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膜分离技术及其系统应用
第一部分——膜分离技术介绍
膜是含有选择性分离功效材料, 利用膜选择性分离实现料液不一样组分分离、 纯化、 浓缩过程称作膜分离。它与传统过滤不一样在于, 膜能够在分子范围内进行分离, 而且这过程是一个物理过程, 不需发生相改变和添加助剂。膜孔径通常为微米级, 依据其孔径不一样（或称为截留分子量）, 可将膜分为微滤膜、 超滤膜、 纳滤膜和反渗透膜, 依据材料不一样, 可分为无机膜和有机膜, 无机膜关键是陶瓷膜和金属膜, 其过滤精度较低, 选择性较小。有机膜是由高分子材料做成, 如醋酸纤维素、 芳香族聚酰胺、 聚醚砜、 聚氟聚合物等等。错流膜工艺中多种膜分离与截留性能以膜孔径和截留分子量来加以区分, 下图简单示意了四种不一样膜分离过程: （箭头反射表示该物质无法透过膜而被截留）:

微滤（MF） 又称微孔过滤, 它属于精密过滤, 其基础原理是筛孔分离过程。微滤膜材质分为有机和无机两大类, 有机聚合物有醋酸纤维素、 聚丙稀、 聚碳酸酯、 聚砜、 聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜分离特征, 微孔滤膜应用范围关键是从气相和液相中截留微粒、 细菌以及其她污染物, 以达成净化、 分离、 浓缩目。 对于微滤而言, 膜截留特征是以膜孔径来表征, 通常孔径范围在0.1～1微米, 故微滤膜能对大直径菌体、 悬浮固体等进行分离。可作为通常料液澄清、 保安过滤、 空气除菌。
超滤（UF） 是介于微滤和纳滤之间一个膜过程, 膜孔径在0.05um至1000um分子量之间。超滤是一个能够将溶液进行净化、 分离、 浓缩膜分离技术, 超滤过程通常能够了解成与膜孔径大小相关筛分过程。以膜两侧压力差为驱动力, 以超滤膜为过滤介质, 在一定压力下, 当水流过膜表面时, 只许可水及比膜孔径小小分子物质经过, 达成溶液净化、 分离、 浓缩目。
对于超滤而言, 膜截留特征是以对标准有机物截留分子量来表征, 通常截留分子量范围在1000～300000, 故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、 细菌）、 胶体、 悬浮固体等进行分离, 广泛应用于料液澄清、 大分子有机物分离纯化、 除热源。
纳滤（NF） 是介于超滤与反渗透之间一个膜分离技术, 其截留分子量在80～1000范围内, 孔径为几纳米, 所以称纳滤。基于纳滤分离技术优越特征, 其在制药、 生物化工、 食品工业等很多领域显示出宽广应用前景。同时能够查看中国污水处理工程网更多技术文档。
对于纳滤而言, 膜截留特征是以对标准NaCl、 MgSO4、 CaCl2溶液截留率来表征, 通常截留率范围在60～90%, 对应截留分子量范围在100～1000, 故纳滤膜能对小分子有机物等与水、 无机盐进行分离, 实现脱盐与浓缩同时进行。
反渗透（RO） 是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质选择透过性, 以膜两侧静压为推进力, 而实现对液体混合物分离膜过程。反渗透是膜分离技术一个关键组成部分, 因含有产水水质高、 运行成本低、 无污染、 操作方便运行可靠等很多优点 , 而成为海水和苦咸水淡化, 以及纯水制备最节能、 最简便技术.现在已广泛应用于医药、 电子、 化工、 食品、 海水淡化等很多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选水处理技术。

反渗透截留对象是全部离子, 仅让水透过膜, 对NaCl截留率在98%以上, 出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性金属盐、 有机物、 细菌、 胶体粒子、 发烧物质, 也即能截留全部离子, 在生产纯净水、 软化水、 无离子水、 产品浓缩、 废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。
膜分离基础工艺原理是较为简单（参见下图）。在过滤过程中料液经过泵加压, 料液以一定流速沿着滤膜表面流过, 大于膜截留分子量物质分子不透过膜流回料罐, 小于膜截留分子量物质或分子透过膜, 形成透析液。故膜系统都有两个出口, 一是回流液（浓缩液）出口, 另一是透析液出口。在单位时间（Hr）单位膜面积（m2）透析液流出量（L）称为膜通量（LMH）, 即过滤速度。影响膜通量原因有: 温度、 压力、 固含量（TDS）、 离子浓度、 黏度等。
膜分离操作基础工艺步骤:

因为膜分离过程是一个纯物理过程, 含有没有相改变, 节能、 体积小、 可拆分等特点, 使膜广泛应用在发酵、 制药、 植物提取、 化工、 水处理工艺过程及环境保护行业中。对不一样组成有机物, 依据有机物分子量, 选择不一样膜, 选择适宜膜工艺, 从而达成最好膜通量和截留率, 进而提升生产收率、 降低投资规模和运行成本。
第二部分——膜分离系统应用
1、 澄清纯化技术——超/微滤膜系统
澄清纯化分离所采取膜关键是超/微滤膜, 因为其所能截留物质直径大小分布范围广, 被广泛应用于固液分离、 大小分子物质分离、 脱除色素、 产品提纯、 油水分离等工艺过程中。
超/微滤膜分离可替换传统工艺中自然沉降、 板框过滤、 真空转鼓、 离心机分离、 溶媒萃取、 树脂提纯、 活性炭脱色等工艺过程。
澄清纯化技术可采取膜分离组件关键有: 陶瓷膜、 平板膜、 不锈钢膜、 中空纤维膜、 卷式膜、 管式膜。
采取膜分离澄清纯化优点:
1)、 可得到绝对真溶液, 产品稳定性好;
2)、 过滤分离收率高;
3)、 分离效果好, 产品质量高, 运行成本低;
4)、 缩短生产周期, 降低生产成本;
5)、 过程无需添加化学药品、 溶媒溶剂, 不带入二次污染物质;
6)、 操作简便, 占地面积小, 劳动力成本低;
7)、 可拓展性好, 轻易实现工业化扩产需求;
8)、 设备可自动运行, 稳定性好, 维护方便。
2、 浓缩提纯技术——纳滤膜系统
膜分离技术在浓缩提纯工艺上关键采取截留分子量在100～1000Dal纳滤膜。纳滤膜关键特点是对二价离子、 功效性糖类、 小分子色素、 多肽等物质截留性能高于98%, 而对部分单价离子、 小分子酸碱、 醇等有30～50%透过性能, 常被应用于溶质分级、 溶液中低分子物质洗脱和离子组分调整、 溶液体系浓缩等物质分离、 精制、 浓缩工艺过程中。
纳滤膜分离技术常被用于替换传统工艺中冷冻干燥、 薄膜蒸发、 离子交换除盐、 树脂工艺浓缩、 中和等工艺过程。起源: 谷腾水网
浓缩提纯技术可采取膜组件关键有: 卷式膜、 管式膜。
采取纳滤膜分离技术浓缩提纯优点:
1)、 能耗极低, 节省浓缩过程成本;

2)、 过程无化学反应、 无相改变, 不带入其她杂质及造成产品分解变性;
3)、 在常温下达成浓缩提纯目, 不造成有效成份破坏, 工艺过程收率高;
4)、 可完全脱除产品盐分, 降低产品灰分, 提升产品纯度;
5)、 可回收溶液中酸、 碱、 醇等物质;
6)、 设备结构简练紧凑, 占地面积小;
7)、 操作简便, 可实现自动化作业, 稳定性好, 维护方便。
第三部分——行业应用
1、 制药行业
●生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制
●树脂解析液浓缩及解析剂回收
●农药水剂、 粉剂生产应用
●中药浸提液过滤除杂及浓缩
●中药浸膏生产应用
●合成药、 原料药 中间体等脱盐浓缩
●结晶母液回收
二、 食品行业
●乳清废水处理
●乳制品生产加工应用
●果汁澄清脱色
●食品添加剂纯化浓缩
●茶饮料澄清浓缩
●啤酒、 葡萄酒、 黄酒精制加工
●天然色素提取液除杂及浓缩
●氨基酸发酵液过滤澄清及精制
三、 染料化工和助剂
水溶性染料反应液脱盐浓缩
●染料盐析母液废水回收
四、 淀粉糖品
●糖液分离纯化及浓缩
●果葡糖浆色普分离纯化
●糖醇色普分离纯化
●单糖、 低聚糖及多糖分离纯化及浓缩
五、 环境保护及水处理领域
●纺织、 染整、 印染废水处理及回用
●电镀工业废水零排放及资源回收
●矿山及冶金废水处理回收
●淀粉废水处理
●造纸废水木质素回收及废水处理
●电泳漆废水涂料回收
●酸、 碱废水处理回收
●市政污水处理及回用
●洗车水、 桑拿水、 游泳池水、 洗浴废水等循环处理
●工业生产所用各类软化水、 纯水、 超纯水制备
六、 生物技术
●生物蛋白、 多肽、 酶制剂等酵液过滤澄清及精制