Chapter_4_生物分离--膜分离(课堂PPT)

• 常用深度处理的方法主要有:活性炭吸附，臭氧氧化，生物活性炭，膜技术等，其中，膜技术看来是最有前 途的一种方法。膜处理法具有良好的调节水质的能力，去除的污染物范围比较广，从颗粒杂质到离子，细 菌和病毒无一幸免。并且其能耗低、操作简单、出水水质良好且稳定.
• 在水处理领域，反渗透、微滤、超滤、纳滤等压力驱动膜分离过程的应用更为广泛。而与反渗透相比，超 滤由于操作压力低，能耗小等独特的优点在国外常常被用于替代常规处理或深度处理，并且其应用研究日 益受到广泛关注。
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膜材料及种类
• 用于分离膜的种类很多。 • 以高分子材ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制成的聚合膜居多。
• 用于制膜的高分子材料：纤维素酯、脂肪族和芳香族聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、 聚四氟乙烯、聚氯乙烯、硅橡胶等。
• 无机膜的制备已成为研究热点，其增长速度远快于聚合物膜。
• 以金属及氧化物、陶瓷、多孔玻璃和某些热固性聚合物为材料。其热力学、化 学稳定性好，使用寿命长。
般是指固液分离或气液分离。 • ——膜分离过程将这一应用扩展到了固体或液体溶液中溶解性物质的分离。即以选择性
透过膜为分离介质，在两侧加以某种推动力时，原料侧组分选择性地透过膜，从而达到 分离或提纯的目的。 • ——不同的膜分离过程中所用的膜具有一定的结构、材质和选择特性;被隔开的两相可 以是液态，也可以是气态;推动力可以是压力梯度、浓度梯度或电位梯度，所以不同的 膜分离过程的分离体系和适用范围也不同 。 • 膜分离有希望代替精馏。从国内情况看，实验室研制应用好，但转化为生产规模有难度。 尤其是膜的质量、膜的组装、密封等。
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膜技术的应用
• 膜的商业应用：
20C60S第一代膜技术，液体分离，微滤、超滤、反渗 透、电渗析。 20C70S，第二代膜技术，气体分离膜技术。 20C80S第三代膜技术，渗透汽化

（2）借助本身的化学位差，物质发生由高 位到低位的流动。
3、膜分离方法
（1）压力推动
反渗透、纳滤、超滤、微滤均为压力推动的 膜过程，即在压力的作用下，溶剂及小分子 通过膜，而盐、大分子、微粒等被截留，其 截留程度取决于膜结构。
（2）其他推动力
——电渗析采用带电的离子交换膜，在电场 作用下膜能允许阴、阳离子通过，可用于溶 液去除离子。
4、膜组件的结构与组装
端 盖
密 膜连 封 组接
浓缩 液
圈 件器
进
耐压容器
水
口
透过 液
（四）中空纤维式膜器件
1、基本构成
（1）中空纤维膜
将膜材料制成外径为80～400μm、内径为 40～100μm的空心管，即为中空纤维膜。
（2）中空纤维膜组件
将大量的中空纤维一端封死，另一端用环氧 树脂浇注成管板，装在圆筒形压力容器中， 就构成了中空纤维膜组件。
内压式（中进周出） 外压式（周进中出）
4、中空纤维膜设备操作
（1）操作过程
过滤、浓缩→反洗→清 洗→正洗
（2）操作注意事项
中空纤维组件必须在湿态下使用与保存。长 期停用时，用0.5%甲醛或次氯酸钠水溶液 保存。
操作过程
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
——气体分离是依据混合气体中各组分在膜 中渗透性的差异而实现的膜分离过程。
——渗透汽化是在膜两侧浓度差的作用下， 原料液中的易渗透组分通过膜并汽化，从而 使原液体混合物得以分离的膜过程。
4、常见膜的区别
——反渗透膜几乎无孔，可以截留大多数溶质（包
括离子）而使溶剂通过，操作压力较高，一般为2～ 10MPa；

根据 膜的 结构
根据 膜的 功能
固液天合 体体然成 膜膜膜膜
多 孔 膜
致 密 膜
离 子 交 换 膜
渗 析 膜
微 孔 过 滤 膜
超 过 滤 膜
反 渗 透 膜
渗 透 汽 化 膜
气 体 渗 透 膜
无机材料膜 有机高分子膜
固体膜
根据膜断面 的物理形态
根据固体 膜的形态
对称膜 不对称膜
复合膜
平板膜 管式膜 中空纤维膜 核径蚀刻膜
第6章 膜分离技术
知识点：膜分离过程的分类及定义，膜分离机理，膜分离 理论，超滤速度的影响因素，超滤膜污染及再生，超滤的 操作方式及设备，膜分离过程的应用实例。
重点：膜分离过程的分类，概念，实质及其适用范围。超 滤膜污染的常规处理方法，膜分离机理的毛细管流动模型 和溶解扩散模型，传递理论中过滤模型和浓差极化问题， 超滤器的型式及其方式。
常用膜分离技术的基本特征
项目 膜类型 操作压力 分离机理 适用范围
技术特点
不足之处
微滤 对称微孔膜 0.01MPa～颗粒大小、含微粒或菌体溶操作简便，通水量大，工有机污染物的分
(MF) 0.02～10μm 0.2MPa
形状
液的分离 作压力低，制水率高。 离效果较差。
超滤 不对称微孔膜 0.1 MPa～颗粒大小、有机物或微生物
水力方法
表面活性剂如SDS、吐温
80 、 Triton 、 X-100物( 一理种方法
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膜的特性：
不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界面分别 与两侧的流体相接触。 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种 物质透过，而不允许其它物质透过。
选择性透膜
膜上游 膜 膜下游 膜分离过程原理：以选择性膜为分离介质，通 过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力 差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透 过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧 称为膜上游，透过侧称为膜下游。
通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流动 的毛细管理论。
水通量（Jw）和截留率（R）：
W Jw At
R c1 c2 c1
W—透水量，A—膜的有效面积，t—时间 c1—料液中溶质浓度， c2—透过液中溶质浓度
膜分离基本原理
1.5 膜分离过程的类型
分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物 质，如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择 性透过实现的。几种主要的膜分离过程及其传递机理如表2所示。
式膜(Tubular Membrane)和中空纤维膜(Hollow Fiber membrane)。
4. 按膜的结构分类
按膜的结构分为： 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane)
1.4 膜过滤的基础理论
大分子物 非对称性膜
非电解质， 大分子物 离子交换膜
质
难渗透性 气体或蒸 汽
均相膜、复 合膜，非对 称膜
难渗透性 溶质或溶 剂
待分离物
均相膜、复 合膜，非对 称膜
乳状液膜、 支撑液膜
1.6 膜材料
用作分离膜的材料包括天然的与人工合成的有 机高分子材料和无机材料。