膜分離技術(shù)考試資料

膜分離技術(shù)概念：用半透膜作為選擇障礙層，利用膜的選擇性（孔徑大?。阅さ膬蓚?cè)存在的能量差作為推動力，允許某些組分透過而保留混合物中其它組分，從而達到分離目的的技術(shù)。膜分離的特點-①操作在常溫下進行；②是物理過程，不需加入化學(xué)試劑；③不發(fā)生相變化（因而能耗較低）；④在很多情況下選擇性較高；⑤濃縮和純化可在一個步驟內(nèi)完成；-⑥設(shè)備易放大，可以分批或連續(xù)操作。因而在生物產(chǎn)品的處理中占有重要地位膜的分類-按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜-按膜結(jié)構(gòu)：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜-按材料分：合成有機聚合物膜、無機材料膜多孔膜與致密膜：前者微濾膜、超濾膜、納濾膜，后者反滲透膜、滲透蒸發(fā)按分離粒子大小分類：透析（Dialysis，DS）微濾（Microfiltration，MF）超濾（Ultrafiltration，UF）納濾（Nanofiltration，NF）反滲透（Reverseosmosis，RO）電滲析（Electrodialysis，ED）滲透氣化（Pervaporation，PV）截留分子量：微濾0.02?10rm透析3000Dalton?幾萬Dalton超濾50nm?10Onm或5000?50萬Dalton納濾200?1000Dalton或1nm反滲透200Dalton膜材料的特性對于不同種類的膜都有一個基本要求：耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般模操作的壓力范圍在0.1?0.5MPa，反滲透膜的壓力更高，約為1?10MPa耐高溫:高通量帶來的溫度升高和清洗的需要耐酸堿：防止分離過程中，以及清洗過程中的水解；化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；生物相容性：防止生物大分子的變性；成本低；透析：醋酸纖維、聚丙烯腈、聚酰胺、微濾膜：硝酸/醋酸纖維，聚氟乙烯，聚丙烯，超濾膜：聚砜，硝酸纖維，醋酸纖維反滲透膜：醋酸纖維素衍生物，聚酰胺納濾膜：聚電解質(zhì)+聚酰胺、聚醚砜電滲析：離子交換樹脂滲透蒸發(fā)：彈性態(tài)或玻璃態(tài)聚合物;聚丙稀腈、聚乙烯醇、聚丙稀酰胺膜的制造?要求：-（1）透過速度（2）選擇性（3）機械強度（4）穩(wěn)定性表征膜性能的參數(shù)?截斷分子量、水通量、孔的特征、pH適用范圍、抗壓能力、對熱和溶劑的穩(wěn)定性等。

膜對溶質(zhì)的截留能力以截留率R(rejection)來表示，其定義為- R=1—Cp/Cb 17-1式中Cp和Cb分別表示在某一瞬間，透過液(Permeate)和截留液的濃度。如R=1,則Cp=0,表示溶質(zhì)全部被截留；如R=0,則Cp=Cb,表示溶質(zhì)能自由透過膜得到的截留率與分子量之間的關(guān)系稱為截斷曲線。質(zhì)量好的膜應(yīng)有陡直的截斷曲線,可使不同分子量的溶質(zhì)分離完全;反之，斜坦的截斷曲線會導(dǎo)致分離不完全。影響截留率的因素：分子形狀：線狀分子易透過，b線＜b球；吸附作用：溶質(zhì)吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直徑濃差極化作用：高分子溶質(zhì)在膜面沉積，使膜阻力仁較小分子溶質(zhì)的截留率仁分離性能4。溫度/濃度，T個C4,使4b，因為膜吸附作用4；錯流速度仁4b，因為濃差極化作用4；pH、離子強度影響蛋白質(zhì)分子構(gòu)型，影響b。