膜分離技術(shù)及其應(yīng)用

1、膜分離技術(shù)及其應(yīng)用膜分離技術(shù)及其應(yīng)用膜分離發(fā)展過程和趨勢(shì)可用？可用？高增長(zhǎng)高增長(zhǎng)低增長(zhǎng)低增長(zhǎng)透析透析微濾微濾超濾超濾反滲透反滲透電滲電滲析析控制釋放控制釋放氣體分離氣體分離滲透汽化滲透汽化雙極膜雙極膜液膜液膜膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器閘膜閘膜活化傳遞活化傳遞微濾微濾 0.110 m：細(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)胞、顏料、蛋白等超濾超濾 0.005 0.1 m：蛋白、顏料、多糖、大分子納濾納濾 0.00050.005 m：低聚糖、染料、多價(jià)離子反滲透反滲透0.00010.001 m：電解質(zhì)、大于100da的有機(jī)溶質(zhì)水、小于100da的有機(jī)溶質(zhì) 膜的適用范圍膜膜料液料液水水小分子小分子大分子大分子滲透液滲透液定義：定

2、義：具有選擇性分離的功能具有選擇性分離的功能薄膜材料。薄膜材料。 “21“21世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)中，世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)中，膜技術(shù)扮演著戰(zhàn)略的角色膜技術(shù)扮演著戰(zhàn)略的角色”“誰掌握了膜技術(shù)，誰就誰掌握了膜技術(shù)，誰就掌握了掌握了2121世紀(jì)的未來世紀(jì)的未來”膜的簡(jiǎn)介報(bào)告內(nèi)容n膜技術(shù)簡(jiǎn)介 發(fā)展歷史 專業(yè)術(shù)語 應(yīng)用實(shí)例n典型膜過程 反滲透 超濾 微濾n陶瓷膜技術(shù) 膜的發(fā)展歷史n1748年abble nelkt 發(fā)現(xiàn)水能自然地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，首次揭示了膜分離現(xiàn)象；n1827年dutrochet引入名詞滲透（osmosis）；n1861年schmidt提出超濾概念；n1864年traube成功研制了人類歷

3、史上第一張人造膜（亞鐵氰化銅膜）n1918年zsigmondy提出了商品微濾膜的制備方法，并將其應(yīng)用于微生物、微粒等方面的分離和富集；n1950年w.juda成功研制了第一張具有實(shí)用價(jià)值的離子交換膜；n1960年loeb 和sourirajan研制出第一張不對(duì)稱的醋酸纖維素反滲透膜，導(dǎo)致了膜分離技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用和裝置的研制階段；n1967年以后在美國(guó)、丹麥、日本等國(guó)出現(xiàn)了多家膜及其組件的生產(chǎn)廠家，逐漸開始了膜分離技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用。n我國(guó)1958年開始研究離子交換膜和電滲析，1966年開始研究ro、uf、mf、液膜、氣體分離等膜分離過程應(yīng)用與開發(fā)研究。80年代后期又陸續(xù)開展了滲透汽化、膜萃取、膜蒸餾

4、和膜反應(yīng)等新膜過程的研究，并著手進(jìn)行膜技術(shù)的推廣應(yīng)用工作。n國(guó)內(nèi)主要的膜研究和推廣單位：1）氣體分離：大連化學(xué)物理研究所（天邦膜公司）2）液體分離：杭州水處理技術(shù)中心（西斗門公司） 天津紡織工學(xué)院（膜天公司）3）無機(jī)膜：南京工業(yè)大學(xué)（久吾高科） 中國(guó)科技大學(xué) 膜的發(fā)展歷史膜過程國(guó)家年代應(yīng)用微濾超濾血液滲析電滲析反滲透超濾氣體分離膜蒸餾全蒸發(fā)德國(guó)德國(guó)荷蘭美國(guó)美國(guó)美國(guó)美國(guó)德國(guó)德國(guó)/荷蘭192019301950195519601960197919811982實(shí)驗(yàn)室用（細(xì)菌過濾器）實(shí)驗(yàn)室用人工腎脫鹽海水脫鹽大分子物質(zhì)濃縮氫回收水溶液濃縮有機(jī)溶液脫水/荷蘭 19301950195 51960196019

5、7 9198 膜的發(fā)展歷史膜的簡(jiǎn)介n特征特征：具有選擇性分離的功具有選擇性分離的功能薄膜材料，以及以其為核心能薄膜材料，以及以其為核心的裝置、過程、工藝的集成與的裝置、過程、工藝的集成與應(yīng)用應(yīng)用n特點(diǎn)特點(diǎn)：n無相變、低能耗無相變、低能耗 n高效率、污染小高效率、污染小n工藝簡(jiǎn)單、操作方便工藝簡(jiǎn)單、操作方便n便于與其它技術(shù)集成便于與其它技術(shù)集成濃縮液濃縮液進(jìn)料液進(jìn)料液滲透液滲透液膜的分類膜的適用范圍n分離對(duì)象的粒徑分布分離對(duì)象的粒徑分布膜元件 膜元件膜分離的形式膜分離的形式錯(cuò)流過濾錯(cuò)流過濾 終端過濾 污染嚴(yán)重污染嚴(yán)重錯(cuò)流過濾污染輕污染輕膜過程的一些術(shù)語膜過程的一些術(shù)語n錯(cuò)流過濾 feedr et

