【正文】 L— S法制備 分離膜工藝流程框圖 （ 2） 復(fù)合制膜工藝 由 L— S法制的膜，起分離作用的僅是接觸空氣 的極薄一層，稱為表面致密層。理論研究表明可 知，膜的透過(guò)速率與膜的厚度成反比。為此，發(fā)展 了 復(fù)合制膜工藝。 ? 膜系統(tǒng)大多采用 錯(cuò)流過(guò)濾 ：流體一進(jìn)二出，流動(dòng)方向與膜表面 平行 ，削薄膜面的濃差極化層、減少過(guò)濾阻力，膜面不易堵塞，過(guò)濾速度較快。 第二節(jié) 膜的基本理論 一、膜分離過(guò)程的機(jī)理 描述膜滲透機(jī)理的主要模型有： 孔模型 溶解－擴(kuò)散模型 優(yōu)先吸附－毛細(xì)管流動(dòng)模型 孔模型： ? 以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)，按不同孔徑來(lái)選擇分離溶液中所含的微?；虼蠓肿?，比膜孔徑小的物質(zhì)和溶劑（水）一起透過(guò)膜而較大的物質(zhì)則被截留。 溶解－擴(kuò)散模型（無(wú)孔學(xué)說(shuō)） ? 在推動(dòng)力作用下，滲透物質(zhì)先 溶解 進(jìn)入膜的上游側(cè)，然后 擴(kuò)散 至膜的下游側(cè)， 擴(kuò)散是控制步驟 。 當(dāng)溶解服從亨利定律（見(jiàn)相平衡關(guān)聯(lián)）時(shí)，組分的滲透率是組分在膜中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度系數(shù)的乘積。 溶解擴(kuò)散模型適用于 滲透蒸發(fā)、氣體分離膜、無(wú)機(jī)鹽的反滲透過(guò)程。 ? 溶劑通量隨壓力差增大而線性增大，但溶質(zhì)通量與壓差無(wú)關(guān)，因而在透過(guò)液中濃度降低（ ?p? J1?，而 J2不提高）。39。2222 CCBxcDJ ????優(yōu)先吸附－毛細(xì)管流動(dòng)模型（有孔學(xué)說(shuō)） ? 由于膜表面對(duì)滲透物的優(yōu)先吸附作用，在膜的上游側(cè)表面形成一層該物質(zhì)富集的吸附液體層。此模型能描述多孔膜的反滲透過(guò)程。他認(rèn)為用于水溶液中脫鹽的反滲透膜是多孔的并有一定親水性，而對(duì)鹽類有一定排斥性質(zhì)。 在壓力下，就可連續(xù)地使純水層流經(jīng)毛細(xì)孔。 二、膜的性能參數(shù) 孔道特征 ? 包括孔徑、孔徑分布和孔隙度 ? 是膜的重要性質(zhì) 水通量 ? 每單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位膜面積的水體積流量，也叫 透水率 ，即水透過(guò)膜的速率。 ? 截?cái)喾肿恿慷x為相當(dāng)于一定截留率（通常為90%或 95%）的相對(duì)分子質(zhì)量。 如 R＝ 1，則 C2＝ 0，表示溶質(zhì)全部被截留； 如 R＝ 0，則 C1＝ C2，表示溶質(zhì)能自由透過(guò)膜。 得到的截留率與分子量之間的關(guān)系稱為截?cái)嗲€。 121cccR??c1— 料液中溶質(zhì)濃度， c2— 透過(guò)液中溶質(zhì)濃度 影響截留率的因素 ? 分子形狀： 線狀分子易透過(guò)， ?線 ?球 ； ? 吸附作用： 溶質(zhì)吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直徑 ? 濃差極化作用 ：高分子溶質(zhì)在膜面沉積，使膜阻力?，較小分子溶質(zhì)的截留率 ?，分離性能 ?。 MWCO（球狀蛋白質(zhì)） 近似孔徑（ nm) 1000 2 10000 5 100000 12 1000000 29 由截?cái)喾肿恿堪纯晒烙?jì)孔道大小 三、 膜的保存 膜的保存對(duì)其性能極為重要。 ?微生物的破壞 主要發(fā)生在 醋酸纖維素膜 ； ?水解和冷凍 破壞則對(duì)任何膜都可能發(fā)生。冷凍會(huì)使膜膨脹而破壞膜的結(jié)構(gòu)。 膜的水解作用 ? 乙酰基易水解、脫掉，導(dǎo)致膜的截留率降低。這種 在膜表面附近濃度高于主體濃度的現(xiàn)象 稱為 濃度極化或濃差極化(concentration polarization)。 ? 在超濾和微濾中，處理的是高分子或膠體溶液，濃度高時(shí)會(huì)在膜面上形成 凝膠層 ，增大了阻力而使通量降低。 膜污染類型： （ 1）沉淀污染 ? 沉淀污染對(duì) RO和 NF的影響尤為顯著。 （ 2）吸附污染 ? 有機(jī)物在膜表面的吸附通常是影響膜性能的主要因素。 （ 3）生物污染 ? 是指微生物在膜內(nèi)積累，從而影響系統(tǒng)性能的現(xiàn)象。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。對(duì)于蛋白質(zhì)的嚴(yán)重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶 (如胃蛋白酶、胰蛋白酶等 )溶液清洗，效果較好 。 ?工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有 中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式 等四種型式。 一、膜組件 (Membrane Module) (1)板框式 (PlateandFrame)膜組件 板框式是最早使用的一種膜組件。 海水從上部進(jìn)入組件后，沿膜表面逐層流動(dòng)，其中純水透過(guò)膜到達(dá)膜的另一側(cè)，經(jīng)支撐板上的小孔聚集在邊緣的導(dǎo)流管后排出，而未透過(guò)的濃縮咸水從下部排出。 截留液 透過(guò)液 料液 平板式膜組件 平板式構(gòu)造 把膜和支撐體均制成管狀，使二者組合，或者將膜直接刮制在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，將數(shù)根膜管組裝在一起。 管式膜組件 (3)螺旋卷式 (Spiral Wound)膜組件 卷式納濾膜濃縮設(shè)備 (生產(chǎn)型 ) 由中間為多孔支撐板，兩側(cè)是膜的 “ 膜袋 ” 裝配而成，膜袋的三個(gè)邊粘封，另一邊與一根多孔中心管連接。原料進(jìn)入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平行于中心管方向流動(dòng)，而透過(guò)物進(jìn)入膜袋后旋轉(zhuǎn)著沿螺旋方向流動(dòng)，最后匯集在中心收集管中再排出。 ?料液從中空纖維組件的一端流人 , 沿纖維外側(cè)平行于纖維束流動(dòng) ,透過(guò)液則滲透通過(guò)中空纖維壁進(jìn)入內(nèi)腔 ,然后從纖維在環(huán)氧樹(shù)脂的固封頭的開(kāi)端引出 ,原液則從膜組件的另一端流出。 ?中空纖維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式 。 幾種常用的膜組件 類型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 使用狀況 框板式 結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、牢固、能承受高壓，使用強(qiáng)度較高，工藝簡(jiǎn)便 裝置成本高，流動(dòng)狀態(tài)不好，濃差極化嚴(yán)重；易堵塞，不易清洗。 制作工藝和技術(shù)較復(fù)雜，密封較困難；易堵塞，不易清洗，不宜在高壓下操作 適于大容量規(guī)模；已商業(yè)化 中空纖維膜 膜的堆積密度大，不需外加支撐材料；濃差極化可忽略；價(jià)格低廉。 um A RELATIVE SIZE OF COMMON MATERIAL 過(guò)濾對(duì)象 MOLECULAR WEIGHT 分子量 10 100 1000 10 4 10 10 5 100 1000 10 6 10 7 100 200 5,000 20,000 150,000 500,000 Aqueous salts 中水鹽份 Metal ions 金屬離子 Sugars 蔗糖 FILTRATION TECHNO LOGY 過(guò)濾方法 Pyrogens 熱源 Virus 病毒 Colloidal silica 膠體硅 Albumin protein 白蛋白 Bacteria 細(xì)菌 Carbon black 碳黑 Paint pigment 顏料色素 Yeast cells 酵母 Milled flour 面粉 Beach sand 海灘沙礫 Pollens 花粉 RO 反滲透 Ultrafiltration 超濾 Microfiltration 微濾 Particle filtration 一般過(guò)濾 THE FILTRATION SPECTRUM 過(guò)濾譜圖 NF 納濾 膜形 態(tài)推 動(dòng) 力 膜 過(guò) 程 應(yīng) 用 實(shí) 例對(duì)稱 非對(duì) 稱 復(fù)合壓力差反滲透超 濾微 濾納 濾氣體分離海水淡化超純水 / 白蛋白濃縮前處理 / 終端過(guò)濾醫(yī)藥 / 啤酒氣體 / 蒸汽分離***********電位差 電滲析 海水淡化 / 廢水 *濃度差濃度差濃度差 （分壓差）濃度差＋化學(xué)反應(yīng)滲析控制釋放滲透蒸發(fā)液膜人工腎醫(yī)用 / 農(nóng)藥無(wú)水乙醇金屬分離 / 廢水***** ** 以多孔薄膜為過(guò)濾介質(zhì)，壓力差為推動(dòng)力，利用篩分原理使不溶性粒子（ ）得以分離的操作。 