膜分离概述

膜分离是以具有选择透过功能的薄膜为分离介质，透过在膜两侧施加一种或多种推动力，使原料中的某组分选择性的优先透过膜，从而达到混合物分离和产物的提取、浓缩、纯化等目的。

膜分离的特点

膜分离过程不发生变化，与其他方法相比耗能较低，能量的转化效率高。膜分离过程可在常温下进行，特别适合对热敏感物质的分离。通常不需要投加其他物质，可节省化学药剂并有利于不改变分离物质的原有的属性。在膜分离过程中，分离和浓缩同时进行，有利于回收所有有价值的物质。膜分离装置简单，可实现连续分离，适应性强，操作容易且易于实现自动控制。

膜分离的分类

按分离机理：主要有反应膜、离子交换膜、渗透膜等；

按膜的性质：主要有天然膜（生物膜）和合成膜；

按膜的形状：有平板膜、管式膜和中控纤维膜；

按膜的结构：有对成膜、非对称膜和符合膜。

膜的分离种类

1、反渗透：过程主要是根据溶液的吸附扩散原理，以压力差为主要推动力的膜过程。在浓溶液一侧施加以外加压力（0.1-10MPa），当此压力大于溶液的渗透压时，就会迫使浓溶液的容积反向透过孔径为（0.0001-0.001μm）的非对称膜流向稀溶液的一侧，这一过程叫反渗透。

反渗透的应用：海水和苦咸水淡化、废水和有害废水的处理（工业废水、市政废水）、化学加工工业的应用（造纸工业、纺织工业、石油工业、电力工业）、食品加工工业的应用。

2、微滤：又称微孔过滤，属于精密过滤。微滤装置能够过滤微米或纳米级的微粒和细菌，截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐孢子虫、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。

微滤设备的原理：微滤设备的基本原理是筛分过程，操作压力一般在0.7-7kPa，原料液在静压差作用下，透过微滤设备的过滤材料。微滤装置的过滤材料可以分为多种，比如折叠滤芯、熔喷滤芯、布袋式除尘器、微滤膜等。微滤设备使用纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜，利用其均一孔径，来截留水中的微粒、细菌等，使其不能通过微滤装置的微滤膜而被去除。

微滤的应用：微滤装置使用的微孔膜的规格目前有十多种，孔径范围为0.1-75μm。微滤装置在制药、饮料、饮用水、视频、电子、石油化工、分析检测和污水处理等领域有较广泛的应用。

3、超滤：超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的，膜孔径在20-1000A之间。中控纤维膜超滤器具有单位容器内充填密度高，占地面积小等优点。

超滤设备的原理：超滤设备工作过程中，水溶液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的深剂及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流拍出，成为深缩液。超滤设备的工作过程是动态过滤，分离是在流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢复超滤设备工作性能。

超滤的应用：超滤装置如同反渗透装置，有板式、管式、卷式、中控纤维式等。超滤装置的优点是操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、PH的变化，因而超滤设备可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。在生物大分子的制备技术中，超滤装置主要用于生物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。

4、电渗析：使用的半渗透其实是一种离子交换机，这种离子交换膜按离子的电荷性质可分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两种。在电解质水溶液中，阳膜允许阳离子透过而排斥阻挡阴离子，阴膜允许离子透过而排斥阻挡阳离子，这就是离子交换膜的选择透过性。

电渗析的应用：应用在脱盐方面，在食品、医药及化学工业中，电渗析过程还有许多其他的工业应用，如工业废水的处理，主要包括从酸液清洗金属表面所形成的废液中回收酸和金属。从电镀废水中回收重金属离子。从合成纤维废水中回收硫酸盐。从纸浆废液中回收亚硫酸盐等。

膜分离的应用

化学工业：有机物除去或回收污染控制、气体分离、药剂回收和再利用；

水处理：海水和苦咸水谈话、超纯水制备、电厂锅炉水净化、废水处理；

食品及生化工业：净化、浓缩、消毒、代替蒸馏、副产品回收；

金属工业：金属回收、污染控制、富氧燃烧；

纺织及制革工业：余热回收、药剂回收、污染控制；

造纸工业：代替蒸馏、污染控制、纤维及药剂回收；

医药工业：人造器官、控释释放、血液分离、消毒；

国防工业：舰艇淡水供应、战地污染水源净化。

      膜分离技术在环保领域的研究和应用才刚刚起步，但已经有了良好的开端，对膜技术的兴趣和利用必将随着环境保护要求的提高而增加。随着人们环保意识的增强，随着膜技术的进一步发展，膜分离技术在提高饮用水水质、水污染控制，大气污染控制等方面将会得到迅猛发展。膜分离技术在环保领域，应用潜力很大，发展前景十分广阔。

      我国的膜技术在环保领域的应用于世界现金水平尚有较大的差距，开发、制造高强度、长寿面、抗污染、高通量的膜材料，对于不同的污染源采用不同的膜技术及相应的配套工艺，已达到降低投资和运行成本，更好的推广膜分离技术在环保领域的应用。再膜使用中着重解决膜污染、浓度极化及清洗等关键问题。