超滤膜分离的基本原理篇1
关键词：膜；分离；制药
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，目前已广泛应用于电子、医药用纯水、饮用蒸流水、生物、环保、化工等领域，成为当今分离科学中最重要的手段之一。膜分离技术具有在常温下进行、无化学变化、选择性好、无相态变化、适应性强、能耗低等特点。由发酵法生产的微生物药物的分离和纯化正面临着含量低、易失活、收率低等问题，膜分离过程作为一种新型的分离技术得到了广泛的发展。本文对膜分离技术在生物制药中的应用进行综述。
1膜分离技术在抗生素、氨基酸和酶类分离纯化中的应用
1.1膜分离技术的特点
相对于传统工艺，膜分离具有简化工艺流程、产品质量高、操作简单、能耗低、收率高、环保、运行费用低等优点。
1.2分离原理
根据截留组分的不同，可以将膜过程分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗透蒸发、渗析、电渗析、气体分离等。用于发酵液后处理的膜技术主要是超滤，其次是纳滤、微滤、反渗透以及液膜分离等。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同，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。抗生素、氨基酸和酶类分离纯化主要应用超滤膜。
1.2.1微滤膜又称微孔过滤，它属于精密过滤，分离截留直径0.01～10？滋m以上的粒子。液固分离等方面，常作超滤的预处理过程，如发酵液中的菌体、细胞、不溶物等。
1.2.2超滤膜属于非对称多孔膜，是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，孔径在2～50nm。超滤膜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。超滤膜常用于处理发酵液可以截留病毒、蛋白质、酶、多糖等大分子物质。
1.2.3反渗透的分离基本原理是溶解扩散学说，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：生物医药、生物发酵、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水等。
1.2.4纳滤膜平均孔径2nm左右，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，处理发酵液时截留组分可小到抗生素，合成药、染料、双糖等，具有对小分子有机物有较高的截留性等特点。
1.3膜分离技术在抗生素、氨基酸和酶类微生物药物分离纯化中的应用
膜分离技术主要用于B一内酰胺类、大环内酯类、四环素类等抗生素以及氨基酸和酶类微生物药物分离纯化中的应用。李春艳、方富林等采用Ultra-flo超滤系统提纯未经任何预处理的头孢菌素C发酵液，过滤收率由原工艺的78%提高到83.8%[1]。梁万秋、何建勇等比较连续板式超滤与间歇板式超滤在头孢菌素C发酵液过滤提纯中的效果，结果连续板式超滤适应头孢菌素C的过滤分离及与后续提取工艺的整合[2]。冯建立，许振良，王学军等采用自制的三种中空纤维超滤膜（UF-1、UF-2和UF-3）对红霉素发酵液去除乳化现象进行了试验，结果表明超滤法可达到去除乳化的目的，同时提高了萃取的收率和质量[3]。张治国，王世展等采用蓬莱反渗透设备厂生产的nFB系列板式反渗透装置已成功地应用于济宁抗生素厂的链霉素生产中，收率明显提高，能耗和物耗大幅度降低[4]。叶榕等采用超滤-纳滤集成膜分离技术代替传统的薄膜蒸发法提纯浓缩卡那霉素树脂解吸液，实验结果表明浓缩倍数、浓缩收率、损失率、平均膜通量等指标均优化[5]。
2分离纯化的方式方法
根据近年来国内外应用膜分离纯化微生物药物的方式方法，大致有以下几类。
2.1分离方式
对于纳滤，可以将萃取液用疏水性纳滤膜处理进行浓缩或用亲水性纳滤膜对未经萃取的抗生素发酵滤液进行浓缩，减少萃取剂的用量。
2.2多层液膜分离
例如红霉素在水/油乳状液滴中的渗透，乳状液滴中一旦形成的浓团，会使分离性能降低。为防止这种情况发生，料液和乳状液应分别为分散相和连续相进行分离。
2.3组合分离
抗生素发酵液的分离有时候需要多个膜分离操作。通常先采用微滤或超滤，去除盐和水，再采用纳滤浓缩。
2.3.1超滤和纳滤膜组合分离。何旭敏等用超滤膜处理6-apa的钾盐，经反应罐中裂解后，再经纳滤膜浓缩，裂解率为97.5%[6]。
2.3.2超滤和反渗透膜组合分离。李十中等先用截留分子量5万的超滤膜处理土霉素结晶母液，除去母液中的悬浮物和大分子物质，得到土霉素的纯度82.9%[7]。
2.3.3膜分离技术与传统的分离技术相结合。膜分离技术与传统的分离技术相结合，在不同程上吸取了膜分离和传统分离方法的优点而避免了两者原有的缺点。李十中等利用超滤/萃取法提取青霉素G、红霉素和麦迪霉素，发现新工艺收率高，静置分层快，不需要离心分离或活性炭脱色。
结束语
目前的膜分离技术在生物制药应用研究非常活跃，广泛用于生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制、结晶母液回收、氨基酸发酵液过滤澄清及精制、生物蛋白、多肽、酶制剂等酵液过滤澄清及精制等。膜分离技术突出的优点和其广阔的潜在市场使膜分离技术将在微生物制药中发挥更为重要的作用。
参考文献
[1]李春艳，方富林，何旭敏，夏海平，蓝伟光.超滤法提纯头孢菌素C的应用研究[J].福建医科大学学报，2001，3-30.
[2]梁万秋，何建勇，陈晓强.连续板式超滤系统在头孢菌素C发酵液过滤提纯中的应用[J].沈阳药科大学学报，2007（12）.
[3]冯建立，许振良，王学军，杨志和.超滤去除红霉素发酵液乳化现象的研究[J].中国抗生素杂志，2007，3，25.
[4]张治国，王世展，姜作禹，景玉钧，林永斌，褚庆国.板式反渗透装置在链霉素生产工艺中的应用[J].水处理技术，1994，12.
[5]叶榕，李春艳.超滤-纳滤集成技术提纯浓缩卡那霉素[J].福建医科大学学报，2002，9，30.
超滤膜分离的基本原理篇2
论文摘要:本文首先论述了超滤膜技术的基本原理及特点,进而从5个方面论述了超滤膜技术在水处理中的应用,以供参考。
1前言
超滤膜技术是一种能够将溶液进行净化、分离或者浓缩的膜透过分离技术,介于微滤和纳滤之间。超滤膜是悬浮颗粒及胶体物质的有效屏障,同时超滤膜也可以实现对“两虫、藻类、细菌、病毒和水生生物的有效去除,从而达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。与传统工艺相比,超滤膜技术在水处理方面具有能耗低、操作压力低、分离效率高、通量大及可回收有用物质等优点,广泛应用于饮用水净化、生活污水回收、含油废水、纸浆废水、海水淡化等水处理中。在此,本文就超滤膜技术在环境工程水处理中的应用展开简要阐述,以供参考。
2超滤膜技术的基本原理及特点
2.1超滤膜技术的基本原理
超滤(UltraFiltration,简称UF)是溶液在压力作用下,溶剂与部分低分子量溶质穿过膜上微孔到达膜的另一侧,而高分子溶质或其他乳化胶束团被截留,实现从溶液中分离的目的。其截留机理主要是筛分作用,但有时膜表面的化学特性(膜的静电作用)也起着截留作用。超滤分离时是在对料液施加一定压力后,高分子物质、胶体物质因膜表面及微孔的一次吸附,在孔内被阻塞而截留及膜表面的机械筛分作用等三种方式被超滤膜阻止,而水、无机盐及低分子物质透过膜。
超滤膜技术截留分子量的定义域为500-500000左右,对应孔径约为0.002-0.1μm,操作静压差一般为0.1-0.5mpa,被分离组分的直径约为0.005-10μm。
2.2超滤膜技术的特点
1.对杂质的去除效率高,产水水质大大好于传统方法。
2.彻底消除或者大大减少化学药剂的使用,避免二次污染。
3.系统易于自动化,可靠性高。运行简易,设施只有开启,关闭两档。
4.具有良好的化学稳定性,有耐酸、耐碱以及耐水解的性能,能广泛应用于各种领域。
5.耐热温度可达到140℃,可采用超高温的蒸汽和环氧乙烷杀菌消毒;能在较宽的pH范围内使用,可以在强酸和强碱和各种有机溶剂条件下使用。
6.过滤精度高,能有效滤除水中99.99%的胶体、细菌、悬浮物等有害物质。
7.与常规水处理系统费用相当生活污水经过超滤使处理水质变好从而进行回用,而工业废水中由于一般技术不能达标,采用超滤技术能充分处理废水。
3超滤膜技术在水处理中的应用
3.1饮用水净化
当前,随着我国水污染问题的日益严重,我国出现了新的水质问题,如贾第虫和隐孢子虫(两虫)问题、水蚤及红虫问题、藻类污染加剧及臭味和藻毒素问题、水的生物稳定性问题等。而将超滤膜技术应用于饮用水的净化时,其可去除水中包括水蚤、藻类、原生动物、细菌甚至病毒在内的微生物,对水中的致病微生物、浊度、天然有机物、微量有机污染物、氨氮等都有较好的处理效果,能满足人们对水质的要求。
如,张艳等[2]以混凝沉淀为预处理方法,通过中试试验,对浸没式超滤膜处理东江水的最佳运行方式进行了研究,该工艺通过对水中的致病微生物、浊质、天然有机物、有毒有害微量有机污染物、氨氮、重金属等设置多级屏障,可以使其含量得到逐级削减,最后得到优质饮用水。
3.2造纸废水的处理
超滤膜技术应用于造纸废水中,主要是对某些成分进行浓缩并回收,而透过的水又重新返回工艺中使用。一般,造纸废水膜分离技术研究主要包括:回收副产品,发展木素综合利用;制浆废液的预浓缩;去除漂白废水中的有毒物质等。
杨友强等[3]研究了超滤法处理造纸磺化化机浆(SCmp)废水及影响超滤的各种因素,结果表明:截留分子量为20000u的聚醚砜(peS200)膜适于处理SCmp废水,清洗后膜的通量可恢复98%。黄丽江等[4]采用0.8μm微滤(mF)与50nm超滤(UF)无机陶瓷膜组合工艺对造纸废水进行了处理,在温度为15℃、压力为0.1mpa的操作条件下,0.8μm膜对CoD的去除率为30%~45%,50nm膜对CoD的去除率为55%~70%。
3.3含油废水的处理
含油废水存在的状态分三种:浮油、分散油、乳化油。前两种较容易处理,可采用机械分离、凝聚沉淀、活性炭吸附等技术处理,使油分降到很低。但乳化油含有表面活性剂和起同样作用的有机物,油分以微米级大小的离子存在于水中,重力分离和粗粒化法都比较困难,而采用超滤膜技术,它使水和低分子有机物透过膜,在除油的同时去除CoD及BoD,从而实现油水分离。
如,油田含油废水中通常油量为100~1000mg/L,超过国家排放标准(<10mg/L),故排放前采用先进的高效衡压浅层气浮技术和中空纤维膜分离技术进行了分离,在操作压力为0.1mpa、污水温度40℃时,膜的透水速度可达60~120L/(m2·h),出水中含油量为痕迹,悬浮物固体含量平均值为0.32mg/L,悬浮物粒径中值平均值为0.82μm,完全达到了特低渗透油田回注水的水质标准。
3.4城市污水回用
城市污水是一种重要的水资源,国外早已开始广泛英语膜法进行城市污水回用,随着我国水污染问题的愈发严重,将超滤膜技术应用于城市污水回用,也日渐引起了人们的关注。如,汤凡敏等[5]利用CaSS与超滤膜组合工艺处理小区生活污水,当水力停留时间为12h、CoDCr浓度在215~677mg/L之间时,该工艺出水CoDCr稳定在30mg/L左右;nH3-n浓度为22.2~41.2mg/L时,出水nH3-n最低可达0.2mg/L,去除率达到90%以上,出水pH值在7.26~7.89之间,出水浊度小于0.5,出水水质优于回用水标准,可直接回用。
3.5海水淡化
海水淡化技术经过半个世纪的发展,从技术上已经比较成熟,目前主要的海水淡化方法有反渗透(SwRo)、多级闪蒸(mSF)、多效蒸发(meD)和压汽蒸馏(VC)等,而适用于大型的海水淡化的方法只有SwRo、mSF和meD。随着膜技术的不断发展,从19世界60年代开始膜技术开始应用于海水淡化。但在这一过程中,由于膜污染问题,使得反渗透系统在处理海水方面出现了瓶颈,而超滤膜技术的应用,可有效地控制海水水质,为反渗透系统提供高质量的入水。
如,叶春松等[6]采用中空纤维超滤膜直接处理高浊度海水,该超滤膜的产水浊度平均值为0.11ntU,SDi15平均值为2.4,CoD的平均去除率为60.0%,胶硅的平均去除率为89.0%,跨膜压差小于6.0×104pa,远远小于超滤膜本身最大操作压差2.1×105pa,该超滤膜对浊度高、变化大的海水有很强的适应性,可以在以高浊度海水为进水的情况下作为海水反渗透系统的预处理装置。
参考文献:
[1]张安辉,游海平.超滤膜技术在水处理领域中的应用及前景[J].化工进展,2009(S2).