一、 微孔過(guò)濾 微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為： ① 孔徑均勻，過(guò)濾精度高 。一般微孔膜的孔密度為 107孔/cm2，微孔體積占膜總體積的 70％～ 80％。微孔膜厚度一般在 90～ 150μm之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。微孔膜為均一的高分子材料，過(guò)濾時(shí)沒(méi)有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。 2. 微孔過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 （ 1）微粒（ ）和細(xì)菌 ()的過(guò)濾 。 （ 2）微粒和細(xì)菌的檢測(cè) 。 以 壓力 為推動(dòng)力，利用超濾膜不同孔徑對(duì)液體中溶質(zhì)進(jìn)行分離的物理篩分過(guò)程。 二、 超濾技術(shù) 1. 超濾和超濾膜的特點(diǎn) 超濾技術(shù)的核心部件是 超濾膜 ，分離截留的原理 為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過(guò)膜上的微 孔，而大于孔徑的微粒則被截留。 超濾膜均為不對(duì)稱膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纖維狀等。 即最上層的 表面活性層 ，致密而光滑，厚度為 ～ ，其中細(xì)孔孔徑一般小于 10nm； 中間的 過(guò)渡層 ，具有大于 10nm的細(xì)孔，厚度一般為 1～10μm； 最下面的 支撐層 ，厚度為 50～ 250μm，具有 50nm以上的孔。 膜的分離性能主要取決于表面活性層和過(guò)度層。 2. 超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 超濾膜的應(yīng)用十分廣泛 ，在作為 反滲透預(yù)處 理、飲用水制備、制藥、色素提取、陽(yáng)極電泳漆和 陰極電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè) 廢水的處理 等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。 超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、 病毒和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電 子工業(yè)超凈水和醫(yī)用無(wú)菌水等。 在牛奶加工廠中用超 濾技術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖。 汽車、家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含有 1％～ 2％的涂料（高分子物質(zhì)），用超濾裝置可分離出清水重復(fù)用于清洗，同時(shí)又使涂料得到濃縮重新用于電泳涂裝。 應(yīng)用超濾技術(shù) 可除去果汁的果膠和酒中的微生物等雜質(zhì)，使果汁 和酒在凈化處理的同時(shí)保持原有的色、香、味，操 作方便，成本較低。 （ 6）造紙廠的廢水處理。 隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。滲透過(guò)程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。 所分離的物質(zhì)的分子量一般小于 500，操作壓力為 1～ 10MPa。 表 3 反滲透、超濾和微孔過(guò)濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較 分