膜分離技術(shù)在處理廢水中的應(yīng)用-反滲透設(shè)備地下水處理工業(yè)純水

1、納濾膜別離技術(shù)及其應(yīng)用1膜技術(shù)介紹1.1概述膜別離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門別離新技術(shù) 。膜別離技 術(shù)(Membra ne Separation Tech nology以選擇性透過膜為別離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動 力(如壓力差、濃度差、電位差等)時，原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以到達(dá)別離、提純的 目的。膜別離技術(shù)以其低能耗、高效率被認(rèn)為是理想的別離技術(shù)之一。由于其兼有別離、 濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級過濾及過濾過程簡單、易于 控制等特征，因此，目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、 石油、水處理、電子、仿生等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨

2、大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已成為當(dāng)今分 離科學(xué)中最重要的手段之一。膜是具有選擇性別離功能的材料。利用膜的選擇性別離實現(xiàn)料液的不同組分的別離、 純化、濃縮的過程稱作膜別離。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，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)膜主要還只有微濾級別的膜， 主要是陶瓷膜和金屬膜。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。膜別離優(yōu)點：-常溫下進(jìn)行：有效成分損失極少

3、，特別適用于熱敏性物質(zhì)，如抗生素等醫(yī)藥、果汁、酶、蛋白的別離與濃縮-無相態(tài)變化：保持原有的風(fēng)味，能耗極低，其費用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8-無化學(xué)變化：典型的物理別離過程，不用化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染丄選擇性好：可在分子級內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)別離，具有普遍濾材無法取代的卓越性能-適應(yīng)性強(qiáng)：處理規(guī)?？纱罂尚。梢赃B續(xù)也可以間隙進(jìn)行，工藝簡單，操作方便，易于自動化1.2主要的膜技術(shù)分類當(dāng)前，國際上對膜別離技術(shù)的研究較多，這是因為其具有節(jié)能、高效、操作方便等 特點，所以越來越受到科研工作者的重視。常用的膜別離過程除了反滲透(R0)、納濾(NF)、 超濾(uF)、微濾(MF)這四種膜技術(shù)之外，

4、另外還有滲析、控制釋放、膜傳感器、膜法氣體 別離等2 別離等 。微濾(MF)膜制品的產(chǎn)量近年來增長較快，但年總產(chǎn)值在億元以下。我國MF膜制品約為整個膜市場份額的1/6,其潛在市場相當(dāng)大。鑒于微孔濾膜的別離特征，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，以到達(dá)凈化、別離、濃 縮的目的。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(uF)在我國為生產(chǎn)與應(yīng)用最廣泛的膜品種， 產(chǎn)值約占整個膜產(chǎn)業(yè)的25%以上，中空 纖維式與板框式組件都已產(chǎn)業(yè)化，在電泳漆、酶制劑、飲料、食品、超純水

5、、醫(yī)藥和廢 液廢水回收再利用等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。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)的開展，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(NF)對特定的溶質(zhì)具有很高的脫除率。在飲用水領(lǐng)域用于脫除三鹵甲烷中間體、 異味、色度、農(nóng)藥、合成洗滌劑、可溶性有機(jī)物、Ca和Mg、鉈等硬度成分及蒸發(fā)殘留物質(zhì)。我國對納濾技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還處于初始階段。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)等領(lǐng)域。反滲透(RO

6、)的研究始于1965年，1986年前后醋酸纖維素非對稱 R0膜投入生產(chǎn)，其 脫鹽率90%92%，最高到達(dá)95%。我國RO膜主要用干海水淡化、苦咸水脫鹽、鍋爐 補(bǔ)給水的處理和飲用水制備，此外，在食品、醫(yī)藥和廢水處理方面也有廣泛應(yīng)用。由于反滲透別離技術(shù)的先進(jìn)、高效和節(jié)能的特點，在國民經(jīng)濟(jì)各個部門都得到了廣 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