水通量純水在□□□□-定壓力，溫度(0.35MPa，25°C)下試驗，透過水的速度L/h純水在□□□□JW=W/At同類膜，孔徑仁水通量Jw個。保留液口封閉水通量Jw不能代表處理大分子料液的透過速度，因為大分子溶質(zhì)會沉積在膜表面，使濾速下降(約為純水通量的10%)由Jw的數(shù)值可了解膜是否污染和清洗是否徹底。保留液口封閉完整性試驗-本法用于試驗?zāi)ず徒M件是否完整或滲漏。-將超濾器保留液出口封閉，透過液出口接上一倒置的滴定管。自料液進口處通入定壓力的壓縮空氣，當達到穩(wěn)態(tài)時，測定氣泡逸出速度，如大于規(guī)定值，表示膜不合格。 Jl微濾、超濾、納濾、反滲透相同點： 壓縮空氣以膜兩側(cè)壓力差為推動力；②按體積大小而分離；③膜的制造方法、結(jié)構(gòu)和操作方式都類似。微濾、超濾、納濾、反滲透區(qū)別：膜孔徑：微濾0.1~10^m＞超濾0.01~0.1四＞納濾0.001~0.01口m＞反滲透小于0.001^m分離粒子：微濾截留固體懸浮粒子，固液分離過程；超濾、納濾、反滲透為分子級水平的分離；分理機理：微濾、超濾和納濾為截留機理，篩分作用；反滲透機理是滲透現(xiàn)象的逆過程：④壓差：微濾、超濾和納濾壓力差不需很大0.1?0.6MPa透析-利用具有一定孔徑大小、高分子溶質(zhì)不能透過的親水膜，將含有高分子溶質(zhì)和其它小分子溶質(zhì)的溶液與水溶液或緩沖液分隔；由于膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度不同，在濃差的作用下，高分子溶液中的小分子溶質(zhì)（如無機鹽）透過膜向水透滲透，這就是透析。-透析過程中透析膜內(nèi)無流體流動，溶質(zhì)以擴散的形式移動。透析法的應(yīng)用常用于除去蛋白或核酸樣品中的鹽、變性劑、還原劑之類的小分子雜質(zhì)，有時也用于置換樣品緩沖液。由于透析過程以濃差為傳質(zhì)推動力，膜的透過量很小，不適于大規(guī)模生物分離過程、但在實驗室中應(yīng)用較多。透析法在臨床上常用于腎衰竭患者的血液透析。微濾以多孔薄膜為過濾介質(zhì)，壓力差為推動力，利用篩分原理使不溶性粒子0.1-10um）得以分離的操作。操作壓力0.05-0.5MPa。微濾應(yīng)用1） 除去水/溶液中的細菌和其它微粒；2） 除去組織液、抗菌素、血清、血漿蛋白質(zhì)等多種溶液中的菌體；3） 除去飲料、酒類、醬油、醋等食品中的懸濁物、微生物和異味雜質(zhì)。超濾是以壓力為推動力，利用超濾膜不同孔徑對液體中溶質(zhì)進行分離的物理篩分過程。其截斷分子量一般為6000到50萬，孔徑為幾十nm，操作壓0.2-0.6MPa。超濾應(yīng)用超濾從70年代起步，90年代獲得廣泛應(yīng)用,已成為應(yīng)用領(lǐng)域最廣的技術(shù)。蛋白、酶、DNA的濃縮脫鹽/純化梯度分離（相差10倍）清洗細胞、純化病毒除病毒、熱源。反滲透利用反滲透膜選擇性的只能通過溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)性質(zhì)，以膜兩側(cè)靜壓差為推動力，克服滲透壓，使溶劑通過反滲透膜實現(xiàn)對液體混合物進行分離的過程。操作壓差一般為1.5?10.5MPa，截留組分為小分子物質(zhì)。4.電■火國峪心站岷加 滲透和反滲透5、納濾G納濾技術(shù)是反滲透膜過程為適應(yīng)工業(yè)軟化水的需求及降低成本的經(jīng)濟性不斷發(fā)展的新膜品種，以適應(yīng)在較低操作壓力下運行，進而實現(xiàn)降低成本演變發(fā)展而來的。