微滤膜.doc

1、微 滤 膜 能 截 留 0.1-1 微 米 之 间 的 颗 粒 。 微 滤 膜 允 许 大 分 子 和 溶 解 性 固 体 （ 无机 盐 ） 等 通 过 ， 但 会 截 留 悬 浮 物 ， 细 菌 ， 及 大 分 子 量 胶 体 等 物 质 。 微 滤 膜 的运 行 压 力 一 般 为 ： 0.3-7bar。 微 滤 膜 过 滤 是 世 界 上 开 发 应 用 最 早 的 膜 技 术 ，以 天 然 或 人 工 合 成 的 高 分 子 化 合 物 作 为 膜 材 料 。 对 微 滤 膜 而 言 ， 其 分 离 机理 主 要 是 筛 分 截 留 。 特 点 ： 1、 分 离 效 率 是 微 孔 膜

2、 最 重 要 的 性 能 特 性 ， 该 特 性 受 控 于 膜 的 孔 径 和 孔径 分 布 。 由 于 微 孔 滤 膜 可 以 做 到 孔 径 较 为 均 一 ， 所 以 微 滤 膜 的 过 滤 精 度 较 高 ，可 靠 性 较 高 。 2、 表 面 孔 隙 率 高 ， 一 般 可 以 达 到 70%， 比 同 等 截 留 能 力 的 滤 纸 至 少 快40 倍 。 3、 微 滤 膜 的 厚 度 小 ， 液 体 被 过 滤 介 质 吸 附 造 成 的 损 失 非 常 少 。 4、 高 分 子 类 微 滤 膜 为 一 均 匀 的 连 续 体 ， 过 滤 时 没 有 介 质 脱 落 ， 不 会

3、 造成 二 次 污 染 ， 从 而 得 到 高 纯 度 的 滤 液 。 应 用 ： 1、 医 药 行 业 的 过 滤 除 菌 2、 食 品 工 业 的 应 用 （ 明 胶 的 澄 清 、 葡 萄 糖 的 澄 清 、 果 汁 的 澄 清 、 白 酒的 澄 清 、 回 收 啤 酒 渣 、 白 啤 除 菌 、 牛 奶 脱 脂 、 饮 用 水 的 生 产 等 ） 3、 油 漆 行 业 的 应 用 4、 生 物 技 术 工 业 的 应 用全球水污染日趋恶化，水安全问题日益严重，膜法技术是目前世界最理想的水处理技术。超滤和微滤(UFMF)膜技术已是重要的膜过程，在国内得到了广泛的应用推广。超滤膜与微滤膜占

4、美、日、欧洲整个膜市场份额的 5060，广泛用于化工过程的分离与精制，废水净化处理并回收有用成分，工业废水零排放，活性污泥膜法废(污) 水处理回用(膜生物反 应器，MBR) 等。近年来，通过自主创新和引进消化吸收，UFMF 领域，国内企业推出了不少优秀的新技术、新产品。国内 UFMF 市场中的高端领域 (电子工业用超纯水、电泳漆回收、制药、酶制剂等用途)目前基本由国外企业控制，但在中、低端的水净化市场国产膜因价格低廉占有绝大份额。在我国，超滤和微滤膜大量应用在双膜法处理过程中，国产膜不仅在性能上能满足要求而且具有价格优势。再加上进口超滤和微滤膜手续繁琐，国产膜的市 场份额将有更大程度上地提高。

5、据不完全统计，UFMF 的应用实施例多达1，500 余种。在国外主要应用于饮用水处理，国内则主要用于工业领域的废水处理、回用，作为反渗透的前处理已被认同。UFRO、MF RO 组合的双膜法技术，国内在工业水处理特别是在电力、钢铁、化工、汽车等行业中应用较多。随着国家对水资源再利用投入的增加，UFMF 技术作为城市安全供水、市政污水处理、再生水回用的重要手段将获得广阔的市场空间。UF(MF)RO 双膜法工艺，膜生物反应器技术等将得到迅速发展。无机膜，特别是陶瓷膜、金属膜因其耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱，也将会得到发展。膜分离技术被国际产业界公认为 21 世纪的重大产业技术之一。在当前国际、国内水资