7、它工業(yè)的工藝用水、 鍋爐用水、洗滌用水及冷卻用水2納濾膜別離技術(shù)2.1納濾膜的特點和種類納濾膜的研究始于20世紀(jì)70年代，是由反滲透膜開展起來的，早期稱為“疏松的反滲透膜(Loose Reverse Osmosis Membrane)，將介于反滲透和超濾之間的膜別離技術(shù) 稱為“雜化過濾(Hybrid Filtration) 。直到 20世紀(jì)90年代，才統(tǒng)一稱為納濾膜 (Nanofiltration)。納濾膜作為一種新型的別離膜，具有以下的特點 ：(1) 具有納米級孔徑。納濾膜的相對截留分子量(Molecular Weight Cut-Off，MWCO)介于反 滲透膜和超濾膜之間，約為20020

8、00;(2) 納濾膜對無機(jī)鹽有一定的脫除率，大多數(shù)納濾膜是復(fù)合膜，其表皮層由聚電解質(zhì)構(gòu)成， 膜的別離性能與原料液的pH值之間有較強(qiáng)的依賴關(guān)系；對不同價態(tài)離子截留效果不同：對單價離子的截留率低，對二價和多價離子的截留 率明顯高于單價離子。對陰離子的截留率按以下順序遞增：NO3，C，OH一，SO4，CO3一對陽離子的截留率按以下順序遞增：H，Na, K，Mg，Ca，Cu對離子截留受共離子影響：在別離同種離子時，共離子價數(shù)相等，共離子半徑越小， 膜對該離子的截留率越小，共離子價數(shù)越大，膜對該離子的截留率越高4,5(3) 對疏水型膠體、油、蛋白質(zhì)和其它有機(jī)物有較強(qiáng)的抗污染性，相比于RO, NF具有操作

9、壓力低、水通量大的特點，納濾膜的操作壓力一般低于1MPa，故有“低壓反滲透之稱， 操作壓力低使得別離過程動力消耗低，對于降低設(shè)備的投資費用和運行費用是有利的。 相比于MF , NF截留分子量界限更低，對許多中等分子量的溶質(zhì)，如消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物、 農(nóng)藥等微量有機(jī)物、致突變物等雜質(zhì)能有效去除。納濾膜技術(shù)的獨特性能使得它在許多領(lǐng)域具有其他膜技術(shù)無法替代的地位，它的出 現(xiàn)不僅完善了膜別離過程，而且正在逐漸替代某些傳統(tǒng)的別離方法。20世紀(jì)80年代以來，國際上先后開發(fā)了多種商品納濾膜，其中絕大多數(shù)是復(fù)合膜， 且其外表大多帶負(fù)電荷。常見的納濾膜有3:(1) 芳香聚酰胺類復(fù)合納濾膜該類納濾膜主要是美國Fil

10、m Tec公司生產(chǎn)的NF-50和NF-70兩種納濾膜，純水通量為243L/(m .h),工作壓力分別為0.4和0.6MPa。(2) 聚哌嗪酰胺類復(fù)合納濾膜該類納濾膜主要是美國Film Tec公司生產(chǎn)的NF-40和NF-40HF、日本東麗公司的 UTC-20HF和UTC-60以及美國AMT公司的ATF-30和ATF-50納濾膜。(3) 磺化聚砜類復(fù)合納濾膜該類膜主要是日本日東電工公司的 NTR-7410和NTR-7450納濾膜，純水通量為500和292L/(mh)。2.2納濾膜別離的機(jī)理納濾膜別離機(jī)理的研究自納濾膜產(chǎn)生以來一直是熱點問題。盡管納濾膜的應(yīng)用越來 越廣泛，其遷移機(jī)理還沒能確切地弄清楚

