簡介：
膜分離技術(shù)是一種以分離膜為核心，進(jìn)行分離、濃縮和提純物質(zhì)的一門新興技術(shù)。該技術(shù)是一種使用半透膜的分離方法，由于膜分離操作一般在常溫下進(jìn)行，被分離物質(zhì)能保持原來的性質(zhì)，能保持食品原有的色、香、味、營養(yǎng)和口感，能保持功效成分的活性。其選擇性強(qiáng)，操作過程簡單，適用范圍廣，能耗低，所以可廣泛應(yīng)用于食品的生產(chǎn)中^[2] 。膜分離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)由于兼有分離、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，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。
技術(shù)特點(diǎn)：
膜分離技術(shù)的特點(diǎn)膜分離過程是一個(gè)高效、環(huán)保的分離過程，是多學(xué)科交叉的*，在物理、化學(xué)和生物性質(zhì)上呈現(xiàn)出各種各樣的特性，具有較多的優(yōu)勢。膜是具有選擇性分離功能的材料，利用膜的選擇性分離實(shí)現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離。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)膜主要是陶瓷膜和金屬膜，其過濾精度較低，選擇性較小。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。
微濾（MF）又稱微孔過濾，它屬于精密過濾，其基本原理是篩孔分離過程。微濾膜的材質(zhì)分為有機(jī)和無機(jī)兩大類，有機(jī)聚合物有醋酸纖維素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。無機(jī)膜材料有陶瓷和金屬等。鑒于微孔濾膜的分離特征，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，以達(dá)到凈化、分離、濃縮的目的。
對于微濾而言，膜的截留特性是以膜的孔徑來表征，通常孔徑范圍在0.1～1微米，故微濾膜能對大直徑的菌體、懸浮固體等進(jìn)行分離。可作為一般料液的澄清、保安過濾、空氣除菌。
超濾（UF）
是介于微濾和納濾之間的一種膜過程，膜孔徑在0.05um至1nm之間。超濾是一種能夠?qū)⑷芤哼M(jìn)行凈化、分離、濃縮的膜分離技術(shù)，超濾過程通常可以理解成與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程。以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以超濾膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)水流過膜表面時(shí)，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質(zhì)通過，達(dá)到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。
對于超濾而言，膜的截留特性是以對標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)物的截留分子量來表征，通常截留分子量范圍在1000～300000，故超濾膜能對大分子有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、細(xì)菌）、膠體、懸浮固體等進(jìn)行分離，廣泛應(yīng)用于料液的澄清、大分子有機(jī)物的分離純化、除熱源。
納濾（NF）
是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術(shù)， 其截留分子量在80～1000的范圍內(nèi)，孔徑為幾納米，因此稱納濾。基于納濾分離技術(shù)的*特性，其在制藥、生物化工、 食品工業(yè)等諸多領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。
對于納濾而言，膜的截留特性是以對標(biāo)準(zhǔn)NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率來表征，通常截留率范圍在60～90%，相應(yīng)截留分子量范圍在100～1000，故納濾膜能對小分子有機(jī)物等與水、無機(jī)鹽進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)脫鹽與濃縮的同時(shí)進(jìn)行。
反滲透（RO）
是利用反滲透膜只能透過溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)或小分子物質(zhì)的選擇透過性，以膜兩側(cè)靜壓為推動力，而實(shí)現(xiàn)的對液體混合物分離的膜過程。反滲透是膜分離技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，因具有產(chǎn)水水質(zhì)高、運(yùn)行成本低、無污染、操作方便運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn) ，而成為海水和苦咸水淡化，以及純水制備的、的技術(shù).已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業(yè)。反滲透技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)中的水處理技術(shù)。
反滲透的截留對象是所有的離子，僅讓水透過膜，對NaCl的截留率在98%以上，出水為無離子水。反滲透法能夠去除可溶性的金屬鹽、有機(jī)物、細(xì)菌、膠體粒子、發(fā)熱物質(zhì)，也即能截留所有的離子，在生產(chǎn)純凈水、軟化水、無離子水、產(chǎn)品濃縮、廢水處理方面反滲透膜已經(jīng)應(yīng)用廣泛，如垃圾滲濾液的處理。
膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用
膜分離技術(shù)在城市污水深度處理中的應(yīng)用