6、entatec rossflow m em brane m oduler ecirculation loopp1p3p2permeaten錯(cuò)流過濾的優(yōu)點(diǎn)：(1)便于連續(xù)化操作過程中控制循環(huán)比；(2)流體流動(dòng)平行于過濾表面，產(chǎn)生的表面剪切力帶走膜表面的沉積物，防止污染層積累，使之處于動(dòng)態(tài)平衡，從而有效地改善液體分離過程，使過濾操作可以在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行；(3)錯(cuò)流過濾所產(chǎn)生的流體剪切力和慣性舉力能促進(jìn)膜表面的溶質(zhì)向流體主體的反向運(yùn)動(dòng)，提高了過濾速度。膜過程的一些術(shù)語膜過程的一些術(shù)語n通量：在一定操作條件下，單位時(shí)間通過單位面積膜的體積流量。單位l/m2.hn選擇性：將混合物總的組分分離開來的

7、能力。1）液體分離的選擇性常用截留率表示： r1cp/cf2）氣體分離或有機(jī)溶劑混合物的分離常用分離因子表示選擇性：a/b(ya/yb)/(xa/xb)，其中y表示滲透?jìng)?cè)各組分的濃度，x表示原料側(cè)的濃度。當(dāng)a/b等于1，表示無法實(shí)現(xiàn)分離目的，大于1表示a組分通過膜的速度大于b組分。n通量衰減系數(shù)m：由于過程的濃差極化、膜的壓密、膜污染等的影響，使得通量隨時(shí)間的變化膜過程的一些術(shù)語膜過程的一些術(shù)語n推動(dòng)力： 1）對(duì)多孔膜而言，在對(duì)流流動(dòng)的情況下，傳質(zhì)推動(dòng)力是膜兩側(cè)的壓力差。 膜壓降：p1-p2，是由于流體流動(dòng)引起的。 2）對(duì)致密膜而言，推動(dòng)力為膜兩側(cè)的化學(xué)勢(shì)之差。p1p2p3p（p1p2）/2p

8、3膜過程的一些術(shù)語濃差極化：濃差極化：在膜分離過在膜分離過程中，一部分溶質(zhì)被截程中，一部分溶質(zhì)被截留，在膜表面及靠近膜留，在膜表面及靠近膜表面區(qū)域的濃度越來越表面區(qū)域的濃度越來越高，造成從膜表面到本高，造成從膜表面到本體溶液之間產(chǎn)生濃度梯體溶液之間產(chǎn)生濃度梯度，這一現(xiàn)象稱為度，這一現(xiàn)象稱為“濃濃差極化差極化”。 1 2 3 cf cm cp 濃差 膜層 滲透?jìng)?cè) 極化層 極化層n傳遞阻力：1）膜阻rm:與膜本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，包含膜層到支撐層的傳遞阻力；2）濃差極化阻力rc：由于被截留組分在膜面濃度的增大而引起的；3）推動(dòng)力的損失：進(jìn)料側(cè)和滲透?jìng)?cè)的壓力損失；4）膜污染阻力：由于物料中的成分對(duì)膜產(chǎn)生吸

9、附、堵塞、以及沉積等現(xiàn)象而引起的。膜過程的一些術(shù)語nrm 膜管本身阻力膜管本身阻力nri 膜孔內(nèi)污染阻力膜孔內(nèi)污染阻力 nrg 凝膠層阻力凝膠層阻力nrc 濃差極化阻力濃差極化阻力膜污染cgucbrm ri rg rcc膜污染阻力的概念模型膜污染阻力的概念模型 膜過程的一些術(shù)語n膜污染：指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生滲透通量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。n物理污染包括膜表面的沉積，膜孔內(nèi)的阻塞，這與膜孔結(jié)構(gòu)、膜表面的粗糙度、溶質(zhì)的尺寸和形狀等有關(guān)。n化學(xué)污染包括膜表面和膜孔內(nèi)的吸附，這

10、與膜表面的電荷性、親水性、吸附活性點(diǎn)及溶質(zhì)的荷電性、親水性、溶解度等有關(guān)。 膜的用途n濃縮：目的產(chǎn)物以低濃度形式存在，因此需要除去溶劑；（截留物為產(chǎn)物）n純化：除去雜質(zhì)；n分離：將混合物分成兩種或多種目的產(chǎn)物；n反應(yīng)促進(jìn)：把化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)的產(chǎn)物連續(xù)取出，能提高反應(yīng)速率或提高產(chǎn)品質(zhì)量。膜的應(yīng)用從從2020世紀(jì)初到世紀(jì)初到2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，膜技術(shù)基本已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室年代，膜技術(shù)基本已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室步入工業(yè)化，并在水處理、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、化工步入工業(yè)化，并在水處理、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、化工與石油化工、電子、冶金、國(guó)防與石油化工、電子、冶金、國(guó)防等領(lǐng)域得到成功的等領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用。目前全