6、源短缺的背景下，在我国坚持科学发展观，大力发展循环经济的形势下，作为高效的水资源再利用手段，膜分离技术面临着空前的机遇与挑战。而超滤和微滤膜将有更加辉煌的发展前景。2.1 超微滤膜污染 水处理工程中的超微滤膜污染是指处理水中的微粒、胶体粒子、溶质分子或细菌与超微滤膜之间存在物理化学作用，从而在超微滤膜表面及膜孔中沉积或孳生，使膜孔堵塞或变小，导致过膜阻力增大，膜透过通量等性能下降的现象。广义的超微滤膜污染不仅包括由于吸附、堵塞引起的污染(不可逆污染) ，还包括由于浓差极化形成的凝胶层 (可逆 污染 )，两者共同造成运行中膜通量的衰减。可逆污染通过膜清洗是能够恢复的，造成可逆污染的物质有硅、铝、

7、铁、钙、锰等无机成份及有机物，微生物、菌类及其代谢产物等。膜污染主要表现在膜通量逐渐下降，矿物质截留率逐渐下降，通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大三个方面。2.2 超/微滤膜的清洗 膜清洗常用的方法有物理清洗、化学清洗、生物清洗。不同的清洗方法对污染物的去除侧重点不同，物理清洗多侧重于对膜表面滤饼层的清洗，化学清洗可有效去除矿物质、无机物、有机物及微生物的污染，生物清洗借助微生物、酶等生物活性剂的生物活动去除膜表面及膜内部的污染物膜污染是超微滤膜在水处理应用过程中不可避免的问题，当膜发生污染时，应根据处理水的水质，并通过科学的鉴定方法来确定造成膜污染的污染物、污染类型及污染程度，同时结合膜材料

8、性能等多种因素，选择合适的清洗方法及清洗剂，设计合理的清洗方案，以快速恢复膜通量。2.3 水处理目前我国水资源短缺和水环境污染形势日趋严峻，已成为制约我国经济、社会稳定发展的主要因素之一。国家和各地方政府制订出更加严格的污水排放标准和饮用水质标准，对水处理技术提出了新的更高要求；同时也对新型污(废)水深度处理技术与工艺加大投入，旨在提升这些处理单元效率的关键材料及其应用技术水平。最近国家科技部以面向城市污水与工业废水深度处理技术为目标，设立了高技术发展计划(863 计划) 重点项目“水处理新材料制备和应用关键技术与示范工程” ，由北京碧水源科技股份有限公司牵头、联合清华大学等单位提出的“新型膜

9、材料及膜组器的制备和应用关键技术与工程示范”课题获得立项，该课题旨在开发具有自主知识产权的纤维增强 NIPS 法与 TIPS 法等 2 种制膜技术，实现低成本、高强度、高通量、抗污染 PVDF空纤维 UFMF 膜和低能耗膜组器的大规模国产化生产，并建立数个万吨级市政污水和千吨级工业废水 MBR 示范工程，促进 UFMF 膜技术在水处理工程的广泛应用。2.4 膜分离技术在药物分离中的应用膜分离技术用于药物分离纯化的研究主要涉及以下几种类型：微滤(MF)、超滤(UF) 、纳滤(NF)、反渗透(RO)2.4.1 微滤膜的应用 微滤膜是膜分离技术的重要组成部分，主要基于筛分原理。微滤介于常规过滤和超滤

10、之间，通常截留粒径大于 005 m 的微粒，多采用对称微孔膜，膜的孔径范围为015m，主要用于药液的澄清，实现固态微粒、胶体粒子等与水溶性成分分离。2.4.2 超滤膜的应用 超滤技术可从液体混合物中除去 0001 2005m 的溶质分子和分子量约为 1 000万的高分子化合物、胶体、病毒等，在生物工程中应用极为广泛。与传统方法相比，超滤程不发生相变化，操作条件温和，有利于保持生物活性组分的生理活性，减少环境污染，缩短生产周期，提高分离效率。2.4.3 纳滤膜的应用 纳滤膜是上世纪 80 年代末期问世的一种新型液体分离膜，具有两个显著特征：其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，约为 2002 0

11、00 Da；纳滤膜因其表面分离层由聚电解质所构成对无机盐有一定的截留率。根据第一个特征，推测纳滤膜可能拥有孔径为 1 nm 左右的微孔结构，因而称之为 “纳滤” 。纳滤膜由于截留分子量介于超滤与反渗透之间，同时还存在 Donna 效应，因此对低分子量有机物和盐的分离有很好的效果，并具有不影响分离物质生物活性、节能、无公害等特点，越来越广泛地被应用于医药工业中的各种分离、精制和浓缩过程。2.4.4 反渗透膜的应用 反渗透借助于半透膜对溶液中溶质截留，在高于溶液渗透压的压差推动力下，使溶剂渗透半透膜，从而达到溶液脱盐的目的。反渗透膜的表层有一层很薄的致密层(0110 m)，即脱盐层或活性层，在表层