[2]张艳,李圭白,陈杰.采用浸没式超滤膜技术处理东江水的中试研究[J].中国环境科学,2009,29(1).
[3]杨友强,陈中豪,李友明.超滤法处理造纸化机浆废水的研究[J].中国给水排水,1999(12).
[4]黄江丽,施汉昌,钱易.mF与UF组合工艺处理造纸废水研究[J].中国给水排水,2003(6).
超滤膜分离的基本原理篇3
关键词：超滤技术；化工企业；应用；分析
中图分类号：G712文献标志码：a文章编号：1674-9324（2012）07-0197-03
前言：
超滤开始时，溶质分子均匀地分布在溶液中，超滤的速度相当快。但是，随着小分子的不断排出，大分子被截留堆积在膜表面，导致浓度越来越高，而且，自下而上会形成浓度梯度，由此导致浓度极化现象的发生。另外，化工企业在搞生产时，总会出现一些难以解决的难题，就拿其中一个难题来说明吧，在进行生产时，由于气体中带有一些小的液滴或油污，而这些小液滴和油污在生产过程中不能得到有效分离，它们就有可能使在合成部分化工产品如天然气净化、尿素、硝酸、硝铵、合成氨时，所使用的一切催化剂中毒失效，也会降低热交换设备的效率从而增大换热阻力。但是自从中石油公司大庆炼化公司采用超滤技术和超滤装置后，就克服了这些传统分离技术的缺陷，他们在使用新技术和新材料后提高了生产效率，降低了换热阻力，增加了过滤材料的寿命。因此我们在生产过程中也要不断地更新设备，从而达到技术提高的目的，在此基础上增加过滤分离材料的精度可把生产效率提高到99%以上。
一、超滤技术的定义及其特点
超滤技术是一门新型的非常实用的技术，是一门已经在诸多领域得到广泛应用的科学的技术。超滤技术的膜表面微孔机构在对物质进行分离时具有选择性，它能使通过膜表面的液体混合物的大小分子分离，把大分子物质截留，让小分子溶质通过，这样原液的大分子浓度就得到了提高，大小分子就有效地得到了分离浓缩和净化。
超滤技术的特点，例如：①超滤过程仅采用压力作为膜分离的动力、分离装置简单、操作流程短、操作比较简便易掌握、易于控制和维护；②超滤技术分离效率高、能耗较低、对稀溶液中的微量成分的回收、低浓度溶液的浓缩均非常有效；③超滤过程不发生相变化、无需加热、无需化学试剂、环保节能。④超滤技术并不是万能的，不是所有的气、液、固混合物都能分离，例如，不适用分离那些高浓度、高粘度的气固混合物；不适用于低压大流量的情况下，在高压状态下也要设置旁通设备，如果不润许设置旁通时，开启阀门时，要缓慢的进行，不要过快过急，待背压建立后全开阀门。
二、超滤技术的发展现状
1861年Schmidt用牛心包膜截留阿拉伯胶；1963年michaels开发了不同孔径的不对称Ca超滤膜；1965年开始，不断有高聚物超滤膜的新品种出现，并很快在市场上推广；20世纪80年代至90年代，超滤技术在工业上得到重视并且发展迅猛。在目前情况下，工业所用的分离膜都是以多孔陶瓷膜为主或以它为支撑体的复合膜，近些年国外也出现了部分烧结不锈钢微孔管内壁的纳米技术，通过这项技术构成不锈钢膜。超滤技术在近30年里得到前所未有的发展，超滤技术在工业废水处理、饮用水制备、制药工业、食品工业、生物产品加工、金属加工涂料、化工、石油、天然气化工石油加工等领域被广泛使用。超滤技术在科研人员及现场工人的实践和探索中不断得到完善，在分离流体和净化流体方面，尤其是在非均相高效气液分离方面已经达到或超过世界先进水平。
目前国内拥有先进超滤技术的公司和企业有很多，其中最具有代表性的是西安超滤公司，该公司应用了高效、低阻及寿命长的过滤原材料，传统惯性分离技术基础上，研制出了无论从装置的结构还是原材料的精度方面都大大提高的新型高效过滤装置。
三、化工企业超滤技术的基本原理
实验表明，各种雾滴粒径大小不等。重力原因形成的雾滴粒径多在100μm以上、温度原因形成的雾滴粒径在10μm～100μm之间、压力原因形成的雾滴粒径在0.01～10μm之间，这些1μm粒子重量百分比在40%以上。
超滤过程是在一个密闭的容器装置中进行的，是以压缩空气为动力，推动容器内的活塞前进，使样液形成内压，容器底部设有坚固的膜板。小于膜板孔径直径的小分子，受压力的作用被挤出膜板外，大分子被截留在膜板之上。采用超滤技术进行高效气液分离效果非常好，尤其对于粒径在10μm以下的小粒子分离效果特别好。
超滤技术采用的纤维过滤材料效率高阻力低同时它也改进了过滤材料的使用寿命如：①这种材料纤维细、精度高、容尘量大、孔隙率大材质连续使用寿命增加等；②滤芯采用折叠式，在阻力不变时，这种模式使流通面积成倍增加，纳污量和寿命都增加三倍；③结构设计上不但保留了传统技术的所有优点有分离作用发挥到了最大限度。
四、超滤技术在化工企业的具体应用
超滤膜分离的基本原理篇4
【摘要】目的研究蒲公英多糖的超滤分离和自由基的清除作用。方法采用不同孔径的超滤膜分离蒲公英多糖，用Fenton反应体系和邻苯三酚自氧化法测定对羟自由基和超氧阴离子的清除作用。结果超滤分离得到蒲公英多糖3个组分，测定了组分Dp1和Dp2对自由基的清除作用，两组分对羟自由基清除作用强，且Dp1高于Dp2；两组分清除超氧阴离子的效果不明显，Dp1略高于Dp2。结论超滤膜能较好地分离蒲公英多糖，其中Dp2组分多糖含量较高，占53.71%。Dp1和Dp2组分均能清除羟自由基和超氧阴离子，对羟自由基清除能力较强，且Dp2高于Dp1，当浓度达到5mg/ml时，Dp2的清除率达到61.21%。
【关键词】蒲公英多糖；超滤分离；羟自由基；超氧阴离子
abstract：objectivetoresearchontheabilitytoscavengefreeradicalofdandelionpolysaccharidebyultrafiltrationseparation.methodsDandelionpolysaccharidewereultrafiltratedbyultrafiltrationmembraneofdifferentaperture，andthescavengingeffectonhydroxylfreeradicalandsuperoxideanionfreeradicalweredeterminedbyFentonsystemandthepyrogallolautoxidationmethod.Resultsthreepartswereobtainedbyultrafiltrationmembrane.theabilitytoscavengefreeradicalofDp1andDp2weredetermined.twopartscouldscavengehydroxylfreeradicalpowerfullyandDp2hadstrongeractivitythanDp1.Buttheabilitytoscavangesuperoxideanionfreeradicalofdandelionpolyscccharidewasnotobvious，Dp1hadslightlystrongeractivitythanDp2.ConclusionDandelionpolyscccharidecanbewellseparatedbyultrafiltrationmembrane.Dp2hashigherpolysaccharidecontentaccountingfor53.71%.HydroxylfreeradicalandsuperoxideanionfreeradicalcanbescavengedwithDp1andDp2，buttheabilityismorepowerfultoscavengehydroxylfreeradicalandDp2isbetterthanDp1.activityrateofDp2isupto61.2%，whentheconcentrationofpolyscccharideisupto5mg/ml.
Keywords：Dandelionpolysaccharide;Ultrafiltrationseparation;Hydroxylfreeradicals;Superoxideanionfreeradicals
多糖具有广泛的药理作用，如作为免疫调节剂，激活巨噬细胞、t淋巴细胞、LaK细胞等多种免疫细胞，促进细胞因子生成，活化补体，可抗肿瘤、抗病毒、抗感染、抗消化性溃疡、抗氧化、防衰老、降血糖血脂等，而且毒性相对较低，因此，越来越受到研究人员的重视［1］。超滤作为一种新型的分离技术，用于多糖、酶等活性物质的分离与纯化，收率高且极少破坏，是当前天然多糖分离研究中十分活跃的领域［2］。蒲公英taraxacummongolicum是菊科舌状花亚科多年生草本，全草均可入药，有清热解毒、止痛散淤等功效，是中医临床上常用的中草药。蒲公英根、叶、花3种器官的多糖都有一定的清除自由基的活性［3］。本文主要通过超滤分离将蒲公英根多糖分为两个组分，研究并对比了其清除羟自由基和超氧阴离子的活性。
1材料与仪器
1.1材料蒲公英，采自黑龙江省五大连池市。
1.2器材Ueip503、UeoS503型中空纤维膜组件，752n紫外可见分光光度计。
2方法
2.1多糖提取工艺流程蒲公英根干粉热水浸提离心分离微滤超滤分离乙醇沉淀脱蛋白真空干燥蒲公英粗多糖。
2.2超滤及其预处理浸提液在超滤前用0.45μm微滤膜除去粗提液中的固形物以降低对超滤膜的污染。控制超滤压力为0.08mpa，将蒲公英多糖的浸提液先用孔径10KDa的超滤膜进行超滤处理。滤过液继续采用6KDa的超滤膜进行超滤处理，分别测定10KDa超滤膜的截留液、6KDa超滤膜的截留液、6KDa超滤膜的滤过液中的总糖、还原糖含量，计算各部分多糖含量，分析蒲公英多糖的大致分子量分布情况。图1显示了各部分的比例和含量。
2.3多糖含量的测定总糖含量的测定采用蒽酮－浓硫酸法［4］；还原糖含量的测定采用3，5－二硝基水杨酸比色法［4，5］。
多糖含量=总糖含量-还原糖含量［6］
2.4蛋白含量的检测蒲公英粗多糖溶液经木瓜蛋白酶和三氯乙酸（tCa）脱蛋白后，测定其在260nm和280nm处的吸光值［7］。
2.5多糖清除·oH的测定清除·oH试验的方法：采用Fenton反应体系［8］。清除率e(%)计算公式为：
e(%)=［a0－(ax－ai)/a0］×100%
式中：a0为空白对照液的吸光度；ax为加入多糖溶液后的吸光度；ai为不加显色剂H2o2多糖溶液的本底的吸光度。
2.6多糖清除o2-·的测定多糖清除o2-·的试验采用邻苯三酚自氧化法［9］。清除率e(%)计算公式为：
e(%)=(a对照－a样品)/(a对照－a空白)
式中：a空白空白组的吸光度；a对照为对照组的吸光度；a样品为多糖液的吸光度。
3结果
3.1蒲公英多糖的分子量分布称取30g蒲公英根粉末加入30倍的水80℃浸提两次，3h/次。浸提液经抽滤后加水定容至1500ml。浸提液中总糖含量为2.14mg/ml，还原糖的含量为0.31mg/ml，多糖含量为1.83mg/ml。根据上述超滤方法得到蒲公英多糖不同组分多糖分布如图1所示。
由图1可知，蒲公英多糖分子量大于10KDa(Dp1)占蒲公英多糖的35.50%，分子量在6KDa与10KDa之间(Dp2)占蒲公英多糖的53.71%，而分子量小于6KDa(Dp3)只占蒲公英多糖的10.79%。本实验采用多糖分布量较大两个部分Dp1、Dp2继续研究它们的清除自由基的活性，Dp1、Dp2经木瓜蛋白酶和tCa脱蛋白后在260nm和280nm处检测无明显吸收。
3.2蒲公英多糖清除·oH的作用分别配5mg/mlDp1、Dp2溶液，根据Fenton反应，其对·oH的清除率见表1及图2。由表1、图2可知，蒲公英多糖Dp1、Dp2对·oH有清除作用，并随着多糖加入量的增加清除率上升，即清除率与多糖的用量之间存在一定的量-效关系。其中Dp2的清除率高于Dp1，当浓度达到5mg/ml时Dp2的清除率达到61.21%而Dp1为49.78%。表1不同组分多糖对·oH的清除率（略）
3.3蒲公英多糖清除o2-·的作用根据邻苯三酚自氧化法，蒲公英多糖Dp1、Dp2清除o2-·的作用见表2、图3所示。表2不同组分多糖对o2-·的清除率（略）
由表2、图3可知，蒲公英多糖Dp1、Dp2对o2-·具有一定的清除作用，并随着用量的增加清除率逐渐上升但清除能力不如对·oH明显。这两个组分中Dp1的清除能力略高于Dp2，当浓度达到2.5mg/ml的时Dp1清除率为14.65%略高于Dp2的13.14%。
4结论
目前人们已经提出各种学说来解释机体的衰老、疾病等生理现象，如自由基学说、免疫功能下降学说、生物膜衰老学说、代谢失调学说等，其中被人们普遍接受的是氧自由基学说，最能解释机体衰老、生病的机理。研究表明，毒性氧离子包括o2-·，H2o2·oH等，这些毒性氧自由基能够使细胞膜脂质过氧化，增强细胞膜通透性，使细胞内容物流出，同时还损伤蛋白质和Dna。本文通过对蒲公英粗多糖超滤分离后，可得到3个组分即Dp1、Dp2HDp3，其中Dp2多糖含量最高，占蒲公英多糖含量的53.71%，对两个含多糖较多的主要组分Dp1和Dp2清除羟自由基和超氧阴离子的能力进行了初步研究，显示两组分均能清除羟自由基和超氧阴离子，且在本实验范围内随多糖浓度的升高，清除能力逐渐加强。其中对羟自由基的清除能力Dp2高于Dp1，在5mg/ml时达到61.21%，对羟自由基产生明显的抑制作用。而对超氧阴离子的清除能力Dp1略高于Dp2。从总体的清除效果看，二者对羟自由基有较强的清除能力。本实验为蒲公英多糖对人机体的作用提供了间接的依据，为蒲公英多糖的分离纯化及蒲公英多糖生物活性的研究提供基础资料。
参考文献
［1］周林珠，杨祥良，周并炎，等.多糖抗氧化作用研究进展［J］.中国生化药物杂志，2002，23(4):210.