11、。傳統(tǒng)理論認(rèn)為納濾膜傳質(zhì)機(jī)理與反滲透膜相 似，是通過溶解擴(kuò)散傳遞。隨著對納濾膜應(yīng)用和研究的深入，發(fā)現(xiàn)這種理論不能很好解 釋納濾膜在別離中表現(xiàn)出來的特征。就目前提出的納濾膜機(jī)理來看，表述膜的結(jié)構(gòu)與性 能之間關(guān)系數(shù)學(xué)模型有電荷模型、道南-立體細(xì)孔模型、靜電位阻模型。電荷模型根據(jù)對膜內(nèi)電荷及電勢分布情形的不同假設(shè)，分為空問電荷模型(the SpaceCharge Model)和固定電荷模型(the Fixed-Charge Model)?？臻g電荷模型最早由Osterle等提 出，該模型的根本方程由 Poisson-Boltzmanr方程、Nernst-Planek方程和Navier-Stokes方程

12、 等來描述。運用空間電荷模型，不僅可以描述諸如膜的濃差電位、流動電位、外表Zeta電位和膜內(nèi)離子電導(dǎo)率、電氣粘度等動電現(xiàn)象，還可以表示荷電膜內(nèi)電解質(zhì)離子的傳遞 情形。固定電荷模型最早由Teorell、Meyer和Sievers提出，因而通常又被人們稱為 Teorell-Meyer-Sievers(TMS)模型。固定電荷模型假設(shè)膜為一個凝膠相，其電荷分布均勻、 奉獻(xiàn)相同；離子濃度和電位在傳遞方向具有一定梯度；主要描述膜濃差電位、溶劑和電 解質(zhì)在膜內(nèi)滲透速率及其截留性。道南-立體細(xì)孔模型(Donnan-steric Pore Model)建立在Nernst-planek擴(kuò)展方程根底上， 用于表征兩

13、組分及三組分的電解質(zhì)溶液的傳遞現(xiàn)象，假定膜是由均相同質(zhì)，電荷均布的 細(xì)孔構(gòu)成，別離離子時，離子與膜面電荷之間存在靜電作用，相同電荷排斥而相反電荷 問相互吸引，當(dāng)離子在極細(xì)微的膜孔隙中的擴(kuò)散和對流傳遞過程中會受到立體阻礙作用的影響。近來，Wang等建立了靜電排斥和立體阻礙模型(the Electrostatic and Steric-hin dra nee Model)又可簡稱為靜電位阻模型。靜電位阻模型假定膜別離層由孔徑均一、表 面電荷分布均勻的微孔構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)參數(shù)包括孔徑8、開孔率Ak、孔道長度即膜別離層厚 度厶X。電荷特性參數(shù)那么表示為膜的體積電荷密度 X(或膜的孔壁外表電荷密度為q)。根

14、據(jù) 上述膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電荷特性參數(shù)，對于的別離體系，就可以運用靜電位阻模型預(yù) 測各種溶質(zhì)(中性分子、離子)通過膜的傳遞別離特性(如膜的特征參數(shù))。2.3納濾膜制備納濾膜的制備方法有L-S相轉(zhuǎn)化法，共混法，荷電化法和復(fù)合法等，目前使用最多最 有效的方法是復(fù)合法，也是生產(chǎn)商品化納濾膜品種最多產(chǎn)量最大的方法，該方法是在微孔 基膜上復(fù)合一層具有納米級孔徑的超薄表層。復(fù)合膜包括基膜的制備，超薄表層的制備 及復(fù)合。復(fù)合法是目前使用最多，而且較有效的制備納濾膜的方法，也是生產(chǎn)商品化納濾膜 品種最多、產(chǎn)量最大的方法。包括微孔基膜的制備及超薄表層的制備及復(fù)合。1 基膜的制備一般用液一固相轉(zhuǎn)化法。由單一咼聚物形成