11、球膜產(chǎn)業(yè)的規(guī)模超過百億美元，正以年應(yīng)用。目前全球膜產(chǎn)業(yè)的規(guī)模超過百億美元，正以年3030的速度遞增著。的速度遞增著。膜的應(yīng)用膜海水淡化海水淡化工業(yè)廢水處理工業(yè)廢水處理城市廢水資源化城市廢水資源化天然氣天然氣生物質(zhì)利用生物質(zhì)利用能源能源水資源水資源傳統(tǒng)工業(yè)傳統(tǒng)工業(yè)生態(tài)環(huán)境除塵除塵coco2 2 控制控制制制 藥藥食食 品品化工與石化化工與石化電電 子子冶冶 金金燃料電池燃料電池潔凈燃燒潔凈燃燒膜技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例金屬工藝金屬工藝金屬回收；污染控制；富氧燃燒金屬回收；污染控制；富氧燃燒 紡織及制革工業(yè)紡織及制革工業(yè)余熱回收；藥劑回收；污染控制余熱回收；藥劑回收；污染控制

12、造紙工業(yè)造紙工業(yè)代替蒸餾；污染控制；纖維及藥劑回收代替蒸餾；污染控制；纖維及藥劑回收食品及生化工業(yè)食品及生化工業(yè)凈化；濃縮；消毒；代替蒸餾；副產(chǎn)品回收凈化；濃縮；消毒；代替蒸餾；副產(chǎn)品回收化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)有機(jī)物除去或回收；污染控制；氣體分離；藥劑回收和再利用有機(jī)物除去或回收；污染控制；氣體分離；藥劑回收和再利用醫(yī)藥及保健醫(yī)藥及保健人造器官；控制釋放；血液分離；消毒；水凈化人造器官；控制釋放；血液分離；消毒；水凈化水處理水處理海水、苦咸水淡化；超純水制備；電廠鍋爐用水凈化；廢水處理海水、苦咸水淡化；超純水制備；電廠鍋爐用水凈化；廢水處理國(guó)防工業(yè)國(guó)防工業(yè)艦艇淡水供應(yīng)；戰(zhàn)地醫(yī)院污水凈化；低放射性水處

13、理；野戰(zhàn)供水艦艇淡水供應(yīng)；戰(zhàn)地醫(yī)院污水凈化；低放射性水處理；野戰(zhàn)供水膜技術(shù)用于生物質(zhì)資源開發(fā)n膜生物反應(yīng)器技術(shù)取得間歇發(fā)酵可提高反應(yīng)器效率膜生物反應(yīng)器技術(shù)取得間歇發(fā)酵可提高反應(yīng)器效率15158080倍倍n滲透汽化膜分離技術(shù)比傳統(tǒng)共沸蒸餾節(jié)能滲透汽化膜分離技術(shù)比傳統(tǒng)共沸蒸餾節(jié)能6060n生產(chǎn)裝置總投資為傳統(tǒng)分離方法總投資的生產(chǎn)裝置總投資為傳統(tǒng)分離方法總投資的404080%80% 650 kcal/l130 kcal/l7 wt%乙醇乙醇1380 kcal/l42 wt%乙醇乙醇93 wt%乙醇乙醇99.8 wt%乙醇乙醇980 kcal/l350 kcal/l(90 % es)(33 % es)

14、纖維素纖維素發(fā)酵發(fā)酵蒸餾蒸餾蒸餾蒸餾脫水脫水透醇膜透醇膜60 wt%乙醇乙醇99.8 wt%乙醇乙醇透水膜透水膜傳統(tǒng)過程傳統(tǒng)過程:發(fā)酵速發(fā)酵速率低、能耗大率低、能耗大膜生物反應(yīng)膜生物反應(yīng)器：器：實(shí)現(xiàn)連實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，降續(xù)生產(chǎn)，降低操作成本低操作成本膜法海水淡化分離方法分離方法反滲透反滲透低溫多效低溫多效多級(jí)閃蒸多級(jí)閃蒸能耗能耗(kwh/m3)3.5710國(guó)家或地區(qū)國(guó)家或地區(qū)沙特沙特中國(guó)中國(guó)長(zhǎng)海長(zhǎng)海中國(guó)中國(guó)長(zhǎng)島長(zhǎng)島中國(guó)中國(guó)滄化滄化設(shè)備能力設(shè)備能力m3/d568001000100018000原水含鹽量原水含鹽量mg/l43700350003400013000能耗能耗kwh/m3754.52.75產(chǎn)水

15、成本產(chǎn)水成本rmbrmb/m34.886.695.131.83反滲透淡化廠的能耗及產(chǎn)水成本反滲透淡化廠的能耗及產(chǎn)水成本 幾種分離方法能耗比較幾種分離方法能耗比較膜法海水淡化嵊泗嵊泗1000噸噸/日反滲透海水淡化裝置日反滲透海水淡化裝置膜法自來水廠巴黎瓦茲河梅巴黎瓦茲河梅里市里市1414萬立方萬立方米米/ /天的納濾天的納濾廠，每天為巴廠，每天為巴黎附近黎附近5050萬居萬居民提供民提供1414萬噸萬噸飲用水飲用水典型膜應(yīng)用過程 反滲透n滲透與反滲透的區(qū)別： 滲透是水通過 半透膜，從低溶質(zhì)濃度一側(cè)到高溶質(zhì)濃度一側(cè)，直到兩側(cè)的水的化學(xué)位達(dá)到平衡。而反滲透是在推動(dòng)力作用下，溶劑（水）從高溶質(zhì)濃度一側(cè)