［2］韩永萍，何江川，缪刚.超滤提纯姬松茸多糖的研究［J］.中国食用菌，2004，24(2):44.
［3］付学鹏，杨晓杰，李本丽，等.蒲公英不同器官多糖含量测定及抗氧化性研究［J］.食品研究与开发，2008，29(3):26.
［4］张惟杰.糖复合物生化研究技术，第2版［m］.杭州:浙江大学出版社，2001：12.
［5］陈毓荃.生物化学实验方法和技术［m］.北京：科学出版社，2002：97.
［6］吴建中，郭开平，傅亮，等.采用超滤技术浓缩提纯南瓜多糖［J］.食品研究与开发，2006，27(2):41.
［7］杨贝，庄延，邵雪玲.仙人掌多糖清除活性氧作用初探［J］.武汉植物学研究，2004，22(2):183.
超滤膜分离的基本原理篇5
关键词：水处理；膜分离技术；应用
中图分类号：B819文献标识码：a
progressoftheapplicationofmembraneSeparationtechnologyinwastewatertreatment
RanqiongUnitthree：ChongqingFengtechnologyCo.Ltd.
abstract：themembraneseparationtechnologyincludingelectrodialysis，microfiltration，ultrafiltration，nanofiltration，reverseosmosismembraneseparation.Comparedwiththetraditionalwatertreatmentmethod，whichhasgoodtreatmenteffect，highdegreeofautomationadvantages.thispaperbrieflyintroducesthebasicprincipleofthemembraneseparationtechnology，emphaticallyintroducesthestatusoftheirapplicationsinthefieldofwatertreatment，showthatthemembraneseparationtechnologyhaswideapplicationprospectinthefieldofwatertreatment.
Keywords：watertreatment；membraneseparationtechnology；application
前言
上世纪60年代，膜分离技术发展迅速，目前被广泛应用在水处理环境工程中。膜分离技术属于新型分离净化方法，其技术耐用可靠、分离效果良好，具有能耗低、工艺简单、操作方便优点，并且不会产生二次污染。适合用在饮用水处理、工业废水（生活污水）净化、苦咸水脱盐处理、海水淡化等领域中。我们要对膜分离技术不断进行改进和创新，努力扩大该技术的使用范围，使其在水处理环境工程中发挥更多作用，为促进我国经济发展和水资源保护做出新贡献。
1污水膜技术处理研究进展
1.1电渗析
电渗析（eD）具有以下优点：（1）能耗低；（2）对原水含盐量适应能力强、预处理简单；（3）操作简便；（4）设备紧凑耐用；（5）水的利用率高。经过长期的发展和实践，电渗析技术已经较为成熟，并在苦咸水淡化和工业废水处理中获得了较多应用。
苦咸水淡化是电渗析技术的最大应用。目前全球已有近千座苦咸水淡化的电渗析设备相继建成，中国在1988年在山东潍坊建成一座日产淡水100m3的电渗析苦咸水处理厂，进水含盐量为3500mg/L，淡水含盐量为500mg/L，总耗电量为2.4kw/m3淡水。目前中国电渗析淡化苦咸水能力已达60万m3/d。
电渗析在水处理中的应用有一定的局限性。对于高含盐量废水，由于存在反过程和浓差极化现象，脱盐效果将大幅下降，而对于低含盐量废水，则存在着离子交换技术等的竞争，因此目前电渗析技术多用于进水含盐量在500～4000mg/L的水处理，此时其技术经济性较好。此外电渗析难以去除溶解度小的盐类，对不带电荷的物质如悬浮物、有机物、细菌等无脱除能力，对原水的预处理要求也较为严格，因此电渗析应用受到局限。随着反渗透技术的快速发展和应用，电渗析技术的应用受到进一步的挑战，以电渗析应用最多的苦咸水淡化为例：目前苦咸水淡化正逐渐被反渗透取代。随着膜制造技术的发展和成本的下降，电渗析的应用领域正在不断扩大。在低浓度苦咸水淡化和特定工业废水处理中，电渗析技术在仍有着较为广阔的前景。
1.2微滤
实施微孔过滤的膜称为微滤膜。微滤膜具有以下优点：（1）过滤精度高，可以过滤液体中所有大于孔径的物质；（2）滤速快，由于膜薄且孔隙大，传质阻力较常规过滤要小很多；（3）对溶液的吸附很少，可忽略不计；（4）膜上无介质脱落，可以获得高纯度滤液。目前微滤膜在应用中仍存在投资运行成本高和膜污染等问题，同时微滤膜孔隙较大，对有机物和重金属去除效率不高，也在一定程度上限制了微滤膜的应用。随着新型功能性膜材料的开发以及“超薄”和“活化”膜皮层技术的发展，微滤膜的投资运行成本将进一步降低，膜污染问题也将进一步得到缓解。因此，微滤膜在水处理领域有着广阔的应用前景，尤其在mBR工艺和Ro预处理工艺中，具有比较强的优势。
1987年，美国采用微滤膜建成世界上第一座膜分离水厂。目前世界上最大的微滤膜水厂为美国加州Saratoga水厂，处理能力为1.9万m3/d。该水厂可处理浊度250ntU以上的原水，并且出水一直保持在0.05ntU以下。国内首座大规模应用mF的水厂为顺德市五沙水厂。此水厂由于厂地限制，在扩建时采用mF代替砂滤，一次性投资和运行费用分别较砂滤高38%和24%，但mF出水水质稳定，明显优于砂滤，且占地省、自动化控制能力好。由于微滤膜对有机物的去除率不高，因此在进行饮用水深度处理时，常将mF与其它工艺联用，如臭氧+生物活性炭+微滤。
1.3超滤
超滤是一种介于纳滤和微滤之间的压力驱动型膜分离技术。随着国内自来水标准的提高，以及水务市场大量资金的涌入，超滤膜在中国饮用水深度处理领域将呈几何倍数增长。由于超滤膜可以截留水中的大分子物质和较小微粒，因此在工业废水处理中，超滤常用于去除废水中有毒有害物质和回收废水中的有用成分，目前已在纺织染料废水、造纸废水、制革废水、食品废水、屠宰废水等领域中获得了一定的应用。此外，超滤也被用于反渗透的预处理，用于去除废水中的重金属离子，如在电镀废水与反渗透联合去除和回收废水中六价铬、镍、铜、锌等重金属离子。
在化工、石油、电厂等大型工业领域，超滤的应用已经非常广泛。超滤既可以循环处理合格的工业过程水，如冷凝水、冷却水、循环水和化学水，也可以与其它工艺联合，制备合格的纯水，如电厂和钢厂的锅炉补给水。此外超滤在中水回用中也有一定的应用。
虽然超滤膜同样存在着投资运行成本高和膜污染的问题，但目前已得到了广泛的应用，尤其在饮用水深度处理领域，已有大量的应用。随着膜制造技术的快速发展，超滤将获得越来越多的应用。
目前常用的饮用水深度处理工艺为臭氧-活性炭工艺，但该工艺对水中的某些致癌离子去除率不高，对浊度和微生物的去除也不够稳定，而超滤技术可有效避免以上问题，因此在饮用水深度处理上获得了越来越多的应用。新加坡已建成产水量为27.5万m3/d的大型超滤水厂，北美已有超过250座超滤水厂，总处理水量达到300万m3/d。1996年，全球超滤水厂总处理水量为20万m3/d，到2006年，总处理水量已达800万m3/d以上，发展十分迅速。目前美国70%的自来水厂已采用超滤膜进行深度处理。中国超滤水处理技术开始于20世纪90年代中期，2005年建成了第一座超滤给水厂―――苏州市木椟镇渡村水厂，日处理能力1万m3/d。随着国内自来水标准的提高，以及水务市场大量资金的涌入，超滤膜在中国饮用水深度处理领域将呈几何倍数增长
1.4纳滤
纳滤是介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术，也是当前膜分离领域研究的热点之一。纳滤膜也存在投资高和膜污染的问题。然而，随着技术发展，人工合成化合物数量急剧增大，水体污染也日益复杂，纳滤水处理技术以其独特的优势正表现出广阔的前景，尤其在饮用水处理领域，具有很大的优势。
1.5反渗透
反渗透以压力差为推动力，利用反渗透膜的选择透过性进行膜分离过程。反渗透可以有效去除水中的各种无机离子、大分子溶质和胶体物质，并且成本较低、对环境污染小，目前已广泛用于海水和苦咸水淡化、纯水生产和中水回用等领域。目前反渗透已成为苦咸水淡化最具竞争力的工艺方法。随着反渗透膜技术的发展和成本的降低，反渗透已逐渐成为脱盐的主流工艺。作为现代工业一种十分重要的原料，纯水已广泛应用于微电子、半导体、化工、电力和医药等领域。当前，利用反渗透生产纯水的技术已经非常成熟，相较传统的阴阳离子交换工艺，反渗透产水水质好，产水量大，因此反渗透正逐步取代阴阳离子交换工艺，成为纯水生产的主导技术。反渗透膜同样存在着成本高和膜污染问题.然而，随着技术的发展，反渗透的应用成本不断降低，性能不断提高，反渗透在水处理领域的应用将越来越广阔，尤其在海水淡化、纯水生产和中水回用领域，具有很强的优势。
目前海水淡化装置采用反渗透膜技术越来越多，尤其是21世纪初出现的能量回收技术，极大地降低了反渗透膜在海水淡化中的应用成本。目前以色列的世界最大的反渗透海水淡化装置年产水量已达1.11亿m3，可满足以色列13%的用水需求。目前反渗透已成为苦咸水淡化最具竞争力的工艺方法。随着反渗透膜技术的发展和成本的降低，反渗透已逐渐成为脱盐的主流工艺。
2膜分离技术在废水处理中的应用
（1）含油废水处理。在机械行业中，工件的清洗、以及石油化工行业在炼油过程中均会产生很多含油的废水。在处理含油废水时经常采用超滤膜分离技术。含油废水中的油一般以乳化油、分散油与漂浮油的形式存在。在三者之中乳化油的处理难度最大。如果采用化学法或者电解法来使油粒产生凝聚则会使废水处理的成本大大增加。而超滤技术可以直接将油水进行分离，尤其适用于对高浓度乳化油的处理。在处理乳化油废水时，超滤膜可以阻止油粒分子的通过使其逐渐形成漂浮油漂在水面上，这样通过撇油设备就可以将其清除。
（2）电镀废水处理。电镀废水中存在着多种致癌剧毒的物质，如氰化物和重金属离子等。不加以处理会对人与环境造成重大的伤害。例如，在江苏省某大型电子产品公司的电镀废水回收利用项目中，基于iBmS-pC工艺（交互平衡式膜分离-化学沉淀工艺）的纳滤膜得到了很好的应用。该电子产品公司主要从事高性能的电子产品的生产与研制，在其生产过程中，电镀是非常关键的一道工艺。目前，该公司已经投产了5条滚镀线，在生产过程中产生了大量的含氰、含铬废水以及铜镍废水，以前的废水处理主要采用的是化学法，但随着产量的提高，废水处理能力不足，甚至出现了几次超标的情况。而在使用了基于iBmS-Cp工艺的废水处理与回收系统后，获得了良好的效果。