15、，如聚砜超濾膜；也可由兩種或兩種以 上的高聚物經(jīng)液相共混形成合金基膜。2 超薄表層的制備及復(fù)合目前，超薄表層的制備方法主要有涂敷法、浸漬法、界面聚合法、化學(xué)蒸汽沉積法、 動力形成法、等離子體聚合法、水力鑄膜法、旋轉(zhuǎn)法等。其中主要的方法：(1) 涂敷法。涂敷法就是將多孔基膜的上外表浸入到聚合物的稀溶液中，然后將基膜從溶 液中取陰干或?qū)㈣T膜液直接刮涂到基膜上，再借外力將鑄膜液輕輕壓入基膜的微孔中， 然后用相轉(zhuǎn)化法成膜，該方法的關(guān)鍵是選擇和基膜相匹配的復(fù)合液，并調(diào)節(jié)工藝條件以 形成納米級孔徑。俞三傳等采用涂敷法制備了 SPESS合納濾膜，并研究了其性能；(2) 界面縮聚和界面縮合法。界面聚合法是目前

16、世界上最有效的制備納濾膜的方法也是工業(yè)化納濾膜品種最多、產(chǎn)量最大的方法。該方法利用 P. W Morgan的相界面聚合原理 為根底使反響物在互不相溶的兩相界面處發(fā)生聚合成膜。一般的方法是用微孔基膜吸 取溶有一類單體的水相，排除過量的單體溶液，再浸入某種疏水單體的有機(jī)溶液中進(jìn)行 液一液界面縮聚反響，為了提高膜性能一般還需水解荷電化、離子輻射或熱處理等后處 理過程以形成致密的超薄層，該法的關(guān)鍵是基膜的選取和制備及調(diào)控兩類反響物在兩相 中的分配系數(shù)和擴(kuò)散速率以使膜外表的疏松程度合理化并盡量薄。瞿曉東等利用界面縮 聚制備了聚酰胺復(fù)合納濾膜。3納濾膜別離技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展納濾膜作為新型的別離膜，以其優(yōu)異的別

17、離性能得到了廣泛的應(yīng)用，在降低能耗、 環(huán)境保護(hù)、優(yōu)化工藝和經(jīng)濟(jì)開展中必將發(fā)揮推動作用。3.1飲用水處理納濾膜別離可應(yīng)用于水質(zhì)的軟化、降低 TDS濃度、去除色度和有機(jī)物。一般來說9, 不同NF膜對有機(jī)物去除率相差不太大，但是它們對于無機(jī)物的去除率卻有顯著差異。從 無機(jī)物的去除率來看，NF膜根本上可以分為兩大類：一種是傳統(tǒng)脫鹽軟化 NF膜，這種傳 統(tǒng)NF膜主要是通過較小的孔徑來截留和篩分雜質(zhì)，其脫鹽率往往較高；另外一種就是以 去除水中有機(jī)物為主要目的的新型NF膜，即荷電NF膜往往帶負(fù)電，此種NF膜的截留機(jī) 理不同于傳統(tǒng)軟化型NF膜的機(jī)械篩分機(jī)理，最重要的是它考慮了膜與有機(jī)物間的電性作 用，甚至以電

18、性作用作為除去有機(jī)物的主要機(jī)理，因此既保存了傳統(tǒng)NF膜對有機(jī)污染物去除較好的特點，同時允許較多的無機(jī)鹽透過，特別適合于飲用水的處理。新型NF膜可以通過改變膜孔徑和外表電荷的大小來改變其脫鹽率。理想NF膜的條件應(yīng)該是能完全除去有害有機(jī)物，同時適度除去多余的無機(jī)物理想的產(chǎn)品水TDS為300mg/L,最大不超過500mg/L9。納濾膜對一價離子的截留率可低至40%, 對二價離子的截留率可高至90%以上，且截留分子量約為2001000Da的中性溶質(zhì)。因此, 納濾在水的軟化、低分子有機(jī)物的分級、除鹽等方面具有獨特的優(yōu)勢。水的總硬度為水 中Ca2+、Mg2+的總含量。對于飲用水的軟化，先經(jīng)過二步 NF別離