16、到低溶質(zhì)濃度一側(cè)，克服的是滲透壓。n滲透壓的 計(jì)算： 理想水溶液滲透壓rtcsi 實(shí)際溶液irtcsi csi是溶質(zhì)的濃度，mol/cm3典型膜應(yīng)用過程 反滲透 半透膜純水鹽水純水鹽水純水鹽水hpa、滲透b、滲透平衡c、反滲透滲透、平衡滲透、反滲透示意圖典型膜應(yīng)用過程 反滲透n一般而言，無機(jī)鹽溶液的滲透壓很高，含1g/l氯化鈉的天然水，滲透壓為0.07mpa，含35g/l氯化鈉的海水，滲透壓為2.5mpa。n反滲透是以壓力差為推動(dòng)力的分離操作，其功能是截留離子物質(zhì)而僅透過溶劑。n反滲透不是滲透的逆過程，兩者同樣是在等溫條件下溶劑從高化學(xué)位到低化學(xué)位的遷移過程。n反滲透將料液分成兩部分：透過膜的

17、是含溶質(zhì)很少的溶劑，稱為滲透液；未透過膜的液體，溶質(zhì)濃度增高，稱為濃縮液。n1784年abble nollet用豬膀胱作透過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象；n1953年c.e.reid提出用反滲透法淡化海水的方案；n1960年loeb 和s.sourirajan制成第一張非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的醋酸纖維素膜，反滲透技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化階段。n反滲透過程可以分為三類： 高壓反滲透（5.610.5mpa）， 低壓反滲透（1.04.2mpa）， 納濾（0.31.0mpa）。典型膜應(yīng)用過程 反滲透分離機(jī)理n反滲透膜上的微孔孔徑約為 2nm，而無機(jī)鹽離子的直徑僅為0.10.3nm，水合離子的直徑為0.30.6nm，明顯小于孔徑，無法

18、用分子篩分原理來解釋分離現(xiàn)象。ns.sourirajan提出了優(yōu)先吸附毛細(xì)管流動(dòng)模型來解釋非荷電膜的分離；荷電膜分離機(jī)理著重考慮的是膜與分離對(duì)象之間的donnan效應(yīng)。n溶解擴(kuò)散模型：膜是無孔的“完整的膜”典型膜應(yīng)用過程 反滲透膜低壓滲透?jìng)?cè)jw=水通量cw=滲透液溶質(zhì)濃度qp滲透流量jwacr截留液中溶質(zhì)濃度qr截留液流量高壓側(cè)p-膜的推動(dòng)力cb主體溶質(zhì)濃度cm膜面溶質(zhì)濃度供料截留液滲透液qi=進(jìn)料流量ci=溶質(zhì)濃度反滲透過程示意圖反滲透過程用三個(gè)參數(shù)來評(píng)價(jià)：r表觀截留率1-cw/cijw=滲透通量單位面積上的滲透流量r回收率間歇系統(tǒng)：r= jw a t / v連續(xù)系統(tǒng)：r= jw a /qi

19、典型膜應(yīng)用過程 反滲透反滲透膜：n高操作壓力：310mpa；n要求膜必須有高透水率，高脫鹽率；n耐一定的酸堿、耐微生物、耐壓密；n必須滿足工藝要求、性質(zhì)穩(wěn)定，能長(zhǎng)期使用。n形狀：平板膜、管式膜、卷式膜、中空纖維膜n主要膜材料：醋酸纖維素、芳香聚酰胺、聚砜膜組件n反滲透過程的經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用性，取決于各種廉價(jià)的反滲透膜組件。n主要有：管式、板式、中空纖維、卷式n卷式組件的銷售占反滲透市場(chǎng)總量的70，中空纖維組件占26，管式、板框組件的銷售量較小。n組件必須滿足：1）機(jī)械強(qiáng)度：必須承受高壓，及周期性的減壓與膜清洗；2）水力性能好：組件設(shè)計(jì)必須使膜的污染和濃差極化最小；3）經(jīng)濟(jì)性：組件壽命必須長(zhǎng)；4）制

20、造費(fèi)用低，易于替換。典型膜應(yīng)用過程 反滲透商業(yè)反滲透膜和納濾膜的特性膜 材 料 和名稱生產(chǎn)商試驗(yàn)組件溶質(zhì)試驗(yàn)條件通量*脫除率（）板式氯化鈉甲醇乙醇酚50g/l,8mpa17mpa23138ppm,1.7mpa1.7mpa9.17987100醋 酸 纖 維素uop管式氯化鈉甲醇乙醇脲酚500ppm/25/4.1/r=01000ppm/25/4.1/r=01000ppm/25/4.1/r=01000ppm/25/4.1/r=01000ppm/25/4.1/r=04.898022617815pr卷式氯化鈉2000ppm/25 度0.456l/s90815sr407.9in氯化鈉2.9mpa,r=10

21、%0.35l/s95815hrosmonics氯化鈉ph=560.28l/s97.5ca99019.59092ca99513.99597ca999dds氯化鈉2500ppm,25度,ph=7,4mpa5.579899.5sc3000toray氯化鈉甲醇乙醇脲酚1500ppm/25/1.5mpa1000ppm/25/1.51000ppm/25/1.51000ppm/25/1.51000ppm/25/1.53.479659260*單位：104cm3/cm2 .s典型膜應(yīng)用過程 反滲透反滲透膜組件的一般特性組件類型特性卷式中空纖維管式板框式裝填密度（m2/m3）800600070500供料速度(m3

