材料介紹

膜是具有選擇性分離功能的材料。無機(jī)膜由于各種優(yōu)良性能（如抗高溫、耐酸堿等），已得到廣泛應(yīng)用。由于技術(shù)發(fā)展水平限制，無機(jī)膜主要只有微濾和超濾級(jí)別的膜，主要是陶瓷膜和金屬膜。特別是超濾陶瓷膜，已經(jīng)在很多行業(yè)得到應(yīng)用，如重金屬廢水處理與回收。

工藝優(yōu)點(diǎn)

（1）在常溫下進(jìn)行

有效成分損失極少，特別適用于熱敏性物質(zhì)，如抗生素等醫(yī)藥、果汁、酶、蛋白的分離與濃縮

（2）無相態(tài)變化

保持原有的風(fēng)味，能耗極低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8

（3）無化學(xué)變化

典型的物理分離過程，不用化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染

（4）選擇性好

可在分子級(jí)內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)分離，具有普遍濾材無法取代的性能

（5）適應(yīng)性強(qiáng)

處理規(guī)?？纱罂尚?，可以連續(xù)也可以間隙進(jìn)行，工藝簡單，操作方便，易于自動(dòng)化

（6）能耗低

只需電能驅(qū)動(dòng)，能耗極低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8

應(yīng)用領(lǐng)域

微濾

具體涉及領(lǐng)域主要有：醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)（明膠、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高純水、城市污水、工業(yè)廢水、飲用水、生物技術(shù)、生物發(fā)酵等。

超濾

早期的工業(yè)超濾應(yīng)用于廢水和污水處理。三十多年來，隨著超濾技術(shù)的發(fā)展，如今超濾技術(shù)已經(jīng)涉及食品加工、飲料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物制劑、中藥制劑、臨床醫(yī)學(xué)、印染廢水、食品工業(yè)廢水處理、資源回收、環(huán)境工程等眾多領(lǐng)域。

納濾

納濾的主要應(yīng)用領(lǐng)域涉及：食品工業(yè)、植物深加工、飲料工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品深加工、生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、精細(xì)化工、環(huán)保工業(yè)等。

反滲透

由于反滲透分離技術(shù)的*、高效和節(jié)能的特點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門都得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于水處理和熱敏感性物質(zhì)的濃縮，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下：食品工業(yè)、牛奶工業(yè)、飲料工業(yè)、植物（農(nóng)產(chǎn)品）深加工、生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、制備飲用水、純水、超純水、海水、苦咸水淡化、電力、電子、半導(dǎo)體工業(yè)用水、醫(yī)藥行業(yè)工藝用水、制劑用水、注射用水、無菌無熱源純水、食品飲料工業(yè)、化工及其它工業(yè)的工藝用水、鍋爐用水、洗滌用水及冷卻用水。

其他

除了以上四種常用的膜分離過程，另外還有滲析、控制釋放、膜傳感器、膜法氣體分離、液膜分離法等。

技術(shù)特點(diǎn)

膜是具有選擇性分離功能的材料，利用膜的選擇性分離實(shí)現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于，膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。

膜的孔徑一般為微米級(jí)，依據(jù)其孔徑的不同（或稱為截留分子量），可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜，根據(jù)材料的不同，可分為無機(jī)膜和有機(jī)膜，無機(jī)膜主要是陶瓷膜和金屬膜，其過濾精度較低，選擇性較小。有機(jī)膜是由高分子材料做成的，如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

微濾（MF）又稱微孔過濾，它屬于精密過濾，其基本原理是篩孔分離過程。微濾膜的材質(zhì)分為有機(jī)和無機(jī)兩大類，有機(jī)聚合物有醋酸纖維素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。無機(jī)膜材料有陶瓷和金屬等。鑒于微孔濾膜的分離特征，微孔濾膜的應(yīng)用范圍主要是從氣相和液相中截留微粒、細(xì)菌以及其他污染物，以達(dá)到凈化、分離、濃縮的目的。

對(duì)于微濾而言，膜的截留特性是以膜的孔徑來表征，通?？讖椒秶?.1～1微米，故微濾膜能對(duì)大直徑的菌體、懸浮固體等進(jìn)行分離。可作為一般料液的澄清、保安過濾、空氣除菌。

超濾（UF）

是介于微濾和納濾之間的一種膜過程，膜孔徑在0.05um至1nm之間。超濾是一種能夠?qū)⑷芤哼M(jìn)行凈化、分離、濃縮的膜分離技術(shù)，超濾過程通?？梢岳斫獬膳c膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程。以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)水流過膜表面時(shí)，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質(zhì)通過，達(dá)到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。

對(duì)于超濾而言，膜的截留特性是以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)物的截留分子量來表征，通常截留分子量范圍在1000～300000，故超濾膜能對(duì)大分子有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、細(xì)菌）、膠體、懸浮固體等進(jìn)行分離，廣泛應(yīng)用大分子有機(jī)物的分離純化、除熱源。