城市污水深度處理和回用開始于20世紀(jì)60年代。城市污水具有量大、集中、水質(zhì)較為穩(wěn)定的特點(diǎn)，是一種潛在的水資源。城市污水深度處理通常以污水處理廠的二級或三級排放液為水源，用反滲透(RO)對它進(jìn)行最后的脫鹽，脫COD、BOD以及微量有機(jī)物和重金屬離子的脫除，出水水質(zhì)可達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但由于某些主觀原因，大多不直接用作飲用水。國外常將其注入地下蓄水層或淡水水庫進(jìn)行自然凈化(通常需存放兩年)，也有用作工業(yè)冷卻水，鍋爐用水等非飲用目的。城市缺水制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，把城市的二級出水進(jìn)行處理后再生回用是解決水源短缺的一條途徑。二級排放液在進(jìn)RO裝置前需進(jìn)行預(yù)處理，以使進(jìn)水水質(zhì)符合RO裝置的使用要求。預(yù)處理的好壞是RO技術(shù)應(yīng)用成敗的關(guān)鍵。RO前采用MF或UF預(yù)處理的深度水處理過程已成為非直接飲用水回用工程中城市廢水處理的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外都在積極地采用膜技術(shù)大規(guī)模地把城市污水開發(fā)為新的水資源。我國采用“微絮凝纖維過濾+膜濾”對洗浴廢水進(jìn)行了研究，試驗(yàn)表明，此工藝具有出水穩(wěn)定、占地面積小的特點(diǎn)。天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠引進(jìn)挪威SBR序批式活性污泥法*工藝，每天可提供10萬噸二級生化處理出水作為水源，使污水深度處理后回用成為可能。我國的城市污水再生回用并不普及，膜技術(shù)在深度處理的應(yīng)用相對也很少，今后我們還需在污水的再生回用和深度處理技術(shù)上進(jìn)行研究。
膜分離技術(shù)在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用
由于工業(yè)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水排入水體，這些工業(yè)廢水，面廣量大、危害深，大多含有不同濃度的化學(xué)物質(zhì)，其中有些具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而有些則具有毒性，對人類環(huán)境有害。為保護(hù)環(huán)境不受污染，并回收有用物質(zhì)，在工業(yè)廢水排放之前必須進(jìn)行凈化處理，膜分離技術(shù)既能對工業(yè)廢水進(jìn)行有效的凈化，又能回用其中的有用物質(zhì)，同時(shí)還可節(jié)省能源。膜技術(shù)在處理電鍍廢水、造紙廢水、重金屬廢水、含油廢水和印染廢水這五大類主要工業(yè)廢水中都得到了廣泛的應(yīng)用。
膜分離技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用
隨著人們生活水平的提高，對飲用水的水質(zhì)要求也越來越高，加上傳統(tǒng)工藝中的某些弊端，如加氯殺菌會使氯與水中的某些有機(jī)物反應(yīng)生成新的危害巨大的三致(致癌、致突變、致畸變)化合物。膜技術(shù)用于飲用水處理是一個(gè)重大突破。水的凈化與純化是從水中去除懸浮物、細(xì)菌、病毒、無機(jī)物、農(nóng)藥、有機(jī)物和溶解氣體等，在這方面，膜分離技術(shù)發(fā)揮了其*的作用。膜分離中的微濾、超濾和納濾所組成的水處理方法，對去除水中的微米級的顆粒優(yōu)于常規(guī)水處理技術(shù)中的過濾能力，而且還具有去除過濾所不具備的納米級微粒的能力，可有效去除水中的懸浮物、細(xì)菌、病毒、無機(jī)物、農(nóng)藥、有機(jī)物和溶解氣體等雜質(zhì)。符合飲用水水質(zhì)不提高的要求。
膜分離技術(shù)在海水淡化中的應(yīng)用
我國是水資源大國，同時(shí)也是水資源貧國。海水作為水資源的重要組成部分，有效利用是解決我國水資源危機(jī)的重要措施之一。用于海水淡化的膜技術(shù)主要有反滲透、電滲透(ED)和膜蒸餾(MD)等。2002年，萬噸級反滲透海水淡化及其組器技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程被列入國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目。海水淡化用發(fā)滲透膜的脫鹽率高達(dá)99.6%.反滲透技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展大大降低了海水淡化的成本，反滲透已成為海水淡化制取飲用水的手段。電滲析技術(shù)可直接將海水淡化為飲用水，但其過程對不帶電荷的物質(zhì)，如有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、懸浮物等無脫除能力，并且能耗高，水回收率低。所以，由于反滲透海水淡化技術(shù)的出現(xiàn)，電滲析法海水淡化的比例正在逐漸降低。膜蒸餾技術(shù)具有很高的脫鹽率，可達(dá)到99.7%以上，被用于小型海水淡化，對離子、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無法擴(kuò)散透過膜的組分的截留可到99%，并且具有設(shè)備簡單，操作容易，膜使用壽命長，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
膜分離技術(shù)在苦咸水脫鹽中的應(yīng)用
我國西部省區(qū)嚴(yán)重缺水問題在中國這個(gè)缺水國家尤為突出，苦咸水淡化是解決我國西部省區(qū)缺水的一個(gè)有效途徑。用于苦咸水淡化的膜技術(shù)主要有：電滲析技術(shù)、反滲透技術(shù)、納濾技術(shù)。我國西部油田幾乎都用電滲析法制取生活飲用水。電滲析不能去除水中的有機(jī)物和細(xì)菌，設(shè)備運(yùn)行能耗大，這使其在苦咸水淡化工程的應(yīng)用受到限制?？嘞趟部捎靡患壏礉B透裝置脫鹽制得飲用水。反滲透系統(tǒng)淡化苦咸水，其出水水質(zhì)優(yōu)于我國飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。對含高氟、低礦化度苦咸水通過反滲透淡化，出水水質(zhì)可達(dá)到我國飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。反滲透法比電析法生產(chǎn)成本低，無污染，是苦咸水淡化的方法。納濾是一種低壓反滲透技術(shù)，在較低的壓力下具有較高的脫鹽性能。對特定溶質(zhì)，尤其是苦咸水的表征離子，具有很好的脫鹽效果。對苦咸水較多的西部省區(qū)，納濾將是制取優(yōu)質(zhì)飲用水的有效途徑。