22、/m2.s)0.250.50.005150.250.5料液側(cè)壓力降（psi）43851.44.328434385膜污染趨勢(shì)高高低中等清洗差好差最好好料液過濾要求1025m 過濾510m 過濾不需要過濾1025m 過濾相對(duì)耗費(fèi)低低高高典型膜應(yīng)用過程 反滲透大型卷式組件在三類應(yīng)用中的操作條件應(yīng)用膜種類最 大 供 料溫度/度ph 范圍允許氯濃度/ppm壓力/psi醋酸纖維素45470.22800海水淡化復(fù)合膜452110.1800醋酸纖維素40370.22400苦咸水淡化復(fù)合膜452110.1400醋酸纖維素40370.22200生產(chǎn) ro 水復(fù)合膜403100.1150典型膜應(yīng)用過程 反滲透過程設(shè)

23、計(jì)1、原則：n設(shè)計(jì)變量：組件的流體力學(xué)和流速、水的特性（溶質(zhì)濃度和擴(kuò)散性、滲透壓、粘度等）、操作壓力、水回收率、污染指數(shù)。n設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮因素：1）溶液變量：懸浮固體、可溶性無機(jī)物、微生物、可溶性有機(jī)物、有機(jī)溶劑、氧化性化學(xué)試劑、溫度、ph2）最低預(yù)處理要求 sdi53）膜的變量：膜材料和組件形式、組件中的流速、壓力降、說回收率和濃度、最小運(yùn)行通量和最大通量、組件排列、清洗要求4）膜與其他過程的結(jié)合；5）膜的性能隨長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)發(fā)生變化，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，通量和脫鹽率發(fā)生明顯的變化，一般膜的壽命35年；典型膜應(yīng)用過程 反滲透2、料液預(yù)處理n每個(gè)反滲透系統(tǒng)都包含了一定程度的供料預(yù)處理系統(tǒng)。n其目的為：

24、延長(zhǎng)膜的壽命、防止膜污染、保持系統(tǒng)的去除率和回收率。n與預(yù)處理相關(guān)的投資成本和操作費(fèi)用占總生產(chǎn)成本的50。n預(yù)處理程度取決于：膜組件的類型、料液組成、系統(tǒng)要求達(dá)到的性能。n預(yù)處理的方法：1）防止化學(xué)損傷膜的預(yù)處理n供給水的氯濃度和ph會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生化學(xué)損傷。聚酰胺類膜不耐氯，醋酸纖維素特別要控制ph，在ph7的條件下水解特別快。n脫氯常用方法：a、用nahso3處理；b、炭過濾c、用so2氣體處理。nph的調(diào)整一般用h2so4或naoh典型膜應(yīng)用過程 反滲透 典型反滲透膜耐氯和 ph 范圍反滲透膜允 許 氯 濃度 ppmph醋酸纖維素0.31.046聚酰胺a98%99%90%細(xì)菌、病毒99%99%

25、微溶質(zhì)（分子量100）90%50%微溶質(zhì)（分子量100）099%050%典型膜應(yīng)用過程 反滲透 納濾小結(jié)膜復(fù)合膜厚度亞層 150 微米，皮層 1 微米孔尺寸2nm推動(dòng)力壓差(1025bar)分離機(jī)理溶解擴(kuò)散膜材料聚酰胺（界面聚合）應(yīng)用半咸水脫鹽微污染物脫除水軟化廢水治理染料截留 反滲透小結(jié)膜不對(duì)稱或復(fù)合膜厚度亞層 150 微米，皮層 1 微米孔尺寸50nm微孔膜2nm致密膜微濾膜超濾膜納濾膜滲 透蒸發(fā)膜反滲透膜氣體分離膜金屬及其合金膜致密陶瓷膜多孔膜中孔膜 250nm無機(jī)膜集成過程陶瓷膜在液相分離領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀在食品工業(yè)中的應(yīng)用：始于1980年，主要集中在奶制品、酒類、果汁飲料、調(diào)味品等料液的

26、澄清、濃縮除菌。 在環(huán)保行業(yè)中的應(yīng)用：以廢水、廢液的處理為主，主要用于含油廢水的處理以及化工、石油化工中生產(chǎn)廢液處理，其目標(biāo)是回收水中有用成分，使處理后的水循環(huán)利用或達(dá)標(biāo)排放。在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用：這是一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，主要涉及下游細(xì)胞回收、發(fā)酵液澄清、產(chǎn)品凈化等諸多方面，另外酶膜反應(yīng)器、膜傳感器等也是研究熱點(diǎn)。在食品工業(yè)中的應(yīng)用在食品工業(yè)中的應(yīng)用在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用v牛奶的微濾除菌、乳清濃縮、酸奶處理等 果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用 v主要在蘋果汁、獼猴桃汁等生產(chǎn)中已實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。釀酒工業(yè)中的應(yīng)用釀酒工業(yè)中的應(yīng)用 v無菌低溫啤酒生產(chǎn)、啤酒罐底液處理等工業(yè)已規(guī)模應(yīng)用以及在