12、下部是多孔支撑层，厚度为 100200 m，活性层基本决定了膜的分离性能，支撑层只起活性层的载体作用，基本不影响膜的分离性能。反渗透膜在药物分离方面主要用于药液的浓缩。2.4.5 分子印迹复合膜的应用 分子印迹膜(molecularly imprinted membraneMIM)兼具分子印迹与膜技术的特点，其原理是在聚合介质中加入印迹分子，成膜后将印迹分子除去，将在聚合物网状结构中留下印迹分子的功能尺寸，同时生成的聚合物与印迹分子之间存在相互作用，将此分离膜用于分离由印迹分子与其他物质构成的混合物时，分离膜能识别出印迹分子，从而有效地将混合物分离。分子印迹复合膜是将分子印迹聚合物镀在多孔支撑

13、膜表面，具有超滤或微滤支撑层，可获得大通量和高选择性，是近年来人们研究和关注的重点。报道的分子印迹技术多用于黄酮类、多元酚类、生物碱类等活性成分的分离纯化。2.4.6 结论与展望膜分离技术应用于药物分离具有其他传统方法无法比拟的优点，呈现出较好的应用前景。但是在实际的生产应用中，仍然存在着大量的问题，严重影响了膜分离技术的推广和应用。膜使用过程中的最大问题是膜的污染和劣化。由于分离的药液大都含有蛋白质、脂肪、纤维素、鞣质及胶体物质，膜在操作时易被污染和堵塞，造成膜通量锐减。而现有的清洗方法难以达到恢复通量的目的，以致不能正常地运行，因此药液的预处理及膜的清洗成了膜技术应用的关键。先进行合适的预

14、处理是防止膜性能变化的最简单的方法，可以有效减轻膜的污染问题。同时，污染膜的清洗和膜性能的再生在实际应用中也非常重要。选择合适的清洗 剂、清洗时间以及合适的膜清洗方法对延长膜的使用寿命，有效降低生产成本也是十分的关键。另外，开发新型的不易被污染的膜材料及进行膜面改性是控制膜污染的有效措施。针对中药提取液中杂质含量大和膜面易污染的特点，在深入了解膜污染机理的基础上，从材料设计角度出发，研究新型的适用于药物分离用的、抗污染性好的膜材料，是很有实际意义的一项工作。2.5 膜分离技术是一种常温处理、无相变、操作简单的新型分离技术，采用膜技术对调味品进行除杂和澄清处理，可以不损害调味品的原有风味，在常温

15、下有效去除细菌、高分子蛋白质、酶等物质及其它悬浮物，获得味道丰满圆润的调味品。3. 微滤膜分离技术的应用进展微滤膜分离技术始于十九世纪中叶，是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程。它主要用于从气相和液相悬浮液中截留微粒、细菌及其它污染物，以达到净化、分离和浓缩等目的。实施微孔过滤的膜称为微滤膜。微滤膜是均匀的多孔薄膜，厚度在 90150m 左右，过滤粒径在 002510m 之间，操作压在00l02MPa。到目前为止，国内外商品化的微滤膜约有 13 类，总计 400 多种。微滤膜的主要优点为：孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定孔径的微粒全部截留；孔隙大，

16、流速快。一般微滤膜的孔密度为 107 孔cm 2，微孔体积占膜总体积的7080。由于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十 倍；无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在 90150m 之间，因而吸附量很少，可忽略不计。无介质脱落。微滤膜为均一的高分子材料，过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。膜分离机理十分复杂，影响因素多，基于已进行的研究，可认为流体通过膜的推动力主要是压力差、分压差、浓度差、电位 差、化学位差等，选择性和通量是膜分离的重要技术指标。常用于油水分离的微滤膜分离机理一般以筛分和扩散原理来解释，油粒的分离主要取决于膜孔径的大小，油粒在压力、吸附、电荷等因素影响下，大直