納濾（NF）

是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術(shù)， 其截留分子量在80～1000的范圍內(nèi)，孔徑為幾納米，因此稱納濾?；诩{濾分離技術(shù)的*特性，其在制藥、生物化工、 食品工業(yè)等諸多領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

對(duì)于納濾而言，膜的截留特性是以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率來表征，通常截留率范圍在60～90%，相應(yīng)截留分子量范圍在100～1000，故納濾膜能對(duì)小分子有機(jī)物等與水、無機(jī)鹽進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)脫鹽與濃縮的同時(shí)進(jìn)行。

反滲透（RO）

是利用反滲透膜只能透過溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)或小分子物質(zhì)的選擇透過性，以膜兩側(cè)靜壓為推動(dòng)力，而實(shí)現(xiàn)的對(duì)液體混合物分離的膜過程。反滲透是膜分離技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，因具有產(chǎn)水水質(zhì)高、運(yùn)行成本低、無污染、操作方便運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn) ，而成為海水和苦咸水淡化，以及純水制備的節(jié)能、簡便的技術(shù).已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業(yè)。反滲透技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)中的水處理技術(shù)。

反滲透的截留對(duì)象是所有的離子，僅讓水透過膜，對(duì)NaCl的截留率在98%以上，出水為無離子水。反滲透法能夠去除可溶性的金屬鹽、有機(jī)物、細(xì)菌、膠體粒子、發(fā)熱物質(zhì)，也即能截留所有的離子，在生產(chǎn)純凈水、軟化水、無離子水、產(chǎn)品濃縮、廢水處理方面反滲透膜已經(jīng)應(yīng)用廣泛，如垃圾滲濾液的處理。

工藝原理

膜分離的基本工藝原理是較為簡單的。在過濾過程中料液通過泵的加壓，料液以一定流速沿著濾膜的表面流過，大于膜截留分子量的物質(zhì)分子不透過膜流回料罐，小于膜截留分子量的物質(zhì)或分子透過膜，形成透析液。故膜系統(tǒng)都有兩個(gè)出口，一是回流液（濃縮液）出口，另一是透析液出口。在單位時(shí)間（Hr）單位膜面積（m2）透析液流出的量（L）稱為膜通量（LMH），即過濾速度。影響膜通量的因素有：溫度、壓力、固含量（TDS）、離子濃度、黏度等。

由于膜分離過程是一種純物理過程，具有無相變化，節(jié)能、體積小、可拆分等特點(diǎn)，使膜廣泛應(yīng)用在發(fā)酵、制藥、植物提取、化工、水處理工藝過程及環(huán)保行業(yè)中。對(duì)不同組成的有機(jī)物，根據(jù)有機(jī)物的分子量，選擇不同的膜，選擇合適的膜工藝，從而達(dá)到好的膜通量和截留率，進(jìn)而提高生產(chǎn)收率、減少投資規(guī)模和運(yùn)行成本。

——超/微濾膜系統(tǒng)

超/微濾膜分離可取代傳統(tǒng)工藝中的自然沉降、板框過濾、真空轉(zhuǎn)鼓、離心機(jī)分離、溶媒萃取、樹脂提純、活性炭脫色等工藝過程。

濃縮提純技術(shù)

——納濾膜系統(tǒng)

膜分離技術(shù)在濃縮提純工藝上主要采用截留分子量在100～1000Dal的納濾膜。納濾膜的主要特點(diǎn)是對(duì)二價(jià)離子、功能性糖類、小分子色素、多肽等物質(zhì)的截留性能高于98%，而對(duì)一些單價(jià)離子、小分子酸堿、醇等有30～50%的透過性能，常被應(yīng)用于溶質(zhì)的分級(jí)、溶液中低分子物質(zhì)的洗脫和離子組分的調(diào)整、溶液體系的濃縮等物質(zhì)的分離、精制、濃縮工藝過程中。

納濾膜分離技術(shù)常被用于取代傳統(tǒng)工藝中的冷凍干燥、薄膜蒸發(fā)、離子交換除鹽、樹脂工藝濃縮、中和等工藝過程。

濃縮提純技術(shù)可采用的膜組件主要有：卷式膜、管式膜。

采用納濾膜分離技術(shù)濃縮提純的優(yōu)點(diǎn)：

行業(yè)應(yīng)用制藥行業(yè)

●生物發(fā)酵液過濾除菌及下游分離純化精制

●樹脂解析液的濃縮及解析劑回收

●農(nóng)藥水劑、粉劑的生產(chǎn)應(yīng)用

●中藥浸提液過濾除雜及濃縮

●中藥浸膏生產(chǎn)應(yīng)用

●合成藥、原料藥、中間體等的脫鹽濃縮

●結(jié)晶母液回收

食品行業(yè)