19、過程用Film-tech公司的 NF-70膜，操作壓力為，脫除85%-95%的硬度以及70%的一價離子，水質(zhì)硬度 降低了 10-20咅。然后進(jìn)行氯處理，就可制成標(biāo)準(zhǔn)飲用水。納濾膜在飲用水領(lǐng)域主要脫除三氯甲烷中間體、低分子有機(jī)物特別是環(huán)境荷爾蒙物 質(zhì)舊、農(nóng)藥、合成洗滌劑、微生物、異味、色度、硫酸鹽、碳酸鹽、氟化物、砷、細(xì)菌、 重金屬污染物大多來源于工業(yè)廢棄物泄露和工業(yè)廢水排放等鎘、鉻六價、銅、鉛、錳、 汞、鎳等有害物質(zhì)。3.2廢水和污水處理中的應(yīng)用由于納濾膜的截留特性可以使得有機(jī)溶質(zhì)得到同步濃縮和脫鹽，同時又具有熱穩(wěn)定 性、耐酸、耐堿和耐溶劑等優(yōu)良性質(zhì)，堪稱先進(jìn)的工業(yè)別離膜，在工業(yè)廢水的有價物質(zhì)

20、回收中起到不可估量的作用，廣泛地應(yīng)用于各種有機(jī)廢水的回收處理。比方農(nóng)藥廢液處理、 乳清和抗菌素脫鹽、染料廢液處理、電鍍廢液中金屬回收、各種石化廢水處理等10。造紙廢水處理造紙廢水是造成環(huán)境污染的重要因素，納濾膜可以代替吸收和電化學(xué) 方法除去深色木質(zhì)素和木漿漂白過程中產(chǎn)生的氯化木質(zhì)素，因為污染物中有許多有色的 有機(jī)物都帶有負(fù)電荷，容易被荷負(fù)電的納濾膜截留，并且對膜不產(chǎn)生污染。M等采用納濾方法對紙廠的廢水進(jìn)行處理，得到的滲透水無色透明，不含陰離子廢物，且滲透水的 COD、總碳含量和無機(jī)物含量的去除率均可以到達(dá) 80%以上。制糖工業(yè)廢水處理在制糖工業(yè)中，含有高濃度 NaCI和有色物質(zhì)的離子交換樹脂再

21、生 廢液的排放是個難題，將納濾技術(shù)用于處理樹脂再生液，可以去除有機(jī)物質(zhì)和80%以上的 鹽，而且可以使90%的水重新循環(huán)使用，從而大大降低生產(chǎn)本錢和減少排放量。石油工業(yè)廢水主要包括石油開采和煉制過程中產(chǎn)生的含各種無機(jī)鹽和有機(jī)物的廢 水，其成分非常復(fù)雜，處理難度大。采用納濾膜法與其他方法相結(jié)合，既可有效處理廢 水還可回收有用物質(zhì)。Ohya11等成功地制備出一種聚酰亞胺納濾膜，該納濾膜具有高通量并耐高壓、高溫及耐有機(jī)溶劑的特點。納濾膜的截留相對分子質(zhì)量為170-400。其中截留相對分子質(zhì)量為170的納濾膜能有效地別離汽油和煤油，別離系數(shù)為 19.5。生活污水處理生活污水一般用生物降解結(jié)合化學(xué)氧化法處

22、理，氧化劑消耗大，殘留 物多，可以使用納濾技術(shù)，使能被微生物降解的小分子MW小于100滲透，而把不能降解的大分子MW大于100截留，截留液再送去化學(xué)氧化，可以節(jié)約氧化劑的用量。 石油工業(yè)中的應(yīng)用 3.3制藥工業(yè)的應(yīng)用在生化工程中納濾技術(shù)正用于將低相對分子質(zhì)量的物質(zhì)如類固醇、維生素、抗生素和氨基酸等從其他反響物中別離出來，進(jìn)行澄清和精制，并且成功的應(yīng)用于VB12的回收和濃縮，以及紅霉素、金霉素等多種抗生素的濃縮和純化過程。在醫(yī)藥工業(yè)，肽和多肽 可通過色譜柱進(jìn)行純化但蒸發(fā)時間過長就可能破壞被提純的產(chǎn)品，同時消耗大量的 有機(jī)/水淋洗液。采用納濾膜進(jìn)行多肽的濃縮純化，不但克服了以上缺乏，而且可以將小