17、径油粒可通过小膜孔。3.1 微滤膜分离技术在废水、污水处理中的应用3.1.1 工业废水处理重金属废水主要来自矿山、冶炼、电解、电镀、农药、医药、油漆、颜料等企业排出的废水。重金属离子废水的处理有很多种方法，如离子交换法、活性炭吸附法等等。其中，应用最广泛的是化学沉淀一微滤膜工艺，它是一种将传统的化学沉淀与微滤膜分离相结合的一种新的处理方法。由于微滤膜的孔径通常大于 0.1m，不能直接截留重金属离子，所以该法先将废液进行预处理，使金属离子沉淀，然后再用微滤膜过滤除去。由于与超滤膜、反渗透膜相比，微滤膜的孔径相对较大，因此，微孔过滤常常作为一种“粗过滤”为反渗透做预处理，以保证反渗透能稳定进行。3

18、.1.2 生活污水处理生活污水是废水排放的主要来源之一，污水中的有机污染物是导致水体被污染的主要原因，同时废水中的氮、磷是引起海洋、湖泊、河流和其它水体富营养化的主要营养物质。污水经过二级生化处理后，仍有一些污染物质如营养型无机盐、氮、磷、胶体、细菌、病毒、微量微生物、重金属以及影响回用的溶解性物质不能完全去除，不同用途的二次水常需要深度处理。在众多的污水深度处理技术中，膜分离技术是最具有竞有竞争力且前景广阔的方法。微滤膜可以截留水中大部分悬浮物、胶体和细菌，其优点包括：出水水质好且稳定；处理装置紧凑；可以去除细菌等微生物，出水可以不用再经消毒处理；处理水中可以不添加混凝剂，因此无化学污泥产生

19、；系统中需要处理的污泥量大大降 低，在某些情况下，可以省去建造二沉池；处理规模较小的系 统其成本比一般处理工艺低。微滤膜所具有的这些优点，是其成为生活污水回用处理研究热点的原因。在微滤膜处理工艺中，化学絮凝和微滤分离膜相结合的方法，由于其优良的出水水质，已广泛地应用与生活污水的处理。3.2 微滤膜分离技术在食品工业中的应用3.2.1 饮料工业近年来，茶饮料在国内外饮料市场中占有越来越大的比例，茶饮料以其营养、天然、保健等特性而深受消费者欢迎。在茶饮料的生产过程中，茶汁澄清是茶饮料生产的关键技术，传统方法多采用化学法处理和普通机械过滤，澄清效果欠佳，产品质量较差。膜滤技术具有无相变、不带人化学物

20、质、工艺操作简便、能耗低等诸多优点，产品质量较好。过滤澄清葡萄酒生产中的一个重要工艺，通过控制过滤的精度，不仅可以获得良好的感观品质，还能够有效地除去葡萄酒中的微生物，实现无菌灌装。3.2.2 酿造行业、乳制品工业3.3 微滤膜分离技术在海水淡化预处理中的应用近 20 年来，海水淡化技术日益成熟，反渗透(RO)海水淡化工艺已逐步成为海水淡化的主导技术之一。微滤膜，尤其是高抗污染的聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜平均微孔孔径在 02m，能有效去除海水中的藻类、细菌及其它杂质，因此已经越来越多地用于反渗透的前处理。3.4 膜分离过程作为一门新型的分离、浓缩、提纯技术，已在各个工业领域及科学研究中取得广

21、泛的应用，已成为解决当代能源、资源和环境污染的重要高新技术手段。随着其研究的进一步深入，性能优良、价格低廉的过滤膜及膜组件将随之产生，膜过滤技术的应用逐步走向工业化，其发展方向是开发新型功能 性膜材料和加强对膜皮层“超薄”和“活化”技术的研究，即进一步发展超薄、均匀、无缺陷的非对称膜皮层技术与工艺。微滤膜分离技术由于其流速快、过滤精度高等特点，其应用也越来越广泛。目前，利用两种分离技术进行膜分离已越来越受到人们的重视。它可以弥补各自的缺点，并最大限度地发挥各自的优势，如与生物处理技术相结合的膜生物反应器，与化学絮凝、沉淀技术相结合，以及将不同级别孔径的过滤膜相结合的分级过滤等。这种膜组件减少了目前的多单元处理模式，具有高效、动态、抗污染特性，还可将膜技术和传统聚结技术结合起来，开发具有抗污染、破乳特性的功能膜。这些技术都将使各种 污水处理技术各尽所长，以达到最好的处理效果和最佳经济效益