膜过滤技术

2018/12/1 水质工程 9
（3）制药/生物工程
抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的澄清除菌过滤 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白剔除 酶、蛋白质、多糖制备过程中细胞碎片的剔除
抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、酶、多糖、蛋白质的纯化与浓缩
6-APA、7-ACA、7-ADCA及其他半合成抗生素的脱盐浓缩 中成药、保健品口服液的澄清除菌过滤 动物血浆、血清的浓缩精制 其他相关的脱盐浓缩、澄清除菌、蛋白剔除、细胞收集等分离过程
教学内容：
一、膜的定义和分类 二、膜分离概述 三、扩散渗析（diffusion dialysis） 四、电渗析(electrodialysis) 五、反渗透（ reverse osmosis) 六、超过滤(ultrafiltration)
一、膜的定义和分可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。 它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固 膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上， 膜厚度要远小于其比表面积。
2018/12/1 水质工程 4
膜分离过程的推动力有两类： ①借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动； ②以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。 一些主要的膜分离过程的推动力 推 动 压力差 电位差 力 膜 过 程
反渗透，超滤，微滤，气体 分离 电渗析
浓度差 浓度差（分压差）
浓度差加化学反应
（4）空气过滤





喷雾干燥过程中染料、抗生素、奶粉等的回收 电池厂金属镉、氧化铅粉尘的收集 粉碎过程中磷酸盐、氧化镁、二氧化钛、碳粉、水泥、碳酸钙的回收 包装过程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收 干燥过程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的回收 合成氨尾气中氢气的回收利用 其他一切有关的粉尘收集及空气除尘过程 2018/12/1 10 水质工程
2018/12/1 水质工程 11
三、扩散渗析（diffusion dialysis）
1、渗析：把水溶液中溶质透过半透膜而溶质 被截留的现象称为渗析。


半透膜：起渗析作用的薄膜，对溶质具有选择性。 半透膜的发展： 动物的膀胱膜、肠膜、羊皮纸； 离子交换膜：阳离子交换膜、阴离子交换膜
（5）水处理 饮用纯水（太空水）的制备、海水淡化 医药工业中注射用水/洗瓶水及其他无菌水的制备 电子工业中超纯水的制备 火力发电厂锅炉补给水的制备 饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备 制造业中终端洗涤水的制备 饮用水纯化/苦碱水脱盐/海水淡化 废水循环与再生利用（零排放） BOD/COD的最小化 垃圾填埋场渗出水的浓缩处理 染料、颜料、油漆、含油废水的处理 纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收 金属、食品、皮革、农药和除草剂废水的处理 纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用
8
化学反应 反应促进和 溶剂（非 电解质离子 和浓度差 扩散 电解质
水质工程
2018/12/1
4、膜分离的应用领域
（1）化学/染料工业 活性染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 食品染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 催化剂与贵金属的回收利用 脱氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脱氢反应中液体的分离、纯化 甘油/己内酰胺/苯/染料活性剂等有机化工原料的回收 汽车/仪表及其它工业涂漆的浓缩回收 （2）食品/饮料工业 啤酒/果酒/黄酒/葡萄酒的澄清除菌过滤 苹果、梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的澄清除菌过滤 苹果、梨、凤梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的脱水浓缩 葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留 豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清与浓缩 乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩 蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩
3．膜分离法的分类
4．膜分离法的应用
1．膜分离的概念
用一张特殊制造的、具有选择透过性 能的薄膜（分离膜），在外力推动下对双组 分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓 缩的方法，统称为膜分离法。膜分离可用于
液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液 体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有 其他微粒的水溶液体系等。
3．膜分离法的分类
膜分离法的种类很多，现已应用的膜过 程有反渗透、纳滤、超滤、微滤、扩散渗析、 电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、 液膜、膜蒸馏等。目前，在废水处理中常用 的有扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤等四 种膜分离技术。
废水处理中几种常用膜分离法的特点如下表所示。
2018/12/1 水质工程 7
2018/12/1 水质工程
扩散渗析、控制释放 渗透气化
液膜，膜传感器
5
2、膜分离技术的特点
（a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。 例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最低； （b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏 性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩； （c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离 效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、 适用范围广、处理效率高等特点； （d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高， 有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法 在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回 用处理。
2、膜的分类

按膜结构分：有对称膜和不对称膜 按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚乙烯膜等
无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等
按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜 按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜
2018/12/1 水质工程 2
二、膜分离概述
1．膜分离的概念 2、膜分离技术的特点
膜过程
推动力
传质机理
透过物及其 尺寸
截留物
膜类型
电渗析
电位差
离子选择性 溶解性无机 非电解质 离子交 透过 物 大分子 换膜 溶质、盐、 非对称 水或溶剂 SS 膜
压力差2反渗透 溶剂的扩散 10MPa
胶体大分 压力差0.1- 筛滤及表面 水、盐及低 非对称 超过滤 子、不容 10.MPa 作用 分子有机物 膜 有机物 渗析 液膜 浓度差 溶质的扩散 低分子物质、 离子 溶剂 非对称 膜 液膜