靠，易于控制、维修，处理效率高。
（5）由于微滤膜近似于多层叠置筛网，截留作用限制在膜的表面，极易被少量与膜孔径大小相仿的微粒或胶体颗粒堵塞。
如采用正交流结构的膜元件，由于其具有连续自清洗的特性，可以较好地解决这一缺陷。
四、微滤的应用
微滤主要用于除去溶液中大于0.05 μm左右的超细粒子，其应用十分广泛，在目前膜过程行业销售额中占首位。
在水的精制过程中，微滤技术可以除去细菌和固体杂质，可用于医药、饮料用水的生产。
在电子工业超纯水制备中，微滤可用于超滤和反渗透过程的预处理和产品的终端保安过滤。
微滤技术亦可用于啤酒、黄酒等各种酒类的过滤，以除去其中的酵母、霉菌和其它微生物，使产品澄清，并延长存放期。
第四节超滤技术
一、超滤
超过滤俗称超滤又称UF，是一种固液分离的技术。
它的核心是一种膜俗称超滤膜。
超滤膜是一种高分子聚合物它的分子量范围5,000~200,000，孔隙范围0.02 ~ 0.03μM。
利用超滤膜能够分离固液的特性以去除液体中的固体粒子也可以利用特定孔隙的膜将液体中某些成份提炼出来。
二、原理
超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程(原理见下图)。
通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为3x10000—1x10000的物质。
当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时，水分子和分子量小于300—500的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从而使水得到净化。
也就是说，当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等
在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，会产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急剧下降，这使得超滤的应用受到一定程度的限制。
为此，需通过试验进行研究，以确定最佳的工艺和运行条件，最大限度地减轻浓差极化的影响，使超滤成为一种可靠的反渗透预处理方法。
a．超滤与传统的预处理工艺相比，系统简单、操作方便、占地小、投资省、且水质极优，可满足各类反渗透装置的进水要求。
b．合理地选择运行条件和清洗工艺，可完全控制超滤的浓差极化问题，使
此预处理方法更可靠。
c．超滤对水中的各类胶体均具有良好的去除特性,因而可以考虑扩大到凝结水精处理及离子交换除盐系统的预处理中。
三、超滤膜性能
四、超滤膜的分类
超滤膜主要分为卷式，板框式，管式和中空纤维式。
其中，中空纤维式国内应用最为广泛的一种，其特点有:
清洗性好，膜阻力小；
均匀微孔分布；
纤维内径多种规格；
无内部内阻力；
又根据膜的致密层是在中空纤维的内表面或者外表面，双分为内压式和外压式。
现在应用的为清一色全为外压式。
主要优点为单位容积内装填的有有效膜面积大，且占地面积小。
第五节其他过滤技术
反渗透：是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，孔径范围在0.0001~0.001 μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；
纳滤：以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm；
电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；。