23、的有機(jī)物和鹽分除去。近年來，納濾技術(shù)只是試驗性用于制藥工業(yè)中，隨著膜污染、穩(wěn) 定性等技術(shù)問題的解決，納濾將成為醫(yī)藥生產(chǎn)中一種高效的別離技術(shù)。納濾技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于紅霉素、金霉素等多種抗生素的別離純化。例如，發(fā)酵 法生產(chǎn)6-APA，可以采用MPS-44的納濾膜，可以將發(fā)酵液中的6-APA由0.4%濃縮到5%， 操作參數(shù)為：流量13L/m2.h，截留率95%，回收率90%,濃縮倍數(shù)15。維生素BI2的回收 發(fā)酵液中的VBc可以采用管式納濾膜MPT-10進(jìn)行濃縮，濃縮倍數(shù)到達(dá)35。3.4食品工業(yè)的應(yīng)用納濾膜在食品工業(yè)、飲料行業(yè)中應(yīng)用較多。主要用來對加工過程中的料液進(jìn)行濃縮、 脫鹽、調(diào)味、脫色和去除

24、雜質(zhì)。用納濾膜能有效除去雜味和鹽味而不破壞牛奶的風(fēng)味、 營養(yǎng)價值。久米仁司12等進(jìn)行了脫脂牛奶的處理。該工藝可同時除去其中的食鹽和對牛奶的濃 縮，食鹽截留率約為60%。研究了透過流速、壓力、溶液溫度、溶液濃度對濃縮的影響， 比擬了納濾和反滲透的使用。結(jié)果說明，用納濾能有效地除去雜味和鹽味，且不破壞牛 奶的風(fēng)味，營養(yǎng)評價高于其它處理方法。Kubei等應(yīng)用納濾膜進(jìn)行了脫脂牛奶的處理，并對使用納濾膜和反滲透膜進(jìn)行了比擬：使用反滲透膜濃縮處理的乳，由于鹽類和乳糖都 被濃縮，咸昧和甜味都被增強(qiáng)，所以使乳的總體評價降低。而使用納濾膜，選擇適當(dāng)?shù)?濃縮比進(jìn)行處理，使得脫脂乳具有鹽類平衡的良好風(fēng)味。研究結(jié)果說

25、明，應(yīng)用納濾還能 有效地除去脫脂乳在儲藏過程中產(chǎn)生的各種不良?xì)馕段镔|(zhì)，且不破壞牛奶風(fēng)味，營養(yǎng)價 值也高于其他處理方法。果汁的濃縮傳統(tǒng)上是用蒸餾法或冷凍法濃縮，不僅能耗大，且導(dǎo)致果汁風(fēng)味和芳香 成分的散失。Nabetanf13用反滲透膜和納濾膜串聯(lián)起來進(jìn)行果汁濃縮，以獲得更高濃度的 濃縮果汁。應(yīng)用這個技術(shù)進(jìn)行各種果汁濃縮，可以保證果汁的色、香、味不變，也可節(jié) 省大量能源，提高經(jīng)濟(jì)效益。將反滲透與納濾連用，可得到40%的果汁濃縮液所需的能耗僅為通常蒸餾法的八分之一或冷凍法的五分之一。3.5膜生物反響器的開發(fā)近年來，水處理專家將膜別離技術(shù)引入廢水生物處理系統(tǒng)，開發(fā)了一種新型的水處理 系統(tǒng)，即膜生物反