G納濾（NF，Nanofiltration）是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動膜分離過程。G納濾分離范圍介于反滲透和超濾之間，截斷分子量范圍約為MWCO300?1000，能截留透過超濾膜的那部分有機小分子，透過無機鹽和水。納濾膜的特點納濾膜的截留率大于95%的最小分子約為1nm，故稱之為納濾膜。從結(jié)構(gòu)上看納濾膜大多是復(fù)合膜，即膜的表面分離層和它的支撐層的化學(xué)組成不同。其表面分離層由聚電解質(zhì)構(gòu)成。能透過一價無機鹽，滲透壓遠比反滲透低，故操作壓力很低。達到同樣的滲透通量所必需施加的壓差比用RO膜低0.5?3MPa,因此納濾又被稱作“低壓反滲透”或“疏松反滲透”（LooseRO）。納濾的應(yīng)用應(yīng)用：（1）小分子量的有機物質(zhì)的分離；（2）有機物與小分子無機物的分離；-（3）溶液中一價鹽類與二價或多價鹽類的分離；（4）鹽與其對應(yīng)酸的分離。納米膜的分離機理篩分：對Na+和Cl-等單價離子的截留率較低，但對Ca2+、Mg2+、SO42-截留率高，對色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（200-1000）物質(zhì)可進行分級分離，實現(xiàn)高相對分子量和低相對分子量有機物的分離，道南（Donnan）效應(yīng)：納濾膜本體帶有電荷性，對相同電荷的分子（陽離子）具有較高的截留率。低壓力下仍具有較高脫鹽性能；分離分子量相差不大但帶相反電荷的小分子（短肽、氨基酸、抗生素）。幾種膜分離技術(shù)的適用范圍過程膜結(jié)構(gòu)驅(qū)動力應(yīng)用對象實例微濾對稱微孔膜0.05~10um壓力差消毒、澄清收集細胞培養(yǎng)懸浮液除菌，產(chǎn)品消毒，細胞收集超濾不對稱微孔膜1~50nm壓力差大分子物質(zhì)分離蛋白質(zhì)的分離/濃縮/純化/脫鹽/去熱源納濾復(fù)合膜＜1nm壓力差Donna效應(yīng)小分子物質(zhì)分離糖/二價鹽/游離酸的分離反滲透致密膜、復(fù)合膜＜1nm壓力差小分子物質(zhì)濃縮單價鹽/非游離酸的分離透析對稱的或不對稱的膜濃度差小分子有機物/無機離子除小分子有機物或無機離子電滲析離子交換膜電位差離子脫除、氨基酸分離海水淡化，純水制備，生產(chǎn)工藝用水滲透蒸發(fā)致密膜氣壓差小分子有機物與水的分離醇/乙酸與水分離，有機液體混合物分離（如脂烴與芳烴的分離等膜兩側(cè)溶液傳遞理論1濃差極化在分離過程中，料液中溶劑在壓力驅(qū)動下透過膜，大分子溶質(zhì)被帶到膜表面，但不能透過，被截留在膜的高壓側(cè)表面上，造成膜面濃度，?于是在膜表面與臨近膜面區(qū)域濃度越來越高，產(chǎn)生膜面到主體溶液之間的濃度梯度，形成邊界層，使流體阻力與局部滲透壓增加，從而導(dǎo)致溶液透過流量下降，同時這種濃度差導(dǎo)致溶質(zhì)自膜反擴散到主體溶液中，?這種膜面濃度高于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃差極化。在膜分離過程中，濃差極化是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，是影響膜分離技術(shù)在某些方面應(yīng)用降低壓力降低峽表面的祎痕提高膜而粒子

反向傳遞栗式混合鑿靜態(tài)混合鑿降低福質(zhì)在舉I罹中的裱度1□1增加紹的通逾~I降低壓力降低峽表面的祎痕提高膜而粒子