（3）含酚废水处理。在含酚废水处理中，液膜分离技术因其操作流程简单、处理效率高并且可处理不同浓度的含酚废水而得到了广泛的应用。采用液膜法两段逆流连续萃取的方法来除去废水中的酚。将表面活性剂、LmS-2、氢氧化钠溶液以及煤油混合在一起搅拌成乳液状，在对工业中的含酚废水进行处理后可以使酚的去除率达到99.95%，在破乳后还可以在水中回收酚钠盐，而处理过程中的油则可以循环利用。液膜除酚技术目前已在工业中得到了广泛的应用。
（4）海水和苦咸水
我们知道，我国水资源缺乏，人们饮用的淡水资源更是非常稀缺，但是无法被人们直接饮用的海水和苦咸水的含量却非常大，远远超过我国所拥有的淡水含量。通过膜分离技术就可以有效的将海水和苦咸水转化成可以被人们所利用的淡水资源。利用反渗透膜对海水和苦咸水进行脱盐，就可以有效的解决当前人们对于饮用水的需求问题。早在1968年，我国山东潮连岛和大连市长海县就已经开始运用反渗透膜技术，将海水变为饮用水。不止在我国，在其他一些缺水的国家，反渗透膜技术也被广泛应用于淡水的提取之中。
（5）食品行业污水用于食品生产和加工行业的水质产生的废水，
一般含有丰富的糖类和浓度极高的蛋白质成分，这样形成的食品行业污水中含有很多的有机物质。因此，要在处理食品行业废水时，尽可能的实现有机物质的回收和利用，最大程度的利用能源。通过使用反渗透膜和纳滤膜，分别对食品行业污水之一的黄姜废水进行处理，可以发现，使用纳滤膜技术，可以让黄姜废水中的所有物质都达到标准处理的状态，而使用反渗透膜技术，可以有效的将黄姜废水中的盐和有机物质进行分离，更好的达到理想的效果。而对于林可霉素废水，纳滤膜的处理效果就好于反渗透膜技术。所以，对食品行业污水的处理要根据物质的不同，采用不同的处理方式。
（6）其他废水除了上述四种工业废水之外，还有矿山废水、垃圾场渗滤液、火电厂循环排污水等多种废水。对这些废水的处理，均可以采用反渗透膜技术或者是纳滤膜技术。因为反渗透膜技术和纳滤膜技术在水处理中具有高超的截留率，因而不管是在何种水资源的处理方面，都拥有着广阔的利用前景。而且，反渗透膜和纳滤膜本身是没有污染的，这就为它们的广泛运用开启了更为广阔的发展前景。随着时代的发展，高科技的逐步运用，反渗透膜技术和纳滤膜技术将得到越来越广泛的应用。
结语
作为“21世纪的水处理技术”，膜分离技术正获得越来越多的应用。虽然普遍存在成本高和膜污染问题，但随着技术的迅速发展，膜的成本越来越低，抗污染能力越来越强，所以我们有理由相信，膜分离技术将在水处理领域获得更广泛的应用。
参考文献
[1]华玲，经倩楠，范东宣.浅析膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].科技创业家，2013（7）：26.
[2]苏金坡，尹连庆，张亚琴，檀素丽.膜分离技术在环境工程中的应用[J].环境科学与技术2012，4（12）55～56.
[3]唐受印，戴友芝主编.水处理工程师水册[m].北京：化学工业出版社，2000：277.
[4]陈长春.电渗析法处理造纸黑液回收碱的试验研究[J].环境污染与防治，1997，19（2）：7-10.
超滤膜分离的基本原理篇6
关键词：电厂污水处理；膜处理；应用实践
中图分类号：tm621文献标识码：a
电能关系到人们生产生活，是保证社会经济良性运行和发展的不可获取的能源，因此其质量受到普遍关注。人们在电能供应工作实践和热力发电系统安装运营过程中发现，水质的好坏会直接影响设备的运行，这是由于设备中污水处理的方式左右着设备中腐蚀和故障发生。如果处理得不好，就会导致水质变差，产生腐蚀等现象，导致设备故障，影响到发电工作。因此，研究污水处理技术，尤其是膜处理技术，对于电厂工作具有重要的意义。
一、膜处理技术简介及原理
1.膜技术是一类技术的总称。作为一项具有巨大潜力的实用性技术，已在世界范围引起人们重视和广泛应用。美国官方文件曾指出：“目前，没有一种技术能像膜技术这么广泛地被应用”。我国膜技术应用于电厂水处理最早可追溯到20世纪70年代末到80年代初，在消化吸收之后，其突出的优点开始逐渐被人们认识。作为核心技术的反渗透膜是由高分子材料制成，利用反渗透技术，为废水处理和提制纯水提供了新的解决方案。膜技术是一项具有巨大潜力和实用性的技术，包括反渗透、纳滤、超滤、微滤和电除盐（eDi）等技术，具有不需酸、碱，操作方便，出水水质好，性能稳定的优势。它的核心是一种具有选择性半透性质的薄膜，被称为反渗透膜，能够在外加压力作用下，使水溶液中的水分和某些组分选择性透过，从而达到纯化、分离或浓缩的目的。这种膜的使用实现了和水处理有关的主要包括反渗透、微滤、超滤、钠滤以及电除盐等的技术处理。目前，膜技术在我国北方及东南沿海电厂水处理中被广泛应用，很好地解决了缺水地区的节水问题，为电厂节约了成本。
2.膜处理技术原理
膜处理技术是一种通过特制薄膜的分离、浓缩、提纯，对混合物进行过滤的技术手段，这种经过选择，性能优良的薄膜形态分为固态和液态。作为污水处理技术中的重要一环，其工作原理包括：（1）利用过筛的方法对混合物中的物质进行分离，这些混合物的质量、体积、形态等均有不同，薄膜正是利用了这一特点进行分离工作。（2）通过薄膜的分离，混合物中不同的化学成分发生了分解，分解时的溶解速度不同，因此物质之间的分离得以实现。（3）与传统的分离技术比较，膜处理技术具有体积小、结构简单、方便操作的优势，而且膜处理技术能够对分子量进行几百到几千的物质分离，可以在常温下操作的同时避免“相”的变化，绿色环保节能，成本耗费低。
3.膜处理技术应用
（1）在市政污水处理中，膜处理技术的应用是非常广泛的。因为膜处理具有不改变污染物处理前后变化的特性，因此对于市政污水中的中水回用非常有利。如新加坡建成的膜处理中水回收技术，就是将污水用于浇灌和厕所冲水；我国清华大学利用膜处理对中水回收利用研发的砂滤、超滤工艺，日出水量达到500m3，水质得到了很大的改善，经过二级处理的污水中的细菌指标得到了大幅度的控制。（2）在石油采集过程中会产生大量超过国标的污水，经过处理后才能排放。膜处理技术对传统的去油去污处理加以改良，将污水中的油含量控制在国标内。（3）在饮用水中，膜处理技术主要是将污水中的絮凝沉淀进行过滤、加氯处理，经过处理后的水达到了饮用标准，自来水中的细菌、病毒、铁锈等经过净水器中的基本水处理后，再经过膜处理，就基本可以达到饮用标准。而且采用自来水加压的方式就可以让膜处理技术达到3年以上的使用寿命，处理效率比较高，而且能将异味、病菌等处理干净。（4）垃圾填埋中，利用膜处理技术处理污染物，可以将垃圾中的有机污染物和无机污染物，采用纳滤以及反渗透技术进行有效地大量清理。这种处理技术目前在国外垃圾处理厂中已经被广泛使用，在我国也正在进入正式启用阶段。（5）电厂热力系统中水在进入水汽循环系统时，会使热力设备产生结垢、腐蚀、积盐等，不仅影响水的品质，还造成污染与浪费，并且影响电厂设备安全经济运行。这是由于没有经过净化处理的水含有多种杂质，无法保证热力系统所需的水质指标，而且增加检修工作量和运行费用。所以，选择合适的化学水处理工艺显得尤为关键，既要求能，还要高效、低耗、环保，膜处理技术纯水制备正是解决这一难题的比较新的解决方案。
二、膜处理技术的特点
（1）膜处理技术使用到的设备体积小，结构简单，操作方便，而且不需要占用很大场地。（2）膜处理技术能够对相对分子量数量较大的物质进行分解。（3）膜处理技术能够在常温下进行分离技术，并且达到环保要求。（4）膜处理依靠膜的孔径及选择透过性实现污染物的分离，分离前后的物质在物理、化学性质上没有改变。（5）膜处理技术处理高效，无须投加化学药品等。（6）膜处理技术分离的是有机物、无机物以及微小的细菌，甚至可以分离病毒。（7）膜处理技术按其滤膜的孔径大小，可以进行微滤、纳滤、反渗透及电渗析等操作。
三、电厂污水处理中膜技术的分类
膜处理技术在研发过程中具有很多种方式，广泛应用于电厂废水处理和其他污水处理工作中，主要运用到的方式包括反渗透、微滤、超滤等等。最重要的为3种：超滤技术是电厂污水处理中在使用到的主要的膜分离技术。利用超滤膜压力的驱动和多孔膜，污水中的分子量对大量的杂质、颗粒等进行了去除，这主要是活性膜起到的作用。污水处理需要膜处理技术中的反渗透作用，反渗透膜的工作原理是利用溶液渗透压力不同，将污水中的水分子予以穿透，剩下的为离子、细菌、胶体等杂质。膜原件是反渗透的主要元件，这是一种高分子的材料，污水在加压后从元件进入隔网层，排除了杂质后，进入导流层的管道中，留下了清洁的淡水。膜处理技术中全膜分离技术的工作原理是电厂过路补给水的处理中，将污水纳入到阴阳混床中加以处理，这种技术的优点是可以将污水实现自动化处理，而且避免了酸碱再生和废渣排放的现象。随着电厂采用膜分离技术的应用与推广，膜分离技术已经成为电厂纯水设备净化的新的解决方案。只要和水处理有关的技术就离不开膜分离技术，主要分类包括：（1）反渗透技术是利用溶液渗透压的特性，根据离子、细菌等不能穿透半透膜的性质，将这些杂质与水分离。反渗透膜是一种高分子材料，采用特殊工艺制作而成，只有水分子才能透过半透膜，溶质是不能透过的。半透膜是反渗透装置中的主要构成部分，还包括了导流层、隔网膜，这些部件按照一定的顺序进行了黏合，卷制于排孔之上。原水在压力的作用下从元件的一端进入隔网层，半透膜将一部分的盐类进行了截留。然后顺着导流层次的通道，淡水从中心管壁的微小孔道中排出，这个膜孔的直径只有1nm左右，可以过滤水中的溶解盐、胶体、微生物等。剩余的水和大部分的菌类以及溶质从设备中的膜元件的另外一端排出，被称为浓缩水。经过这种过滤处理出来的水，水质良好，无污染，但是如果要满足中高压电力设备用水需要，还要进一步进行除盐处理。（2）eDi，是电除盐的简称。这种技术依靠电的作用，将水中的无机离子进行去除。新型的纯水制备技术中，这种技术已经被广泛运用。它结合了传统的电渗析和离子交换技术。将电作用下脱盐工作不能深度进行的缺点予以弥补，经过电除盐后，水质更加纯净，已经能够满足锅炉用水的要求。其中的电阻率、硬度等达到了工作要求。eDi膜是两个电极之间的具有一定对数的单元组成，这两个单元分别有不同的室，一个是淡水室，内有需要清除的盐分，一个是浓水室，内有需要去除的杂质和离子。淡水室是用阴阳离子交换树脂填满，树脂床利用室两端的直流电进行再生。电压使用中的水分子分解出H+和oH-，水中的离子收到电极的吸引，穿过阴阳离子交换树脂，吸纳了膜的过滤功能，向着对应膜的方向迁移，在离子经过浓水室后，结合成了水，水中的钙和Ci等杂质离子吸附到了离子交换树脂上，形成了离子交换反应，又置换除了H+和oH-，当杂质离子加入到水中向着交换膜方向钱以后，离子进入浓水室，与相邻的室的膜发生的碰撞并受到阻挡，无法向着对应电极的方向迁移，最终杂质集中在浓水室里，被排出了膜堆。（3）全膜分离技术，也称为三膜处理技术，主要在对原水中的废液和酸碱溶液进行排放和再生。在电厂污水自动化处理中被大量使用。（4）电厂污水处理中，利用压力的驱动和多孔膜的作用，将污水中存在的分子量较大的杂质、颗粒以及胶体等进行去除，这是一种电厂大范围污水处理工作当中常用的技术，被称为活性膜超滤膜分离处理工艺。