27、葡萄酒生產(chǎn)中的應(yīng)用。在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用牛奶mfufro脂肪和細(xì)菌脫脂牛奶uf截留物uf滲透物ro濃縮物水高脂奶油飲料生產(chǎn)奶酪特殊奶制品全蛋白乳糖生產(chǎn)發(fā)酵食品和非食品生產(chǎn)蒸發(fā)干燥全奶粉奶罐運(yùn)輸特殊奶品脫脂奶200m3/d固含量9.2蛋白質(zhì)3.6乳糖4.7%灰份0.7預(yù)處理uf滲透液167m3/d乳糖4.7灰份0.7ro滲透液122m3/dbod500g/m3排放陰溝濃縮液45m3/d乳糖17.4%灰份2.6%動(dòng)物飼料濃縮液33m3/d固含量28.7蛋白質(zhì)21.2%乳糖4.7%灰份0.7奶酪前體46t/d固含量42%添加劑奶油酵母凝乳素青霉素奶酪生產(chǎn)奶酪40t/d固含量47.5%

28、蛋白質(zhì)16.9%uf巴氏殺菌脫脂乳生產(chǎn)奶酪在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用原奶mf脫脂奶uf混合巴氏殺菌 均相化procal奶飲料奶油滲透液超濾法生產(chǎn)飲料奶在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用乳清mf澄清乳清ufuf滲透物ronfedednfro乳清蛋白濃縮物蛋白質(zhì)分級(jí)膜生物反應(yīng)器肽濃縮乳糖膜生物反應(yīng)器燃料化學(xué)物質(zhì)脂肪、酪蛋白脫鹽乳清濃縮乳清各種乳清蛋白乳清處理水在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用用 途 膜特征 備注 澄清預(yù)濾后的蘋果汁 0.2m 的 zro2膜 截留分子量 20,000zro2膜 150,000 的 zro2膜 商業(yè)化 從蘋果渣內(nèi)直接提取

29、蘋果汁 動(dòng)態(tài)金屬氧化物膜 商業(yè)化ultrapress 酸果蔓汁的澄清 0.45m 的 al2o3膜 商業(yè)化 其它果汁的澄清： 梨,菠蘿,桃,胡蘿卜,甜菜根,草莓,番石榴 無機(jī)膜 中試 果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用果 汁 滲透通量 (lm-2h-1) 膜孔徑 (m) 操作溫度 () 膜壓差 (mpa) 錯(cuò)流速度 (ms-1) 蘋果汁濃縮物 (白利糖度 7071) 17.5 0.2 7075 0.5 4.9 蘋果汁 (固體 1%2%,果膠 1%) 250 0.2 22 0.35 4.9 蘋果汁(白利糖度 12.5,不溶物 1%,果膠 1%) 460 0.2 75 0.4 6.7 橙汁(白利糖度

30、 10.5) 50 0.2 15 0.15 4.4 紅莓子果汁澄清 (固體 5) 167 0.45 50 0.15 4.9 紅果汁 (白利糖度 1214.5) 20 0.45 50 0.35 4.6 風(fēng)梨汁澄清 (溶解物 7%) 240 0.2 50 0.7 5.3 粉紅葡萄柚汁 22 0.2 25 0.15 4.9 蘋果汁生產(chǎn)蘋果汁生產(chǎn) 裝置膜面積：220m2 處理量：17m3/h 全自動(dòng)控制 運(yùn)行通量?jī)?yōu)于國(guó)外裝置 產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于國(guó)外裝置 果汁廠陶瓷膜工程在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用葡萄果漿榨汁未發(fā)酵葡萄汁微濾1擠壓葡萄汁發(fā)酵生酒微濾2準(zhǔn)備上市的酒葡萄果漿榨汁未發(fā)酵葡萄汁擠壓作用（亞硫

31、酸鹽處理，冷凍，離心）擠壓葡萄汁發(fā)酵生酒澄清（整理，過濾）化學(xué)穩(wěn)定作用：冷凍生物穩(wěn)定作用：巴氏殺菌裝瓶 準(zhǔn)備上市的酒a：傳統(tǒng)工藝 b：膜工藝傳統(tǒng)葡萄酒工藝與膜技術(shù)過濾工藝比較傳統(tǒng)葡萄酒工藝與膜技術(shù)過濾工藝比較在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用未濾啤酒離心沉降預(yù)澄清發(fā)酵硅藻土過濾板框過濾終端過濾器滅菌過濾器發(fā)酵未濾啤酒離心沉降預(yù)澄清錯(cuò)流微濾制成無菌濾液啤酒過濾在環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用在環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用在含油廢水處理中的應(yīng)用在含油廢水處理中的應(yīng)用v油田回注水、金屬表面切削液、冷軋乳化液、冷軋乳化液、清洗液廢水等 在化工及石化廢水處理中的應(yīng)用在化工及石化廢水處理中的應(yīng)用 v主要用于回收化工廢水中的貴重金

