【正文】 微生物粘附和生長(zhǎng)形成生物膜。老化生物膜主要分解成蛋白質(zhì)、核酸、多糖酯等，強(qiáng)烈吸附在膜面上引起膜表面改性。 ? 微生物生物膜，可直接 (通過酶作用 )或間接 (通過局部 pH或還原電勢(shì)作用 )降解膜材料，造成膜壽命縮短，膜結(jié)構(gòu)完整性被破壞。 膜的污染 (fouling) 防止膜污染的方法 ① 原料液的預(yù)處理 ② 膜表面的改性 ③ 外加場(chǎng)：電場(chǎng)、離心場(chǎng)、超聲波場(chǎng) ④ 高壓反沖 ⑤ 強(qiáng)化傳質(zhì) 膜污染的清洗方法 化學(xué)法 物理法 化學(xué)法常用的清洗劑有： 1． NaOH 2．酸： 如 H3PO4 、 HCl 3．表面活性劑： SDS、 Triton X100 4．消毒劑 5．酶 6． 有機(jī)溶劑 膜污染的清洗方法 物理法： ? 反沖洗和循環(huán)清洗 膜污染的清洗方法 超濾液 保留液 透過液 超濾 循環(huán)清洗 清洗液出口 清洗液入口 清洗液出口 逆洗 清洗液入口 清洗液出口 膜污染的清洗方式 利用膜的不對(duì)稱性和膜組件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行清洗 膜組件 ? 良好的膜組件應(yīng)具備下列條件： ①沿膜面的流動(dòng)情況好，濃差極化小。 ②單位體積中所含的膜面積較大。 ③組件的價(jià)格低。 ④清洗和膜的更換方便。 膜過濾裝置的型式及其適用范圍 常見的膜過濾裝置有四種類型： ① 管式 ② 中空纖維式 ③ 平板式 ④ 卷式 （ 螺旋式 ） 1) 平板式膜組件 這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類似，由膜、支承板、隔板交替重疊組成。 濾膜復(fù)合在剛性多孔支撐板上，料液從膜面流過時(shí)，透過液從支撐板的下部孔道中匯集排出。 為減小濃差極化，濾板的表面為凸凹形，以形成湍動(dòng)。濃縮液從另一孔道流出收集。 截留液 透過液 料液 膜 支撐板 隔板 平板式膜組件 板式膜實(shí)驗(yàn)室設(shè)備圖 (millipore公司 )： 板式反滲透 (納濾 )膜裝置 (生產(chǎn)型 ) 板式膜超濾工業(yè)設(shè)備圖 : 2) 卷式膜組件 將膜、支撐材料、膜間隔材料依次疊好，圍繞一中心管卷緊即成一個(gè)膜組件。料液在膜表面通過間隔材料沿軸向流動(dòng)，透過液沿螺旋形流向中心管。 2) 卷式膜組件 各種規(guī)格的 卷式膜元件 OSMONICS公司的 卷式膜元件 Desal公司的RO膜元件 NTR70－ SWC型卷式 RO海水淡化膜 Filmtec公司的 海水淡化膜 卷式納濾膜濃縮設(shè)備 (生產(chǎn)型 ) 卷式膜反滲透工業(yè)設(shè)備圖 : 優(yōu)點(diǎn) : 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 缺點(diǎn) :清洗不方便，易堵塞 壓降大 3) 管式膜組件 ? 是指在圓筒狀支撐體的內(nèi)側(cè)或外側(cè)刮制上一層半透膜而得到的圓管形分離膜，再將一定數(shù)量的這種膜管以一定方式聯(lián)成一體而組成，其外形狀極類似于列管式換熱器 。 內(nèi)壓管式： 多孔管 膜 料液 外壓管式： 料液 內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由管內(nèi)走； 外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。 管式膜組件 組件的進(jìn)出料示意圖 多通道組件 組件外殼 滲透液 原料液 滲透液 滲余液 滲透液 墊圈 管式膜結(jié)構(gòu)圖 管式 管式膜工業(yè)設(shè)備圖 : 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，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(diǎn) : 管式膜組件的缺點(diǎn)是單位體積膜組件的膜面積少 , 保留體積大，壓力降大，除特殊場(chǎng)合外，一般不被使用。 4) 中空纖維膜組件 中空纖維膜是一種極細(xì)的空心膜管，其本身不需要支撐材料即可耐受很高的壓力，它實(shí)際是一根厚壁的環(huán)柱體，纖維的外徑約為 50200μm ，內(nèi)徑為 2542μm 膜組件外殼 中空纖維 MF膜組件 中空纖維 UF膜組件 KOCH公司中空纖維膜設(shè)備 優(yōu)點(diǎn) :設(shè)備緊湊，單位設(shè)備體積內(nèi)的膜面積大 缺點(diǎn) :中空纖維內(nèi)徑小，阻力大，易堵塞，膜污染難除去，因此對(duì)料液處理要求高。 