四、案例分析
本文所举案例，是某电厂项目中装机容量为2×240t/h的抽凝机组。锅炉补给水的规模为2×40m3/h每小时。水质要求电导率要小于0.2US，系统采用了预处理、反渗透、电除盐的技术，全部为自动化控制系统。电厂处于北方缺水区域，因此淡水资源比较南方地区相对匮乏。为了缓解供水矛盾，建设了膜分离污水处理系统，将膜处理在污水处理环节上重点加以应用，见表1。
在电厂的锅炉补给水预处理系统中使用了多介质过滤器对水中的机械杂质进行滤除。当进水浊度小于2mG/L，选用了钠离子交换器，控制反渗透和电除盐中的进水硬度，保证反渗透和电除盐装置的运行安全可靠，见表2。
（1）在电厂反渗透装置脱盐装置中，设计了反渗透装置膜组件，包含了3层薄膜。表面为芳香聚胺材质，由微孔聚层组成。压力膜管采用玻璃钢压力膜管，具有抗腐蚀、耐压的特性和优点，见表3。
（2）反渗透膜处理后，污水中的大部分的无机盐、有机物和微生物等被很好地去除，达到了eDi对进水水质的要求，见表4。
（3）在电厂循环流化床机组的锅炉补水系统中，采用了预处理反渗透电除盐的积水，系统为全自动控制方式，通过pLC程序实现了系统的自动化运行。通过CRt等对污水处理过程进行监管和控制，预处理技术和超滤反渗透技术工艺流程为：原水箱-清水泵-多介质过滤器-超滤装置-反渗透装置-中间水泵-阴阳床-除盐水箱。经过预处理后，原水中的杂质在多介质的过滤器中得到了有效的去除，再经过超滤装置，污水中的有机物杂质更加得到了去除，保证了进入反渗透装置水的水蚀度。
（4）eDi结合了电渗析与离子交换技术。不再需要盐碱就能将离子去除，本案例中电厂采用了美国通用公司的设备，出水水质为：硬度约为0，二氧化硅小于10Ug/L，实际应用中的电导率大约为25℃，小于0.1Us每厘米。可以作为锅炉的补充水进行运用。
（5）预处理系统中的原水中的悬浮物等杂质在经过多介质过滤器和活性炭过滤器的处理之前，是被截留在滤层之中的。需要对原水中的余氯、微量油、有机物等进行滤除，才能保证补给水的水浊度达到标准。除此以外，电厂中节水的重点应放在循环冷却污水的回收和利用上。将原水的水源经过反渗透盐水处理后，将喷淋水使用泵达到输煤栈桥上，再进行纳滤膜工艺处理，处理的流程为：原水经过澄清池、无阀滤池、清水池，经过多介质过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器后，得到了排污处理。这种被称为循环冷却排污水中的纳滤膜技术经过实践证明可行性高，而且成本较低，较为实用。
五、膜处理技术的缺点
膜处理技术在污水处理中虽有较好的表现，但也存在一些缺点，需要在日后的研究和实践工作中多加注意，寻求有效的方法予以克服，如膜污染会造成污水处理变慢，效果变差，效率变低的问题，是一直以来存在的。膜在长时间处理污水过程中截留的污染物，成分复杂，即便是利用沉淀、过滤等方法进行了预处理，但是对膜堵塞膜孔等问题依然无法彻底根除。特别是重污染水水质，就算是采用了水质pH进行调节等方法还是无法系统解决膜污染和堵塞。
六、膜技术在电厂水处理中的发展
案例中先对污水进行预处理、反渗透、eDi电除盐的工艺，正在被广泛应用着。随着新技术、新工艺的出现，如今的污水膜处理技术又出现了更加先进的发展态势，那就是超滤、微滤等新技术的研发及应用。这种新技术的工作原理与以往不同，利用压力的驱动，将多孔膜上的大分子物质、病毒、胶体等进行去除，将指标中截留分子量控制在10万之内，10万以外的物质基本上无法穿透膜。经过实验和实践证明，微滤技术处理过后的反渗透的产水比旧技术更加澄清，预处理的过滤系统工作效率提高了30%，污染滤降低了20%，反渗透膜的清洗次数也得到了明显的降低。不仅延长了反渗透膜的使用寿命，而且降低了维护、保养、购买、更换的成本。这种全新的全膜工艺在除盐工作中，产生的净水的硬度、活性硅、电导率等参数完全符合电厂超高压锅炉的补水要求的水质标准。
结语
我国电厂污水处理中的膜处理技术，与国际先进水平还存在一定差距。今后研究的方向应是如何降低膜的投资费用，加大膜技术新材料和新技术的应用。通过不断积累经验，相信我国电厂水处理技术必将适应时代要求，在环保、节能、高效、优质的道路上不断迈进，创造出更大的经济和社会效益。
超滤膜分离的基本原理篇7
关键词：膜分离技术半透性反渗透膜
目前，膜技术作为一项极具发展潜力且拥有良好的实用性能的技术[1]。美国在某官方文件中这样说到：“现今世界上，还没有一种技术可以比膜技术得到如此更为广范围的被应用”。
膜技术在全球范围内已得到广泛应用。在电厂水处理过程中，膜技术主要分为几下几类：（1）反渗透（Reverseosmosis）；（2）超滤（Ultrafiltlation）；（3）纳滤（nanofiltration）；（4）微滤（microfiltration）；（5）电除盐（electrodeionization，eDi）；（6）渗析（D）；（7）电渗析（eD）。在上世纪70年代到80年代这10时间里，我国的膜技术被逐渐应用到电厂化学水处理过程中。膜技术在电厂化学水处理过程中，其良好的半透性，以及实用性等优势得到人们的普遍认识。该技术摒弃了传统的酸、碱化学试剂的使用，操作起来及其便利，且水处理的效果良好，水质质量稳定。到今天，反渗透技术在我国沿海，特别是东南地区的电厂中得到广范围内的应用，同时还可以解决当地缺水地区的水资源问题。总而言之，反渗透膜作为反渗透技术中的核心组成部分，在外部作用下，对待处理溶液中的离子、有机物等选择性的通过，进而实现待处理容易的纯化、浓缩、分离等目标。目前，膜分离技术已在水处理领域得到广范关注，其必将发展成为一种高效的废水处理技术，具有良好的发展空间。
1、膜分离技术
现今阶段，膜分离技术的快速发展已为污水处理、海水淡化等问题给出了有效的解决方法。膜分离技术可分为多种实用的技术，其中与水处理相关的主要有一下五种[2]：（1）反渗透（Reverseosmosis）；（2）超滤（Ultrafiltlation）；（3）纳滤（nanofiltration）；（4）微滤（microfiltration）；（5）电除盐（electrodeionization，eDi）；（6）电渗析（eleetrodialysis）；（7）渗析（Dialysis）。膜分离技术的处理过程一般为无相分离，同时可以在常温的条件下实现。较传统的分离技术：蒸发、沉淀等技术相比，膜分离技术具有耗能少、高效率、环保、操作简单、可靠性高等优势。其工作原理都是利用某种高分子材料制成半透膜，根据功能需要选择材料，从而完成水的分离与水中杂质去除的过程。例如，在锅炉的补给水生产过程中，利用反渗透技术取代经典的阳阴床一级除盐工序，也可以利用电除盐（electrodeionization，eDi）来取代混床离子间的交换。其工序流程使：原水原水预处理反渗透（Ro）电除盐（electrodeionizationeDi）给锅炉补给水。
反渗透技术[3]，也被看作为横流过滤技术。反渗透技术是将待过滤液体以横向的方式通过反渗透膜，在一定压力作用下，流过反渗透膜的待处理液体可被直接淡化成了成品水。
电除盐（electrodeionization，eDi）技术[4]，其利用电场的作用将待处理液体中的无机离子去除。电除盐（electrodeionization，eDi）技术有效地结合了经典的电渗析技术以及离子交换技术。电除盐（electrodeionization，eDi）技术的出水质量同时可以满足常规的工业用水对其电导率、硅含量以及水质硬度的要求。
微滤（miCrofiltration），采用对称细孔的结构，每个孔的直径约为0.04～11nm，可以过滤到直径大于51nm的颗粒。
超滤（Ultrafiltlation），采用细孔为非对称的结构；每个孔的直径约为2～21nm，可以过滤掉大于110nm的颗粒。
纳滤（nanofiltration），采用微孔结构，每个孔的直径约为1nm，可以将相对分子质量在21～201之间的物质滤除。
电渗析（eleetrodialysis），利用阴阳离子交换膜，将待处理溶液中的酸、无机盐等去除，以离子的不同电位差作为分离动力，可以使离子通过，将无机、有机粒子截留。
渗析（Dialysis），以膜两端的离子浓度差为基础原理，从而实现待处理溶液的无机盐、低分子物质的分离。
2、膜技术的应用实例
西南某电厂以当地的河水作为原水，其原水水质如表1所示。该电厂采用了膜分离设备，其具体的工艺流程为：“原水->原水预处理->多级反渗透->电除盐（electrodeionization，eDi）”。其具体的水处理的通道为：原水水箱清水离心泵多种介质的过滤器活性炭过滤器钠离子的交换器安保过滤器一级的反渗透装置中间水箱中间离心水泵电除盐（electrodeionization，eDi）设备除盐水装置除盐离心水泵凝汽设备。（如表1）
原水的预处理过程的主要目标是将原水中的颗粒杂质，例如植物、泥沙等去除；多介质过滤设备的目的是确保进水的浊度不高于2mg/L；活性炭过滤设备的目的是确保有机物CoD的含量不高于2mg/L；而钠离子交换设备的目的是有效控制水质硬度，从而确保反渗透以及电除盐（electrodeionization，eDi）设备的进水硬度，从而保证整个工序的运行可靠性。反渗透设备可以有效除去待处理溶液中的大量无机盐、微生物以及有机物等，从而达到电除盐（electrodeionization，eDi）设备对进水水质要求，但不同的电除盐（electrodeionization，eDi）装置对水质要求有一定的差异，以某电厂的电除盐（electrodeionization，eDi）设备为例，其具体参数如表2所示：
电除盐（electrodeionization，eDi）结合了电渗析与离子交换两种技术，因而不需使用酸碱等试剂来去除离子。
3、膜技术的未来发展
一直以来，膜技术在世界范围内得到广泛关注，其采用“原水->水预处理反渗透装置电除盐（electrodeionization，eDi）”工序。伴随着膜技术的高速发展，超滤（UF）技术与微滤（mF）技术在待处理溶液的预处理过程中逐渐取代了传统的前三个步骤。超滤（UF）技术与微滤（mF）技术常采用压力型驱动膜，但其具体的分离原理较反渗透膜有所不同，这两种技术基本上都是采用机械截留方式，用以有效返利溶液中的大分子物质，颗粒等。通过试验表明，微滤（mF）作为一种原水预处理装置，其反渗透的水质以及产生量都有较大幅度的提高，从而有效的降低了对反渗透膜的污染，进而可以有效减少对反渗透膜的化学清洗次数。
4、结语
目前，我国反渗透膜的性能还有待提高，其投资费用金额较大，从而制约了膜技术在我国电厂化学水处理的应用。伴随着反渗透膜的技术研究与生产成本的降低，反渗透技术的投资性价比将不断提高。因而，随着化工企业等的环保要求逐步提高，膜技术在我国电厂化学水处理过程中将会得到更大范围的应用。
参考文献
[1]卞卫华.膜技术在电厂水处理中的应用[J].能源工程，2005，03：56-58.