32、屬及其氧化物等。在其它工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用在其它工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用 v造紙工業(yè)的黑水和白水處理、紡織廢水中pva回收等。上海寶鋼集團(tuán)公司冷軋線上海寶鋼集團(tuán)公司冷軋線設(shè)備處理能力為：6 6萬萬m m3 3/ /年，油截留率大于年，油截留率大于99.999.9，水回用率大于，水回用率大于9090，回收油，回收油120120噸噸/ /年年設(shè)備折舊費(fèi)用設(shè)備折舊費(fèi)用 （元）元）3.3918能耗費(fèi)用能耗費(fèi)用 （元）（元）1.559人工費(fèi)用人工費(fèi)用 （元）（元）0.691.4維修維修 （元）（元）0.271.0清洗劑費(fèi)用（元）清洗劑費(fèi)用（元）0.224.0油回收費(fèi)（元）油回收費(fèi)（元）2.252.25水回收

33、費(fèi)（元）水回收費(fèi)（元）0.90(水質(zhì)不穩(wěn)定水質(zhì)不穩(wěn)定)項(xiàng)目項(xiàng)目國(guó)產(chǎn)陶瓷膜國(guó)產(chǎn)陶瓷膜（元（元/m3)進(jìn)口有機(jī)膜進(jìn)口有機(jī)膜（元（元/m3)總費(fèi)用總費(fèi)用 （元）（元）2.9731.15說明 1：年處理10萬噸冷軋乳化液廢水設(shè)備，采用國(guó)產(chǎn)陶瓷膜300萬元人民幣（武鋼），進(jìn)口有機(jī)膜設(shè)備200萬美元（寶鋼，1988年），成本僅是其1/10。 2：有關(guān)數(shù)據(jù)來源于上海寶鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)院。鋼鐵冷軋乳化液廢水處理回用技術(shù)鋼鐵冷軋乳化液廢水處理回用技術(shù)在生化與制藥工業(yè)中的應(yīng)用在生化與制藥工業(yè)中的應(yīng)用在發(fā)酵液除菌中的應(yīng)用在發(fā)酵液除菌中的應(yīng)用v乳酸、核酸、青霉素g等提取 在中成藥生產(chǎn)中的應(yīng)用在中成藥生產(chǎn)中的應(yīng)用 v主要用于

34、替代醇沉工藝，除去煎煮液中的雜質(zhì)，研究處于起步階段等。在血漿分離中的應(yīng)用在血漿分離中的應(yīng)用 v已被證實(shí)是可行的方法，但國(guó)內(nèi)尚未開展研究。膜技術(shù)用于膜技術(shù)用于中藥精制中藥精制陶瓷膜的優(yōu)勢(shì)：陶瓷膜的優(yōu)勢(shì)：1、煎煮液無需冷卻可直接過濾，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)；2、膜的再生方便，除菌徹底,膜本身可直接高溫滅菌；3、無論中藥水提液性質(zhì)如何,對(duì)膜本身沒有影響；4、對(duì)中藥有效成份基本無截留；5、口服液生產(chǎn)，放置時(shí)間顯著延長(zhǎng)，無瓶底沉淀物；6、制片劑或粉劑時(shí)，賦型劑用量比醇沉法減少1/3；7、對(duì)水提液和醇提液均可適用；8、對(duì)單方和復(fù)方中藥均可適用。膜技術(shù)用于中藥精制膜技術(shù)用于中藥精制傳統(tǒng)中藥精致工藝傳統(tǒng)中藥精致工藝(

35、(醇沉法醇沉法) )。工藝復(fù)雜，成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，水溶性有效成分損失大工藝復(fù)雜，成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，水溶性有效成分損失大洗凈洗凈蒸發(fā)蒸發(fā)煎煮煎煮除雜除雜醇沉醇沉乙醇回收乙醇回收蒸發(fā)濃縮蒸發(fā)濃縮膜過濾膜過濾膜濃縮膜濃縮產(chǎn)品產(chǎn)品保留率()氧化苦參堿苦參總黃酮醇沉66.0254.77微濾79.7277.23注：中藥苦參水醇沉與微濾比較陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝黃芪單方微濾與醇沉之成分損失率、固形物去除率、濁度降低率比較樣品號(hào)樣品成分損失率（%） 固形物去除率（%） 濁度降低率（%）a原液b140%醇沉64.527.194.0b250%醇沉67.12

36、0.997.4b360%醇沉67.728.698.0b470%70%醇沉醇沉50.530.398.1b580%醇沉57.738.598.6c1800nm濾液17.14.787.6c2200nm200nm濾液濾液25.914.495.1c350nm濾液50.412.096.01. 經(jīng)醇沉及膜分離，經(jīng)醇沉及膜分離，目標(biāo)成分含量均目標(biāo)成分含量均有下降；有下降；2. 膜過濾后目標(biāo)成膜過濾后目標(biāo)成分損失明顯低于分損失明顯低于醇沉工藝。醇沉工藝。3. 提高收率的方法提高收率的方法 a. 多次醇沉多次醇沉 b. 加水洗滌過濾加水洗滌過濾4. 膜過程的優(yōu)化尤膜過程的優(yōu)化尤為重要為重要 陶瓷分離膜取代醇沉過程的

37、中藥提取新工藝陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝糖可清實(shí)驗(yàn)a:糖渴清復(fù)方a組水提液b:糖渴清復(fù)方b組水提液c:中藥金剛藤水提液0.2um對(duì)三種不同中藥體系的滲透性能比較 陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝糖可清中試實(shí)驗(yàn)11味單方藥材a組根莖類b組葉果實(shí)類煎煮液188.8kg煎煮液193kgmf殘留液滲透液加水滲析mf殘留液滲透液加水滲析后續(xù)加工成藥陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝糖可清中試實(shí)驗(yàn)陶瓷膜處理量：250l/h實(shí)驗(yàn)?zāi)み\(yùn)行時(shí)間：1.5小時(shí)膜孔徑：0.2微米，氧化鋯材質(zhì)批次：2次n 總黃酮收率： 95