反向傳遞栗式混合鑿靜態(tài)混合鑿降低福質(zhì)在舉I罹中的裱度1□1增加紹的通逾~I瓶的稚源同期的攔路虎?？朔獠顦O化的方法影響膜過濾的各種因素①壓力②濃度③溫度④流速⑤其它因素膜污染大體可分為沉淀污染、吸附污染、生物污染膜使用中最大的問題是膜污染。是指處理物料中的微粒，膠體或溶質(zhì)大分子與膜存在物理化學(xué)作用或機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)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。膜污染的表現(xiàn)一是膜通量下降；二是通過膜的壓力和膜兩側(cè)的壓差逐漸增大；三是膜對生物分子的截留性能改變。-膜污染與濃差極化在概念上不同，濃差極化加重了污染，但濃差極化是可逆的，即變更操作條件可使之消除，而污染是不可逆的，必須通過清洗的辦法，才能消除。防止膜污染的方法可以通過控制膜污染影響因素，減少膜污染的危害，延長膜的有效操作時間，減少清洗頻率，提高生產(chǎn)能力和效率，因此在用微濾，超濾分離，濃縮細胞，菌體或大分子產(chǎn)物時，必須注意以下幾點：-①進料液的預(yù)處理：預(yù)過濾、pH及金屬離子控制；-②選擇合適的膜材料：減輕膜的吸附；-③改善操作條件：加大流速。膜過濾裝置的型式及其適用范圍膜組件：有膜、固定膜的支撐體、間隔物以及容納這些部件的容器構(gòu)成的一個單元。一個良好的模件應(yīng)具備下列條件：1.膜面切線方向速度快，有高剪切率，以減少濃差極化2.膜的裝載密度，即單位體積中所含膜面積比較大；3.拆洗和膜的更換比較方便，4.保留體積小，且無死角。常見的膜過濾裝置有四種類型：①管式 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，清洗方便，耐高壓，適宜于處理高黏度及固體含量較高的料液。缺點：管式膜組件的缺點是單位體積膜組件的膜面積少，一般僅為33?330，保留體積大，壓力降大，除特殊場合外，一般不被使用。中空纖維式有數(shù)百上萬根中空纖維膜固定在圓形容器內(nèi)構(gòu)成，內(nèi)徑為40-80um膜稱中空纖維膜，0.25-2.5mm中空纖維式有數(shù)百上萬根中空纖維膜固定在圓形容器內(nèi)構(gòu)成，內(nèi)徑為40-80um膜稱中空纖維膜，0.25-2.5mm膜稱毛細管膜。前者耐壓，常用于反滲透。后者用于微、超濾料液流向：采用內(nèi)壓式時為防止堵塞，需對料液預(yù)處理去固形微粒，采用外壓式時，凝膠層控制較困難。優(yōu)點:設(shè)備緊湊，單位設(shè)備體積內(nèi)的膜面積大(高達16000?30000)缺點:中空纖維內(nèi)徑小，阻力大，易堵塞，膜污染難除去，因此對料液處理要求高。平板式 優(yōu)點：組裝方便，膜的清洗更換容易，料液流通截面較大，不易堵塞，同一設(shè)備可視生產(chǎn)需要組裝不同數(shù)量的膜。缺點：需密封的邊界線長卷式(螺旋式)優(yōu)點：目前卷式膜組件應(yīng)用比較廣泛、與板框式相比，卷式組件的設(shè)備比較緊湊、單位體積內(nèi)的膜面積大，湍流狀況好，適用于反滲透；缺點:清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其發(fā)展膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器(英文名稱為MembraneBioreactor，縮寫為MBR)。MBR將生物反應(yīng)器和膜分離過程相結(jié)合的一種新型工藝，其最大的特點就是采用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理中的二沉池。