26、響器(MBR)，它是膜單元與生物反響器相結(jié)合的一個生化反響體系。Jeante等14叫將納濾膜與CSTR(連續(xù)攪拌反響器)耦合組成納濾膜生物反響器 (NFMBR)用于乳酸的半連續(xù)生產(chǎn)，利用膜截留底物和菌體細(xì)胞而乳酸被不斷移去，得到 較高的產(chǎn)率約為7.1g/(l h)，乳酸濃度為55g/l。膜反響器是一項急待開發(fā)的新型技術(shù)，目前 工業(yè)進(jìn)展較慢，但由于它的卓越性能，必將得到廣泛的應(yīng)用。4膜污染問題15膜經(jīng)過一段時間的運行會發(fā)生堵塞，從而引起水通量和產(chǎn)水品質(zhì)的下降，達(dá)不到預(yù) 設(shè)值，此時需要對膜進(jìn)行清洗。引起上述變化的主要原因為濃差極化和膜污染，二者在 膜的運行過程中是交替出現(xiàn)的。濃差極化是指在膜別離過

27、程中，料液中溶劑在壓力驅(qū)動下透過膜，大分子溶質(zhì)被截 留，于是在膜外表和臨近膜面區(qū)域濃度越來越高，在濃度梯度作用下，大分子溶質(zhì)由膜 面向主體溶液擴(kuò)散。上述質(zhì)量遷移的結(jié)果，使鄰近膜外表溶液的濃度高于主體進(jìn)料液中 的濃度，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。濃差極化的結(jié)果增加了進(jìn)料液的滲透壓，從而降低了滲透的有效壓力，同時增加了 產(chǎn)水濃度，其結(jié)果會降低水通量和脫鹽率。另外，濃差極化也往往會引起一些難溶鹽如 CaSO4等在膜上沉淀，由此而使壓力損失增加和產(chǎn)生沉淀物對膜的化學(xué)作用，加速水通量和脫鹽率的下降，可見濃差極化嚴(yán)重影響膜的性能，縮短膜組件的壽命，降低經(jīng)濟(jì)效益。 作為用戶來說，通過采用改善進(jìn)水水質(zhì)條件，對于濃差

28、極化對膜性能的影響會有一定的 作用。膜污染是指處理物料中的微粒，膠體離子或溶質(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外表或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn) 生透過流量與別離特性的不可逆變化現(xiàn)象。它與濃差極化有內(nèi)在聯(lián)系，盡管很難區(qū)別， 但是概念上截然不同。應(yīng)當(dāng)說，一旦料液與膜接觸，膜污染即開始，由于溶質(zhì)與膜之間 相互作用產(chǎn)生吸附，開始改變膜性能。由于水中含有難溶鹽、膠體、微生物、有機(jī)物、 金屬氧化物及其它各種雜質(zhì)，所以造成膜污染的因素也是這幾種。膜工藝中預(yù)處理的設(shè) 置，就是為了減少膜污染的發(fā)生。在膜別離過程中，由于純水不斷透過膜并被引出，使 膜外表溶質(zhì)濃度逐漸高于主體溶液中的濃度，當(dāng)某些鹽的濃度到達(dá)飽和溶解度時，或者 說當(dāng)某兩種離子濃度到達(dá)或超過其溶度積時，該種鹽類便以固體形式析出。在很多地區(qū) 的地下水和地表水中，主要成分是Ca2+和HC03一，而CaCO3又是幾種難溶鹽中溶解度較小 的一種，因此，在膜別離過程中首先要考慮到是否會產(chǎn)生 CaCO3沉淀。在以苦咸水為水源 時，Ca2+和S04濃度過大時，也會產(chǎn)生硫酸鈣沉淀。防止產(chǎn)生碳酸鈣和硫酸鈣沉淀的主要 方法是：(1)降低回收率，即降低濃縮倍率，防止到達(dá)超過難溶鹽