38、.4%95.4% n固含物去除率：a a組：組：23.4%23.4%，b b組：組：32.6%32.6% 陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝與醇沉工藝比較檢測(cè)目標(biāo)0.2mf50%醇沉濁度(ntu)90%36016.0mf滲透液滲透液0.915.812.404080120160t / min812162024v / bix0.01.02.03.04.05.0v / bix02040608010012014040005000600070008000900010000 b u l k p e r m e a t eq / s c m-1t i m e / m

39、 i n滲透液母液3次洗脫后（加水量為原液的次洗脫后（加水量為原液的1/3），母液糖度降低了約），母液糖度降低了約30，表明母液中的單糖已得到了脫除（，表明母液中的單糖已得到了脫除（95%）；電導(dǎo)率）；電導(dǎo)率下降了約下降了約79；納濾工藝具備脫除單糖、脫鹽、濃縮三重功能。納濾工藝具備脫除單糖、脫鹽、濃縮三重功能。膜集成過程的研究納濾膜分離（納濾膜分離（洋姜洋姜） 溶液糖度和電導(dǎo)率隨操作時(shí)間的變化 固含量固含量濃縮液濃縮液 / %滲透液滲透液 / %原料原料 12.4加水批次加水批次019.81.75119.51.16218.90.974318.40.864膜集成過程的研究根據(jù)實(shí)驗(yàn)考察以及過程優(yōu)

40、化的結(jié)果，設(shè)計(jì)了根據(jù)實(shí)驗(yàn)考察以及過程優(yōu)化的結(jié)果，設(shè)計(jì)了4m3/hr膜集成膜集成工藝，包括陶瓷膜、納濾膜和反滲透膜等分離技術(shù)。工藝，包括陶瓷膜、納濾膜和反滲透膜等分離技術(shù)。 陶瓷膜分離、納濾、反滲透集成新工藝的處理量達(dá)12000噸/年洋姜提取膜工藝膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用 微生物發(fā)酵在生化行業(yè)中具有舉足輕重的地位,終產(chǎn)物都是在發(fā)酵中形成。但發(fā)酵過程中存在許多制約因素，就分離而言，原料的預(yù)處理中除去蛋白，發(fā)酵中及時(shí)分離微生物代謝產(chǎn)物，發(fā)酵終了后所要求組分從發(fā)酵液中的分離、其它組分的回收利用，以及發(fā)酵廢液的處理，都是發(fā)酵過程要解決的問題。涉及下游細(xì)胞回收、發(fā)酵液澄清、產(chǎn)品凈化等諸多方面，另外酶

41、膜反應(yīng)器、膜傳感器等也是研究熱點(diǎn)。膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用1、目的產(chǎn)物在初始物料中的含量低2、初始物料成分相當(dāng)復(fù)雜3、生物活性物質(zhì)穩(wěn)定性差，易失活、降解4、產(chǎn)品種類繁多5、應(yīng)用面廣，對(duì)純度和含量要求高膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用1、條件溫和，能保持生物活性2、選擇性好，分離系數(shù)高3、活性產(chǎn)物的量和具有較高的收率4、分離步驟明顯減少5、分離快速，生產(chǎn)能力顯著提高膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用n發(fā)酵液澄清n細(xì)胞分離與收集n酶、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的濃縮與精制n抗生素的回收及純化n氨基酸類制品的濃縮n除菌、除熱源n反應(yīng)分離耦合過程n高濃度有機(jī)廢水的處理膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)酵液 菌種

42、 菌體直徑m 菌體含量 谷氨酸 桿菌 0.7 4 肌苷 桿菌 0.5 8 檸檬酸 黑曲菌 5 15 淀粉酶 桿菌 0.7 4 糖化酶 黑曲菌 5 15 酵母 酵母菌 5 5 膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用n谷氨酸發(fā)酵液中菌體直徑大約為0.73微米，具有很強(qiáng)的親水性，菌體分離十分困難；n目前味精廠基本都是不除菌直接等電提?。籲谷氨酸得率為91.6%；n每生產(chǎn)1噸味精將產(chǎn)生廢codcr 1.14噸，廢水量很大；n廢液中的菌體高蛋白含量大約為60%左右；n用生物法無法處理到達(dá)標(biāo)排放，對(duì)環(huán)境造成很大的破壞。膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用污水處理發(fā)酵液等電分離等電母液谷氨酸陽離子交換柱低流分洗脫液高流分洗脫液洗脫液一般工藝流程膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)酵液膜除菌設(shè)備濃縮等電菌體蛋白谷氨酸四效蒸發(fā)冷凝水有機(jī)復(fù)合肥等電母液的膜分離發(fā)酵液的膜分離膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用 phglu（%）cod(mg/l)rg(%)bacteria(%)等電母液3.02.52630930.601.2滲透液3.02.51443520.600.01 ph glu（%） viscosity（mpas） od rg(%) bacte