●乳清廢水處理

●乳制品生產(chǎn)加工應(yīng)用

●果汁澄清脫色

●食品添加劑濃縮

●茶飲料澄清濃縮

●啤酒、葡萄酒、黃酒的精制加工

●天然色素提取液的除雜及濃縮

●氨基酸發(fā)酵液過濾澄清及精制

染料化工和助劑

水溶性染料反應(yīng)液的脫鹽濃縮

●染料鹽析母液廢水回收

淀粉糖品

●糖液分離純化及濃縮

●果葡糖漿色普分離純化

●糖醇色普分離純化

●單糖、低聚糖及多糖的分離純化及濃縮

環(huán)保及領(lǐng)域

●紡織、染整、印染廢水處理及回用

●電鍍工業(yè)廢水*及資源回收

●礦山及冶金廢水處理回收

●淀粉廢水處理

●造紙廢水木質(zhì)素回收及廢水處理

●電泳漆廢水涂料回收

●酸、堿廢水處理回收

●市政污水的處理及回用

●洗車水、游泳池水、洗浴廢水等循環(huán)處理

生物技術(shù)

●生物蛋白、多肽、酶制劑等酵液過濾澄清及精制

工藝流程

①接通電源，確保泵在運(yùn)行過程中是正轉(zhuǎn)；

②參數(shù)設(shè)定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求的溫度和壓力，設(shè)置高的工作壓力和溫度；

③膜的準(zhǔn)備工作，膜在投入使用前必須進(jìn)行清洗，使膜達(dá)到理想的工作狀態(tài)；

④膜分離；

⑤膜清洗，膜在處理完物料后，受到一定污染，應(yīng)進(jìn)行一定清洗。

清洗

無機(jī)膜清洗：用1%HNO3溶液循環(huán)清洗15min，打開濾液閥門，讓濾液回到循環(huán)罐內(nèi)，讓其繼續(xù)清洗15min，之后用自來水系統(tǒng)清洗至中性；

有機(jī)膜清洗：用1%na5p3o10+0.5%edta+0.2%sds+naoh調(diào)PH11.0，清洗45min，之后用凈水洗至中性。

保存

若膜不使用超過3天，要用1%*將膜封存，冬季用20%甘油將膜封存。

膜系統(tǒng)圖

1、陶瓷膜系統(tǒng)（生物發(fā)酵液過濾除菌、中藥植提浸提液過濾除雜）

2、卷式膜系統(tǒng)（流體的過濾除雜精制及濃縮）

3、中空膜系統(tǒng)（水處理行業(yè)預(yù)處理）

技術(shù)介紹

超過濾是一種薄膜分離技術(shù)。就是在一定的壓力下(壓力為0.07～0.7MPa，不超過1.05MPa)，水在膜面上流動(dòng)，水與溶解鹽類和其他電解質(zhì)是微小的顆粒，能夠滲透超濾膜，而相對(duì)分子質(zhì)量大的顆粒和膠體物質(zhì)就被超濾膜所阻擋，從而使水中的部分微粒得到分離的技術(shù)。

超濾膜的孔徑是數(shù)十至幾百埃、介于反滲透與微孔膜之間。超濾膜的孔徑是由一定相對(duì)分子質(zhì)量的物質(zhì)進(jìn)行截留試驗(yàn)測(cè)定的，并以相對(duì)分子質(zhì)量的數(shù)值來表示。在水處理中，應(yīng)用超濾膜來除去水中的懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)。在醫(yī)藥工業(yè)上超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛。

超過濾膜受到污染或結(jié)垢時(shí)，一般采用雙氧水或次氯酸鈉溶液來清洗。不能通過反洗來清洗膜面。超過濾運(yùn)行溫度為45℃，pH=1.5～13.0。超過濾是去除水中有機(jī)物質(zhì)的一項(xiàng)措施，也可以去除微量膠體物、生物體以及樹脂碎末等。超過濾常置于除鹽系統(tǒng)之后，或置于反滲透裝置之前來保護(hù)反滲透膜。

超濾膜組件中所用的膜材料一般有：二醋酸纖維(CA)，三醋酸纖維(CTA)，氰乙基醋酸纖維(CN-CA)，聚砜(PS)，磺化聚砜(SPS)，聚砜酰胺(PSA)，還有*側(cè)基聚芳砜(PDC)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯腈(PAN)，聚酰亞胺(PI)，甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物(MMA-AN)及纖維素等。其中以醋酸纖維素(CA)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(POS)等已廣為應(yīng)用。此外，還有動(dòng)態(tài)形成的超濾膜。

膜技術(shù)是膜分離技術(shù)的簡稱，是仿生物學(xué)膜，通過人工材料（膜材料）實(shí)現(xiàn)不同介質(zhì)分離的技術(shù)，分離的過程多由壓力、濃度差、電勢(shì)差等因素驅(qū)動(dòng)。按照分離精度的不同，壓力驅(qū)動(dòng)膜又可以分為微濾（MF）膜、超濾（UF）膜、納濾（NF）膜和反滲透（RO）膜等等。

膜技術(shù)廣泛用于環(huán)境、能源、電子、醫(yī)藥等各個(gè)方面，近二十年來，由于膜技術(shù)可以去除常規(guī)處理工藝難以去除的水污染物，在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā)受到各國重視，不同種類的膜技術(shù)分別應(yīng)用于不同的細(xì)分領(lǐng)域，主要下游包括市政污水處理及再生、自來水處理、工業(yè)水回用、海水淡化、家用凈水器等。