膜分离设备应用介绍

膜分离设备是利用膜分离技术而在生产工厂按照其膜分离的技术参数标准制造的大型机械设备，其设备能够起分离的作用，效果远远超出传统的分离方式。

1概述

膜分离设备的核心技术就是膜分离技术，分离膜是具有选择性分离功能的材料，工作原理是物理机械筛分原理，分离过程是利用膜的选择性分离机理实现料液的不同组分间的分离或有效成分浓缩的过程。

膜分离技术设备与传统的过滤不同在于：膜可以在分子范围内进行选择性地分离，膜的错流式运行工艺可以解决污染堵塞问题，是一种科学先进的分离技术和工艺。

膜分离的工艺应用开发需以物料体系特性和工艺要求为基准，结合实验开展科学验证，在解决物料精制难题的同时，还要保证工艺的可行性，并适合于工业化的清洁生产为标准。

2简介

用于超过滤、反渗透、气体渗透分离、渗析、电渗析以及液膜分离等一系列膜分离操作的设备。由于膜的构型和分离过程各具特点，设备也有多种类型。有时根据过程目的或用途，分别称为超过滤器、渗透器、渗析器、电渗析器或淡化器等，其未来发展趋势为自动化，简洁化。

3类型

由有机合成膜构成的膜分离设备，主要类型为：①板框式装置。在尺寸相同的片状膜组之间，相间地插入隔板，形成两种液流的流道。由于膜组可置于均匀的电场中，这种结构适用于电渗析器。板框式装置也可应用于膜两侧流体静压差较小的超过滤和渗析。②螺卷式装置。把多孔隔板（供渗透液流动的空间）夹在两张膜之间，使它们的三条边粘着密合，开口边与用作渗透液引出管的多孔中心管接合。再在上面加一张作料液流动通道用的多孔隔板,并一起绕中心管卷成螺卷式元件。料液通道与中心管接合边及螺卷外端边封死。多个螺卷元件装入耐压筒中，构成单元装置。操作时料液沿轴向流动，可渗透物透过膜进入渗透液空间，沿螺旋通道流向中心管引出。该设备适用于反渗透和气体渗透分离，不能处理含微细颗粒的液体。

③管式装置。用管状膜并以多孔管支撑，构成类似于管壳式换热器的设备，分内压式和外压式，各用多孔管支撑于膜的外侧或内侧。内压式的膜面易冲洗，适用于微过滤和超过滤。④中空纤维式装置。中空纤维不需要支撑而能承受较高的压差，在各种膜分离设备中，它的单位设备体积内容纳的膜面积最大。用中空纤维构成类似于管壳式换热器的设备。中空纤维直径约0.1～1mm，并列达数百万根，纤维端部用环氧树脂密封，构成管板，封装在压力容器

中。中空纤维式适用于反渗透和气体渗透分离。

4原理

液膜分离所用的设备取决于液膜的类型。采用乳化液膜时，以通用的萃取设备为主，辅以制乳的混合装置和破乳的分离装置。采用支持液膜时,根据支持材料(微孔膜)的构型，采用板框式或中空纤维式结构。

5在食品加工中的应用

生产果蔬汁

在果蔬汁生产中，微滤、超滤技术用于澄清过滤；纳滤、反渗透技术用于浓缩。用超滤法澄清果汁时，细菌将与滤渣一起被膜截留，不必加热就可除去混入果汁中的细菌。利用反渗透技术浓缩果蔬汁，可以提高果汁成份的稳定性、减少体积以便运输，并能除去不良物质，改善果蔬汁风味。例如：果蔬汁中的芳香成份在蒸发浓缩过程中几乎全部失去，冷冻脱水法也只能保留大约8%，而用反渗透技术则能保留30-60%。

用于乳品工业

反渗透、超滤技术主要用于乳清蛋白的回收和牛乳的浓缩。与其他方法相比，利用膜分离技术加工乳品，可以降低能耗，提高产品质量。将反渗透技术用于稀牛奶的浓缩，可生产出品质令人满意的奶酪及甜酸奶。用反渗透技术除去乳牛清中的微量青霉素，大大延长了乳制品的保质期。当采用超滤法浓缩乳清蛋白时，还可同时除去乳糖、灰分等。