管式、中空纖維式、螺旋卷式和平板式 型式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 管式 易清洗，無死角，適宜于處理 含固體較多的料液 ，單根管子可以調(diào)換 保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小， 壓力降大 中空纖維式 保留體積小，單位體積所含過濾面積大，可以逆洗， 操作壓力較低 ，動(dòng)力消耗較低 料液需要預(yù)處理 ，單根纖維損壞時(shí)需調(diào)換整個(gè)模件 螺旋卷式 單位體積中所含過濾面積大，換新膜容易 料液需預(yù)處理 ， 壓力降大 ,易污染 ,清洗困難 平板式 保留體積小，能量消耗界于管式和螺旋卷式 死體積大 各種模件性能比較 管式 中空纖維 式 板式 卷式 單位膜面積的成本 高 低 最高 低 更換膜費(fèi)用 低 中等 最低 高 通量 較高 中等 /低 最高 /較高 較高 單位體積膜面積 m2/m3 差 (2030) 很好 (萬 3萬 ) 好 /一般(400600) 好 (8001000） 保留體積 大 低 中等 中等 能耗 高 低 中等 中等 抗污染性 很好 差 好 /一般 好 /一般 中空纖維膜分離器（實(shí)驗(yàn)室用） 板式膜分離器（實(shí)驗(yàn)室用） Millipore公司板式膜分離器（實(shí)驗(yàn)室用） 6 膜分離技術(shù)的應(yīng)用 膜分離技術(shù)的應(yīng)用 應(yīng)用 水的脫鹽和凈化 食品工業(yè) 醫(yī)療、衛(wèi)生方面 石油、化工方面 環(huán)境工程 其他方面 海水與苦咸水淡化 電廠鍋爐供水脫鹽 超純水制備 城市家庭飲用水的凈化 乳品加工 酒類生產(chǎn) 果汁加工 酶制劑生產(chǎn) 醫(yī)療、衛(wèi)生用水 藥品生產(chǎn) 醫(yī)療應(yīng)用 中藥提煉 回收有機(jī)蒸氣 制取富氧空氣 無水乙醇生產(chǎn) 膜與生物技術(shù) 國防上的應(yīng)用 交通、運(yùn)輸方面 脫氣膜 電泳漆廢水 電鍍廢水 纖維工業(yè)廢水 造紙工業(yè)廢水 其他廢水 純凈水處理工藝流程圖 果汁澄清 膜法處理乳清 膜技術(shù)用于中藥精制 傳統(tǒng)中藥精致工藝 (醇沉法 )。 工藝復(fù)雜，成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，水溶性有效成分損失大 洗凈 蒸發(fā) 煎煮 除雜 醇沉 乙醇回收 蒸發(fā)濃縮 膜過濾 膜濃縮 產(chǎn)品 保留率 (％ ) 氧化苦參堿 苦參總黃酮 醇沉 微濾 注：中藥苦參水醇沉與微濾比較 陶瓷分離膜取代醇沉過程的中藥提取新工藝 黃芪 ——微濾與醇沉之 成分損失率 、 固形物去除率 、 濁度降低率 比較 樣品號(hào) 樣品 成分損失率（ %） 固形物去除率（ %） 濁度降低率（ %） A 原液 — — — B1 40%醇沉 B2 50%醇沉 B3 60%醇沉 B4 70%醇沉 B5 80%醇沉 C1 800nm濾液 C2 200nm濾液 C3 50nm濾液 6 膜生物反應(yīng)器 ? 膜生物反應(yīng)器（ Membrane bioreactor,MBR）是生物反應(yīng)過程與膜分離過程耦合的生物反應(yīng)裝置， ? 可應(yīng)用于動(dòng)植物細(xì)胞的高密度培養(yǎng)、微生物 發(fā)酵和酶反應(yīng)過程與目的產(chǎn)物分離相結(jié)合。 中空纖維膜生物反應(yīng)器 ◆ 培養(yǎng)基 循環(huán)液 高分子產(chǎn)物（單抗） 細(xì)胞 膜 高分子產(chǎn)物（單抗）細(xì)胞膜小分子產(chǎn)物 ? 用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)，動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)于中空纖維膜組件的殼內(nèi)，小分子產(chǎn)物（廢棄物）不斷排出，新鮮的培養(yǎng)基連續(xù)灌注，可保證細(xì)胞長(zhǎng)期穩(wěn)定并且高速度生產(chǎn)有用物質(zhì)。細(xì)胞密度可達(dá) 109/cm3。 外循環(huán)式膜生物反應(yīng)器 底 物 （ 培 養(yǎng) 基 ）泵閥膜組件透過液▼產(chǎn)物反應(yīng)器膜組件截留酶或微生物菌體 ,而使小分子產(chǎn)物透過。 外循環(huán)式膜生物反應(yīng)器適用于連續(xù)微生物發(fā)酵和連續(xù)酶反應(yīng)過程。