[2]马福刚.全膜分离技术及其在电厂化学水处理中的应用[J].价值工程，2011，09：69-71.
超滤膜分离的基本原理篇8
关键词：陶瓷过滤膜；结构；分离原理；制备技术
1引言
陶瓷过滤膜是一种主要由al2o3，Zro2，tio2和Sio2等无机材料制备而成的多孔膜，具有分离效率高、耐酸碱、耐有机溶剂、抗微生物、耐高温、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、操作维护简便、使用寿命长等众多优势[1，2]。在环保[3-5]、污水处理[6，7]、气体净化[8]、食品加工[9，10]、膜催化[11-13]、生物医药[14，15]、气体分离[16]、膜生物反应器[17]、资源回收再利用[18]、精细化工[19]等众多领域得到了广泛的应用，可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等。与同类的有机膜相比，虽然陶瓷过滤膜造价比较高，但由于具备独特的优势，在处理含化学侵害性液体、气体方面以及在强酸、强碱或者高温下进行清洁与再生的场合下，陶瓷过滤膜是难以替代的。
2陶瓷过滤膜的研究状况
陶瓷过滤膜研究和应用始于20世纪40年代[20]。在第二次世界大战时期，欧美等国家为了获得核裂变所需要的原料铀235，必须得从天然铀矿中以UF6的形式提取出来。然而，天然铀元素一般由两种常见的同位素235U和238U组成，前者可以裂变却不到0.7%，后者占了99.3%却不可裂变。由于UF6是可以气化的，人们利用气体扩散分离技术，采用平均孔径约为6～40nm的多孔陶瓷过滤膜把235U从天然的铀元素中分离和富集到3%。这是人类历史上首次采用多孔陶瓷过滤膜实现工业规模的气体混合物分离的实例，史称曼哈顿原子弹计划（manhattanproject）。由于当时军事保密的需要，在这段时期的有关陶瓷过滤膜的研究和生产都是秘密进行的[21]。
50年代后期以及60年代早期，用于同位素分离的陶瓷膜技术逐渐被采用和报道，并且成为了目前商业陶瓷过滤膜的基础。在60年代中期，美国橡树岭国家实验室成功发明了tio2-C，Zro2复合动态膜，之后该项技术被法国等国家的陶瓷过滤膜生产公司逐渐商业化。
到了20世纪70年代，因为国际上出现了两次能源危机，法国、意大利、比利时和西班牙等几个欧洲国家决定在法国兴建专门用于发展核电站的气体扩散分离工厂，这个举措促使了陶瓷过滤膜分离技术受到了新的重视。但是，人们很快发现，仅仅靠建立核动力装置的需求来发展陶瓷过滤膜分离技术是不可持续的，需要开发在其它领域的应用[22]。
美国U.S.Filter是目前全球最大的无机陶瓷过滤膜及设备供应商，其提供的产品对0.01μm尘粒脱除率达99.9999%。法国的tami公司与德国的ateCH都是具有很高市场占有率的欧洲陶瓷过滤膜生产商，其陶瓷微滤膜和陶瓷超滤膜处理地表水制备饮用水已在欧洲应用多年。日本的nGK、Cemet、toto公司所开发的无机膜设备在工业过程中获得成功的应用。最近，北美陶瓷技术公司顺利完成了其新型双磨盘研磨机的组装，该设备使公司制备超平、超完整陶瓷过滤膜的技术达到了领先水平[23]。
上个世纪80年代，陶瓷过滤膜分离技术作为一项精密的过滤分离技术开始转向民用领域，被用来取代蒸发、离心、板框过滤等传统分离技术[24]。期间，陶瓷过滤膜商品大量问世，在水处理、饮料、乳制品等工业领域已经部分取代了有机高分子膜。由于陶瓷过滤膜具有优异的材料性能和无相变的过程特点，其在民用领域的发展速度很快，通过政府与公司之间的合作，先后成功开发出多种商用陶瓷过滤膜，其中陶瓷微滤膜和超滤膜逐渐进入了工业化应用，并且得到了迅速的发展，在膜分离技术领域中占据了重要地位。80年代中期，陶瓷过滤膜的制备技术取得了新的突破，当时twente大学的Burggraf等研究人员利用溶胶-凝胶（Sol-Gel）技术成功制备出具有多层不对称结构的微孔陶瓷过滤膜，这种膜的孔径可以达到3nm以下，达到了气体分离的水平，成为有机高聚物膜的有力竞争对手。溶胶-凝胶技术的出现将陶瓷过滤膜的制备技术推向了一个新的高度[25]。
进入到90年代，新型陶瓷过滤膜材料及其应用工程加速发展，这个时期进入了以气体分离和陶瓷过滤膜分离器-反应器组合构件为主的研究阶段。其中，多孔碳分子筛、金属及其合金膜、微孔介孔复合膜的成功研制标志着陶瓷过滤膜分离技术正式进入了功能化、复合化、微细化方向发展。进入21世纪，陶瓷过滤膜与多种应用行业的集成、与其他分离、提纯、反应过程的结合、膜材料与膜应用过程的交叉研究等方面成为了陶瓷过滤膜领域发展的主要趋势。
我国对陶瓷过滤膜的研究起步较晚[26]。“九五”期间，在国家重点科技攻关项目、国家“863”计划、国家自然科学基金等项目的大力支持下，南京工业大学设立了膜科学技术研究所，完成了低温烧结多通道多孔陶瓷过滤膜，实现了多通道陶瓷微滤膜的工业化大规模生产，并且建成相应的生产基地，初步形成新的陶瓷过滤膜产业。江苏久吾高科技股份有限公司目前已经建成了3条年产达10000m2的生产线用于生产陶瓷过滤膜，主要生产tio2、al2o3、Zro2等陶瓷过滤膜产品，膜的孔径处于0.05～1μm之间。广东金刚新材料有限公司生产的具有国内领先水平的陶瓷过滤膜精细过滤产品孔径为1～3μm，广泛应用于石油化工、食品工程、生物制药以及无法使用有机膜的高温下的气体分离、膜催化反应等方面。南京九思高科技有限公司的主要业务是生产陶瓷过滤膜以及用于膜工程的成套装置，建成了年产达5000m2的生产线用于生产陶瓷超滤膜，主要的产品有：陶瓷过滤膜、渗透汽化膜、陶瓷过滤膜的实验设备、陶瓷过滤膜的工业设备以及膜组件等。华南理工大学黄肖容等采用熔模离心法一次成型制备了孔径沿径向梯度变化的不对称氧化铝膜管，其过滤层和控制层之间自然过渡，控制层孔径分布窄，能有效截留粒径不小于其最可几孔径的微粒[27]。2004年8月，由北京迈胜普技术有限公司与山东鲁抗医药有限公司共同研制的陶瓷过滤膜过滤系统用于某种抗生素的分离提纯获得成功，这不仅化了此种抗生素的生产工艺，而且使抗生素回收率提高15%，这是中国首次将陶瓷过滤膜技术运用于抗生素生产。
虽然，我国在陶瓷过滤膜的研究上取得了一系列重要突破，但是，跟欧美日等国家相比，依然存在着很大的差距，尤其在一些高端应用上，我国仍然需要依赖进口，由于陶瓷超滤膜可以用于铀的浓缩等领域，一些高技术陶瓷过滤膜是禁止对我国出口的（如长度超过1m的陶瓷超滤膜产品等）。
3陶瓷过滤膜的分离原理与结构分类
3.1陶瓷过滤膜的分离原理
膜分离过程一般是以选择性透过膜作为分离介质。当膜的两侧存在着某种推动力（如浓度差、压力差、电位差等）时，原料侧组分选择性地透过膜层，从而达到了分离、浓缩、提纯的目的[28]。
根据物质透过分离膜时的驱动力可以将膜分离过程分为两大类：一类是通过借助外界的能量，物质从低位向高位流动，比如常见的微滤、超滤和纳滤就是通过筛分原理，在外界驱动力（如压力）的作用下，截留液-液、气-液和固-液混合物中粒径大于一定临界值的颗粒，进而实现分离、浓缩和提纯的目的；另一类则是以化学位差作为驱动力，物质由高位向低位流动，比如用于水溶液除盐过程的反渗透，水分子很容易进入膜内，在水里面的无机盐（如na+、K+、Cl-等）则难以进入，通过反渗透膜分离后盐溶液中的盐则被脱除掉。表1列出了一些常见的膜过程分离的驱动力[29]。
陶瓷过滤膜针对混合液的分离性能一般用两个参数进行表征：渗透性与选择性。渗透性即在考虑膜的厚度与推动力等因素的情况下，透过膜的摩尔流量或者体积流量。通常情况下，膜的厚度是未知的，一般以渗透通量代替陶瓷过滤膜的渗透速率。渗透通量即单位压强以及单位时间透过单位面积膜的摩尔量或体积量，单位为m3m-2pa-1s-1或Lm-2bar-1h-1或molm-2pa-1s-1；选择性被用来表征陶瓷过滤膜分离不同的两种指定组分的能力，一般以两种组分的独立渗透速率之比来表示[30]。
3.2陶瓷过滤膜的结构与分类
一般情况下，陶瓷过滤膜可以描述为一种具有选择性渗透功能的栅栏或细筛。渗透性系数与分离系数是陶瓷过滤膜最重要的性能指标[31]。对于多孔陶瓷过滤膜，它们一般受到厚度、孔径与表面孔隙率的支配与控制；而对于致密陶瓷膜，渗透与分离的原理更加复杂[32]。在多孔陶瓷过滤膜中，它们的应用与分离机理跟陶瓷过滤膜的孔径相对应，如表2所示。
陶瓷过滤膜通常是由几层一种或多种不同陶瓷材料所组成的复合体，一般由大孔支撑体、介孔中间层和微孔（或致密）顶层构成，如图1所示，底层支撑体提供机械强度，而中间层则将支撑体与顶层膜桥接起来（分离行为实际上发生在顶层膜中），起到过渡作用。用于制备陶瓷过滤膜的常用材料有al2o3，tio2，Zro2，Sio2等或者这些材料的复合。图2显示了一种四层氧化铝膜的孔特征。从图中看到，顶部分离层、中间过渡层和底部支撑体的孔径分别为6nm（介孔）、0.2～0.7μm和10μm。Vos和Verweij报道了一种结构更复杂的多层膜，它包括了一层α-氧化铝大孔支撑体、两层γ-氧化铝介孔中间过渡层和一层微孔氧化硅层[33]。如图3的透射电子显微图像所示，可以看到一层非常薄的氧化硅层，厚度只有30nm左右、孔径只有5a。tem显微图像进一步表明了氧化硅层沉积在γ-al2o3层的顶部。氧化硅与γ-al2o3之间的界线清晰可见。从图中看第一层γ-al2o3与第二层γ-al2o3的边界宽度大约为250nm。
上述陶瓷过滤膜只能通过多步实现，正如图1所阐述的那样，首先制备支撑体以给膜层提供机械强度，其次在支撑体上涂上一层或多层中间过渡层，最后再形成一层微孔分离层。每一步都包含了一个高温烧结过程，使得陶瓷过滤膜的制备成本比较高。如果能将多个步骤合并为一个步骤，那么将能够大大减少陶瓷过滤膜的生产时间与成本。Li等人通过实验有力证明了上述分层陶瓷过滤膜可以利用相转化过程合并为一步[34]。他们用这种工艺制备了非对称陶瓷过滤膜，其Sem显微形貌如图4所示。可以看出，一层薄皮层被集成在相同陶瓷材料的多孔支撑体上。
市场上大部分陶瓷过滤膜产品被制成圆盘状或管状构型，人们通常利用圆盘或薄片膜将它们装配成平板和框架膜组件，或者利用膜管将它们装配成管状膜组件。为了提高比表面积，也就是使膜单元的单位体积有更大的分离面积，人们开发出了氧化铝多通道的整体膜单元，如图5所示[35]，这些整体膜单元可以集成为模块。Hsieh的研究成果表明，对于单管来说，比表面积约为30～250m2/m3；对于多通道整w膜单元来说，比表面积约为130～400m2/m3；而对于蜂窝状多通道的整体膜单元来说，比表面积达到了800m2/m3[36]。Ceramem公司也开发了类似的模块，如图6所示。
类似地，板框陶瓷模块可以通过将许多隔膜池（由陶瓷片材制成）装配在一起而得到。用这种方法也可以得到高堆积密度的圆盘或薄板膜，其中的原理如图7所示。可以看到进料流体流入夹在两层薄板膜之间的多孔间隔区。流体透过膜并通过隔膜池间隔区流出系统，隔膜池间隔区为流体透过隔膜池提供空间。关于这种板框陶瓷系统的详细描述可以在其它文献上找到[38]。
图8中所显示的中空纤维陶瓷过滤膜模块具有高堆积密度，相比于板框陶瓷过滤膜或管状陶瓷过滤膜大约30～500m2/m3的比表面积，中空纤维陶瓷过滤膜模块的比表面积可以高达130～400m2/m3左右。制备中空纤维陶瓷过滤膜的最大难点是克服陶瓷材料固有的物理脆性。根据具体的应用需求，中空纤维陶瓷过滤膜可以做成多孔状或致密形态。中空纤维陶瓷过滤膜在气体分离、膜反应器、溶剂回收等方面得到了广泛的研究与应用[39-42]。
（未完，下期待续）
参考文献
[1]H.mukhtar，m.othman，ReviewonDevelopmentofCeramicmembraneFromSol-GelRoute：parametersaffectingCharacteristicsofthemembrane，iiUmengineeringJournal，1（2012）.