生产酒类

利用超滤技术，可以除去酒及酒精饮料中残存的酵母菌、杂菌及胶体物质等，可以改善酒的澄清度，延长保存期，还能使生酒具有熟成味，缩短老熟期。经超滤处理后，酒的风味有所改善，变得清爽可口，而又醇香延绵。此法还可避免酒的热杀菌易引起的混浊成分的析出，简化过滤设备。所处理的酒类有葡萄酒、威士忌、烧酒、清酒、黄酒等。

生啤酒的口味虽优于熟啤酒，但不能长期保存，给运输及销售等带来一定的困难。采用超滤技术进行啤酒的精滤和无菌过滤，可以使生啤酒不经低温加热灭菌而能长期保存。

用于豆制品工业

膜技术在豆制品工业中的主要应用是分离和回收蛋白质。生产豆乳时产生的大豆乳清，通常方法只能从中提取60%的蛋白质，利用超滤法浓缩残留蛋白质，能够增加20～30%的豆腐收得率。采用超滤法还可以在浓缩蛋白的同时，去除产生豆膻味和影响豆乳稳定性的低分子物质，提高豆乳质量。

豆制品工业中的乳清处理，对防止水体污染意义重大。大豆乳清中含有多种低分子蛋白质、多糖类、肽、少糖类等物质，采用超滤法可以从大豆乳清中回收浓缩大豆蛋白，以满足人类和畜牧业的需求。此外，还可获得β-淀粉酶产品。

利用膜技术还可以获得大豆异黄酮、大豆寡糖、大豆分离蛋白、寡肽、免疫球蛋白、竹叶黄酮等功能食品的功能配料。

用于调味品工业

在制酱工厂排出的废水中，80%以上BOD主要来自大豆的蒸煮汁。利用超滤法对大豆煮汁进行分阶段处理，其透过液可作为生产用水回收，浓缩液可用作生产原料

6膜分离技术在水处理中的应用

1膜分离技术在城市污水深度处理中的应用

城市污水深度处理和回用开始于20世纪60年代。城市污水具有量大、集中、水质较为稳定的特点，是一种潜在的水资源。城市污水深度处理通常以污水处理厂的二级或三级排放液为水源，用反渗透（RO）对它进行最后的脱盐，脱COD、BOD以及微量有机物和重金属离子的脱除，出水水质可达到饮用水标准。但由于某些主观原因，大多不直接用作饮用水。国外常将其注入地下蓄水层或淡水水库进行自然净化（通常需存放两年），也有用作工业冷却水，锅炉用水等非饮用目的。城市缺水制约着经济的发展，把城市的二级出水进行处理后再生回用是解决水源短缺的一条途径。二级排放液在进RO装置前需进行预处理，以使进水水质符合RO装置的使用要求。预处理的好坏是RO技术应用成败的关键。RO前采用MF或UF预处理的深度水处理过程已成为非直接饮用水回用工程中城市废水处理的工业标准，国内外都在积极地采用膜技术大规模地把城市污水开发为新的水资源。我国采用“微絮凝纤维过滤+膜滤”对洗浴废水进行了研究，试验表明，此工艺具有出水稳定、占地面积小的特点。天津经济技术开发区污水处理厂引进挪威SBR序批式活性污泥法先进工艺，每天可提供10万吨二级生化处理出水作为水源，使污水深度处理后回用成为可能。我国的城市污水再生回用并不普及，膜技术在深度处理的应用相对也很少，今后我们还需在污水的再生回用和深度处理技术上进行研究。

2膜分离技术在工业废水处理中的应用

由于工业的发展，大量工业废水排入水体，这些工业废水，面广量大、危害深，大多含有不同浓度的化学物质，其中有些具有较高的经济价值，而有些则具有毒性，对人类环境有害。