污水中的污染物首先在生物反應(yīng)器中進行生物降解，同時生物反應(yīng)器內(nèi)的混合液在膜兩側(cè)壓力差的作用下，水和小于膜孔徑的小分子溶質(zhì)透過膜，即為處理后出水。微生物及大分子溶質(zhì)被膜截留，從而替代沉淀池完成其與處理出水的分離過程。MBR特點出水水質(zhì)好工藝參數(shù)易于控制耐沖擊負荷污泥產(chǎn)生量少易于自動控制MBR工藝類型：分置式、一體式、優(yōu)點：膜組件與生物反應(yīng)器之間的相互影響小單位面積膜的水通量大運行穩(wěn)定可靠，操作管理容易易于膜的清冼、更換和增設(shè)缺點： (1)為減少污染物在膜表面的沉積，需要較高的膜面流速，因而配置的超濾循環(huán)泵需要較高的流量，能耗很高，一般為6?8Kwh/m3(2)循環(huán)泵內(nèi)的高剪切力會引起生物絮體的破壞，導(dǎo)致生物活性的降低MBR運行的影響因素皚1一；」有機負荷：污泥濃度：膜的選擇：六、MBR應(yīng)用現(xiàn)有污水處理廠的升級改造無排水管網(wǎng)系統(tǒng)且生態(tài)脆弱的地區(qū)有污水回用需求的地區(qū)或場所，如賓館、洗車業(yè)等高濃度、難降解工業(yè)廢水的處理垃圾滲濾液的處理針對工業(yè)廢水有機物去除為主的推薦工藝流程■ [HJWI■缺軾他時綁汕 M.Ft池|—剜余泌

針對工業(yè)廢水氨氮去除為主的推薦工藝流程誦xK 陽HI知枷| 總??%即回1恂月頃8舛IE汗I~~—— I_的匕檔 竹成冬匚rt!A |*X年無學(xué)也J |&訣=年^"I KlBFt村也| |沖.而;辛附Q 出示污瞬火祥立雀占石◎也針對工業(yè)廢水有機物去除為主的推薦工藝流程■粗阻岫■粗阻岫■游消奇池且 消奇池缺氛池| 好叔池;MBRTlt測余污綠色技術(shù)又稱環(huán)境無害技術(shù)、環(huán)境友好技術(shù)或清潔技術(shù)等。綠色技術(shù)是能夠同時滿足技術(shù)經(jīng)濟指標先進、無毒和不污染環(huán)境3項基本要求的技術(shù)。主要的綠色水處理技術(shù)超臨界水氧化法(SCWO)高級氧化技術(shù)(AOPs)電催化氧化法超聲波降解技術(shù)膜處理技術(shù)水污染防治篇廢水治理原則及處理方法的選擇廢水治理一般原則合理規(guī)劃與布局——控制污染源頭改進生產(chǎn)工藝，進行綠色化的清潔生產(chǎn)一一降低污染物排放量優(yōu)化治理技術(shù)一一節(jié)省投資成本廢物綜合利用——提高經(jīng)濟效益廢水處理方法的選擇物理處理法利用物理作用，分離或回收廢水中的不溶性固體物質(zhì)主要方法有篩濾、沉降、氣浮、過濾、離心分離等?；瘜W(xué)處理法利用化學(xué)反應(yīng)和傳質(zhì)過程，分離或回收溶解態(tài)和膠體態(tài)的污染物，主要方法有中和、混凝、氧化還原、電解、吸附、離子交換、電滲析等。生物處理法利用微生物作用，降解膠體和有機污染物，主要方法有活性污泥法、生物濾池、厭氧生物處理法、土地處理系統(tǒng)等。在實際應(yīng)用中，通常選擇幾種不同的處理方法組成一個廢水處理系統(tǒng)進行有效凈化，才能達標排放。廢水的預(yù)處理調(diào)節(jié)池的作用：調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量；中和酸堿性廢水；平衡水溫。廢水的物理處理沉降原理沉淀池中,由于顆粒自身重量和顆粒間的相互作用發(fā)生沉降，使廢水在某深度以上變得澄清。沉降類型自由沉降：②絮凝沉降：集團沉降壓縮沉降隔油池：除去廢水中的油粒和較大固體顆粒。氣浮氣浮原理：在廢水中通人或產(chǎn)生大量的細微氣泡粘附疏水性懸浮顆粒及乳化油，利用浮力原