[2]S.Benfer，p.arki，G.tomandl，Ceramicmembranesforfiltrationapplications-preparationandcharacterization，advancedengineeringmaterials，6（2004）495-500.
[3]w.YongHong，L.XingQin，m.GuangYao，preparationandpropertiesofsupported100%titaniaceramicmembranes，materialsResearchBulletin，43（2008）1480-1491.
[4]m.ebrahimi，K.S.ashaghi，L.engel，D.willershausen，p.mund，p.Bolduan，p.Czermak，Characterizationandapplicationofdifferentceramicmembranesfortheoil-fieldproducedwatertreatment，Desalination，245（2009）533-540.
[5]S.alami-Younssi，a.Larbot，m.persin，J.Sarrazin，L.Cot，Rejectionofmineralsaltsonagammaaluminananofiltrationmembraneapplicationtoenvironmentalprocess，JournalofmembraneScience，102（1995）123-129.
[6]B.VanderBruggen，C.Vandecasteele，t.VanGestel，w.Doyen，R.Leysen，areviewofpressure\drivenmembraneprocessesinwastewatertreatmentanddrinkingwaterproduction，environmentalprogress，22（2003）46-56.
[7]C.Song，t.wang，Y.pan，J.Qiu，preparationofcoal-basedmicrofiltrationcarbonmembraneandapplicationinoilywastewatertreatment，Separationandpurificationtechnology，51（2006）80-84.
[8]Y.Jo，R.Hutchison，J.a.Raper，Characterizationofceramiccompositemembranefiltersforhotgascleaning，powdertechnology，91（1997）55-62.
[9]m.D.afonso，R.Bórquez，Reviewofthetreatmentofseafoodprocessingwastewatersandrecoveryofproteinsthereinbymembraneseparationprocesses―prospectsoftheultrafiltrationofwastewatersfromthefishmealindustry，Desalination，142（2002）29-45.
[10]a.ambrosi，n.Cardozo，i.tessaro，membraneSeparationprocessesfortheBeerindustry：aReviewandStateoftheart，FoodBioprocesstechnol，7（2014）921-936.
[11]J.Shu，B.Grandjean，a.v.neste，S.Kaliaguine，Catalyticpalladium\basedmembranereactors：areview，theCanadianJournalofChemicalengineering，69（1991）1036-1060.
[12]J.Ritchie，J.Richardson，D.Luss，Ceramicmembranereactorforsynthesisgasproduction，aiChejournal，47（2001）2092-2101.
[13]e.mcLeary，J.Jansen，F.Kapteijn，Zeolitebasedfilms，membranesandmembranereactors：progressandprospects，microporousandmesoporousmaterials，90（2006）198-220.
[14]S.Fakhfakh，S.Baklouti，S.Baklouti，J.Bouaziz，preparation，characterizationandapplicationinBSasolutionofsilicaceramicmembranes，Desalination，262（2010）188-195.
[34]K.Li，X.tan，Y.Liu，Single-stepfabricationofceramichollowfibersforoxygenpermeation，JournalofmembraneScience，272（2006）1-5.
[35]H.p.Hsieh，R.R.Bhave，H.L.Fleming，microporousaluminamembranes，JournalofmembraneScience，39（1988）221-241.
[36]a.alem，H.Sarpoolaky，theeffectofsilverdopingonphotocatalyticpropertiesoftitaniamultilayermembranes，SolidStateSciences，12（2010）1469-1472.
[37]a.ahmad，m.othman，n.idrus，SynthesisandCharacterizationofnano-CompositealuminaCtitaniaCeramicmembraneforGasSeparation，JournaloftheamericanCeramicSociety，89（2006）3187-3193.
[38]a.alem，H.Sarpoolaky，m.Keshmiri，SolCgelpreparationoftitaniamultilayermembraneforphotocatalyticapplications，Ceramicsinternational，35（2009）1837-1843.
[39]S.Liu，G.R.Gavalas，oxygenselectiveceramichollowfibermembranes，JournalofmembraneScience，246（2005）103-108.
[40]m.deCazes，m.p.Belleville，m.mougel，H.Kellner，J.Sanchez-marcano，Characterizationoflaccase-graftedceramicmembranesforpharmaceuticalsdegradation，JournalofmembraneScience，476（2015）384-393.
[41]m.DeSanctis，a.Dimatteo，G.Lovicu，R.Valentini，StressCorrosionCrackingoftinplatedCansforConservedtunainoil，metallurgiaitaliana，（2011）25-32.
[42]Y.elmarraki，m.Cretin，m.persin，J.Sarrazin，a.Larbot，elaborationandpropertiesoftio2-Znal2o4ultrafiltrationmembranes，materialsResearchBulletin，36（2001）227-237.
[43]R.m.DeVos，H.Verweij，improvedperformanceofsilicamembranesforgasseparation，JournalofmembraneScience，143（1998）37-51.
超滤膜分离的基本原理篇9
关键词：膜分离食品工业
1.绪言
膜分离技术在脱盐、饮用水净化及超纯水等领域的应用已取得很大进展1～3)。在食品、化学及制药等领域虽已进行了许多成功的尝试，但可广泛通用的应用实例还并不很多，这是因为与水处理行业相比，在食品行业中，不仅各种料液的性质千差万别，而且生产工艺各不相同，很难建立一套标准的膜应用工艺，只能是个别情况个别处理。
日东电工作为分离膜生产厂商，不仅在水处理膜应用领域积累了丰富经验，也长期从事膜技术在其它工业领域的应用开发，经过多年的技术蓄积，已在几个领域取得了一些成功经验4～5)。本文介绍膜技术在食品工业中的几个应用实例。
2.食品工业的工艺特点
在食品加工工业中，膜技术应用的最大障碍是处理料液多种多样，物理性质千差万别。同时食品工业要求膜技术的处理成本十分低廉，在日本通常要求每公斤料液的处理成本为几块美元以下，这就更增加了膜分离技术在食品工业中的应用难度。
食品工业要求推广使用膜分离技术的主要理由有以下三点：
1.提高产品质量；
2.降低生产成本；
3.导致新产品开发。
目前已有不少报告6)报道了满足以上要求的应用实例。
3.微滤(mF)膜的应用
日东电工生产的板框式微滤(mF)膜组件(nFS-100,101,103)，目前主要用于代替硅藻土过滤和除菌用途。硅藻土过滤技术在食品，制药行业中广泛应用，具有廉价，适于大量处理及过滤前后产品质量变化小等优点。硅藻土过滤技术的缺点在于产生硅藻土残渣等废弃物，难于生产自动化及生产环境恶劣，用户普遍要求寻找替代技术。同时，一般硅藻土过滤后，为了除菌，通常还需加一道滤芯过滤工序。
使用横流型微滤膜装置后，不再需要硅藻土，可实现生产自动化并同时除菌，以上工艺效果已成为用户选用膜技术的主要理由。
3.1酱油生产工艺
图1为酱油生产工艺流程。在此流程中有三个分离工序：
1.从压榨的生酱油中去除不纯物；
2.入火后去除一次浊液；
3.从一次浊液中回收酱油。
图1酱油制造工艺
在这三道工序中，入火后经静置分离后的上层澄清液，可用硅藻土过滤，剩余的5～15%的浊液因粘性太高，不能用硅藻土过滤，一般返回前道压榨工序。静置分离工序必须要用沉降槽，除体积大，占地多外，还因需要一定的静置时间，造成生产周期长。日东电工生产的板框式微滤膜分离装置(pF装置)可以改善上述工艺，使酱油生产实现小批量多品种，缩短生产周期，不产生残渣废弃物，生产自动化及改善操作环境5～8）。
图2是入火后酱油过滤pF装置的工艺流程，图3是膜透过通量随膜使用时间的变化关系。从图3中可以看出，使用初期，透过通量随膜的使用次数的增加有所下降（每次处理12m3)，但过滤次数超过100次以后，透过通量趋于稳定。本装置使用的平板式微滤膜片的材质为氟树脂，有很强的耐热，耐化学腐蚀性，膜片的更换周期在2年以上。实用结果表明，由于不使用硅藻土，实现了生产自动化且提高了成品率，取得了相当的经济效果。与硅藻土过滤相比，由于不会产生二次浊物，过滤后的产品颜色不会产生褐变，使得产品质量大为提高。
此装置最早用于脱脂大豆酱油的生产，实用结果表明，现在市场上流行的全成分大豆酱油的生产同样适用于上述流程，从而促进了微滤膜分离装置的应用。
3.2食用色素精制工艺
在天然色素的生产工艺中，需要脱除萃取过程中产生的不纯物和杂菌，在合成色素的生产工艺中，最后的除菌工序也是必不可少的。通常使用的硅藻土过滤，可在0.02～0.03pa的低压下产生300～600l/m3·hr的透过量，故作为简便的杂质脱除方法沿用至今。但硅藻土过滤不可完全除菌，还需加一级除菌过滤。
使用带有微滤膜的板框式膜分离装置，不仅可得到与硅藻土过滤相同的透过通量，而且具有硅藻土过滤所不具备的除菌功能。因此在食用色素的精制工艺中，pF膜分离装置广泛取代了硅藻土过滤。图4给出了色素生产的基本流程。
图4色素制造工艺
在色素生产工艺中pF膜装置的过滤通量是100l/m2·hr，与硅藻土过滤相比亳不逊色，特别是对固形物浓度较低的料液，与采用全过滤方式相比，采用横流过滤方式的pF装置由于料液横流使得膜表面的堵塞大为减少，可提高过滤速率。同时pF装置可同时进行除菌，不需另设除菌过滤工序，达到减化流程、降低成本的目的。此应用例与染料脱盐工艺中的纳滤膜应用一样，是膜分离技术应用的成功事例。
在微滤膜的应用实例中，绝大多数产品是利用膜的透过液，但在某些情况下，如生物发酵液中菌体再利用的场合，是利用膜的浓缩液。对利用浓缩液的生产工艺中，膜法更显示独特的优越性。因为硅藻土过滤，不能分离菌体单体，而离心分离又容易损伤菌体。可以预想，今后微滤膜的应用方向将要从传统的全过滤方式向横流过滤方式转换。
4.超滤(UF)膜的应用
超滤膜（如日东电工的ntU-3250-C3R）是以切割分子量的大小为标准对料液进行分离精制的。在食品工业中，料液除菌是超滤膜的大应用领域。成功的应用实例有清澄果汁生产，蜂蜜精制,蔬菜提取液浓缩，调味料精制、酶精制、发酵液精制、菌体浓缩，高分子单体浓缩等多种9)。本文介绍调味料液精制。
4.1调味液精制
前面提到的酱油的浊液处理使用微滤膜，而在微滤膜后再使用超滤处理的实例并不多见。但在调味料成分中的酸分解型Hap(动物性酸分解蛋白)、HVp(植物性酸分解蛋白)的处理工艺中，因需要完全脱除末分解的蛋白质，故也有用超滤膜进行精制过滤的。仅通过超滤处理后的料液也可成为产品，但为提高附加值，也有再增加脱色精制的10)。
5.纳滤(nF)膜的应用
现在超滤膜的截留分子量最小也有数千，分子量再小就要使用反渗透膜。反渗透膜的naCl脱除率大都为95%以上，因而能使糖类、有机酸类透过，而仅阻止分子量1000左右物质的分离膜并不很多。
日东电工生产分离原理介于反渗透和超滤之间的纳滤(nF)膜，过去称为松散型反渗透，其产品型号有ntR-7410,7430,7450,7250和729HG-S4F等。这些膜已广泛应用于染料脱盐工艺，用以取代离子交换树脂或离子交换膜，在简化工艺，降低成本方面取得了良好效果。
本文介绍纳滤膜在图6所示的调味液脱色工艺中的应用。
5.1脱色
图6调味料的脱色流程
调味液的脱色，通常使用离子交换树脂，离子交换膜和活性炭处理。但影响调味液质量的香气成分和低分子量香味成分会随着色素一起被树脂或活性炭所吸附。同时树脂及活性炭的用量会随处理量的增大而成正比例增加，压迫产品成本。使用纳滤膜脱色时，由于纳滤膜可以允许透过调味料主成分的氨基酸(分子量为数百)，而只截留分子量更大的色素，故而可在保留调味料主成分的前提下实现脱色功能。除调味料外，纳滤膜可用于各种提取液的脱色、脱盐处理。
除食品工业以外，纳滤膜可用于各种有价物与酸、无机盐类、糖类及未反应的单体及醇类的分离精制或浓缩，纳滤膜的最大特点是它允许某些低分子的不纯物透过，从而可大大降低料液物系的渗透压，而物系的渗透压过高是反渗透膜在这些物系应用的最大障碍。
6.反渗透膜的应用
反渗透膜(如日东电工用于食品用途的ntR-759HG,70HG-S4F等)比纳滤膜的脱除率更高，可实现水与其它成分的分离。因此反渗透在食品工业中多用于料液的脱水浓缩。在此用途的竞争技术是蒸发脱水。用反渗透膜时，随着浓缩倍率的增加，未透过料液的浓度上升，将引起料液物系的渗透压上升。当物系渗透压等于系统加压压力时，反渗透过程将会停止。因此，在用反渗透膜处理高浓度浓缩系时，由于所需压力过高，在成本方面会高于蒸发法。但是对于处理料液单价较高或是极稀水溶液浓缩时，膜法则具有很强的技术竞争力。
6.1牛奶浓缩
图7牛奶浓缩流程
图8牛奶连续浓缩Ro装置流程
脱脂奶粉的生产现在使用蒸发法。在生产冰淇淋，雪糕、酸奶等时，为调整固形物浓度，常添加脱脂奶粉。但在脱脂奶粉的生产过程中，蛋白质的变质是不可避免的。近年来，随着消费者对奶制品质量、味觉要求的提高，生产厂家开始追求无蛋白质变质的牛奶浓缩法。膜分离的特征就是在低温下操作，无相变，因而可在不使蛋白质变质的条件下实现牛奶浓缩。此外，牛奶极易腐败，对处理过程的卫生要求很高，如必须设有加热杀菌，设备易于清洗，极力减少设备中料液的残留死角等等。日东电工开发的HG系列反渗透膜(商品名:thermoplus)具有90℃热杀菌时的耐热性能、专用的膜压力容器可使膜组件内不残留料液，从而已经成功地用于牛奶浓缩生产中11)。
除原奶浓缩外，反渗透膜还用于相关的奶制品工业，如脱脂奶浓缩，乳清预备浓缩，稀薄奶回收，还原奶精制等工艺。
图7是牛奶浓缩流程。
图8是反渗透膜牛奶浓缩的示意流程。
超滤膜分离的基本原理篇10
电子级磷酸属于高纯磷酸，广泛应用于大规模集成电路、薄膜液晶显示器等微电子工业，主要用于芯片的清洗和蚀刻，其纯度和洁净度对电子元器件的成品率、电性能和可靠性有很大影响，而配制电子级磷酸的超纯水质量又是决定电子级磷酸纯度和洁净度的重要因素。目前超纯水的制备，主要采用的工艺有离子交换法、两级反渗透、反渗透+eDi等为核心的三种方式，其余的工艺流程大都是在上述三种基础工艺上通过不同的组合搭配衍生而来。离子交换法需要时常对离子交换树脂进行再生，需耗费大量酸碱，对环境破环较大；两级反渗透处理出水水质相对不太高，对有较高水质要求时须搭配混床进行后续处理，同样需耗费酸碱；反渗透+eDi组合是采用反渗透作为预处理+eDi（电除盐）装置，不需酸碱再生，不破环环境，这是目前制备超纯水最经济、最环保的工艺。贵州瓮福集团电子级磷酸生产过程中的重结晶及配制均需用到电阻率≥16mΩ・cm的超纯水，针对进水水质及出水水质要求，本超纯水制备工艺设计中采用UF（超滤）+Ro（反渗透）+eDi（电除盐）组合工艺进行处理，达到电阻率≥16mΩ・cm超纯水水质要求。
一、进水水质及出水要求
根据业主提供的资料，本工程超纯水制备原水水源采用瓮福集团自备水厂生产的符合国家生活饮用水标准的自来水，设计超纯水产量为：10m3/h，进水主要水质指标见下表：
2.工艺说明及主要设备参数：
2.1原水供水系统:
为防止自来水供水量或供水压力不足，保证后续用水的稳定性，系统设置一座5m3的不锈钢原水箱，含控制阀、管件及液位控制器；另为了后续预处理的稳定，设置恒压供水系统一套，包含不锈钢多级泵2台(一用一备），泵主要性能参数为Q=25m3/h,H=0.15mpa。
2.2预处理系统:
目前的反渗透膜不能直接对原水进行处理，原水中的各种成份会影响和损害其性能和使用寿命，水中的钙、镁、钡等多价阳离子及微生物等会引起膜的污染和堵塞，反渗透膜的进水水质要求比较严格，因此，为了满足反渗透膜高要求的进水水质，需采取必要的预处理工艺，完善的预处理过程是保证反渗透长期顺利运行的关键。
本设计采用超滤（UF）作为反渗透的预处理工序。相比常规预处理方法(即絮凝、沉淀、过滤、活性炭吸附及保安过滤)，采用超滤（UF）用作反渗透预处理具有以下优势：
①降低投资成本。反渗透膜的污染源之一就是预处理效果较差导致的微粒沉积，超滤可以显著降低进水的SDi，过滤效果比传统预处理方式更好更稳定。另外由于UF出水水质稳定，低浊度、低SDi值允许Ro提高设计流速，从而减少了Ro组件、压力容器以及相关管件的数量从而降低投资成本。
②确保出水水质。常规过滤属毛细管过滤，而超滤则是表面过滤，两者去除杂质的机理不同，超滤出水水质更好、更稳定。
③操作简单，自动化程度高。相比常规的过滤工艺，超滤系统具有操作简单、自动化程度高、性能稳定、设备占地面积小等优势。由于超滤是以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，过滤时间极为短暂，这使膜滤设备与其处理水量的容积比极小，而其他过滤设备远不能及。
预处理系统设置不锈钢袋式过滤器（10μm）一台、超滤系统（0.1μmpVDF材质超滤膜组件）六套及相应的加药系统、化学清洗及连接管道、仪表等，另设置一座5m3的超滤产水水箱。
2.3反渗透（Ro）系统:
反渗透是目前超纯水设备中应用最广泛的一种脱盐技术，它的分离对象是溶液中的离子范围和分子量几百的有机物，其原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来，从而有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等（去除率高达97%-98%）达到水净化的目地。
反渗透系统主要设置不锈钢高压泵（Q=20m3/h,H=1.4mpa）一台，反渗透膜高压膜壳（8″FRp玻璃钢，4支装）3套，反渗透膜（Bw30-4040）12套，以及相应的化学清洗及连接管道、仪表、阀门等。
2.4化学清洗系统:
UF及Ro共用，设置1m3清洗箱、清洗泵（Q=10m3/h,H=0.3mpa）、酸碱过滤器及相应管道、阀门等。
2.5电除盐（eDi）系统:
通过Ro系统处理后的纯水电阻率通常在10mΩ・cm左右，不能达到工艺的使用要求，因此后续须增加eDi处理工序。
eDi又称连续电除盐技术，在电场的作用下实现水中离子的定向迁移，从而达到水的深度净化除盐，并通过水电解产生的氢离子和氢氧根离子对装填树脂进行连续再生，因此eDi制水过程不需酸、碱化学药品再生即可连续制取高品质纯水生产出电阻率高达15～17mΩ・cm的超纯水。
考虑到源水硬度较高，投加阻垢剂的效果不理想且运行成本过高。同时，eDi进水对硬度要求
eDi系统采用mK-2eDi膜堆4套，p010电子式电源4套，以及配套的水泵、电控、阀路系统。
2.6抛光混床系统:
抛光混床，即非再生混床系统，是制取超纯水的最后处理装置，它具有不用再生的特点。本系统选用美国RomHaSS公司生产的半导体级抛光树脂，可使产水水质稳定在16mΩ・cm以上。
2.7超纯水终端
本系统包含10m3氮封式纯水水箱（含液位传感及控制器），tC-40浸入式紫外线灭菌器，除toC紫外光氧化器（12m3/h，186nm波长）。
3.运行效果
本套超滤+Ro+eDi超纯水制备组合工艺已建成投运至今，根据建设单位的反馈，出水电阻率能稳定保持在16～17mΩ・cm之间，从而保证了电子级磷酸生产的质量。
4.结论