膜分离技术缺点，最全膜分离技术详解

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我国膜技术研究始于20世纪60年代中期，长期停留在实验室和试验规模。国家科委将膜技术列为国家重大科研项目予以支持，从“七五”开始。膜技术取得了长足的进步。广泛的交流的推动，膜技术在国民经济的发展中发挥了重要作用，膜工业的重要性日益增加，国内膜工业的产量也逐渐增加。近10年来，我国膜技术总体取得了长足进步，但与先进国家差距仍然较大。主要题是生产现代化、产业化程度低、原材料不标准、工艺参数控制不严格、产品质量不稳定、膜品种少、应用范围小。尤其是应用工艺设计、系统完成能力、膜组件水平以及相关机电产品尚未达到先进水平，远远不能满足国内市场需求，膜技术发展还有很大空间。

一、概述

膜是一层薄薄的阻隔层，在外界能量的作用下，由于膜内各组分传质选择性的差异，对多组分流体物质进行分离、分级、净化和浓缩的方法。

1.膜的定义

膜是进行分子级分离和过滤的介质，当溶液或混合气体与膜接触时，由于压力、电场、温差、ETC。分子水平的分离是通过穿过膜并选择性地阻挡溶液或混合气体中的不同组分来分离它们。

膜的定义

最常见的广泛定义之一是“膜”是两个相之间的离散间隙。因此，膜可以处于气相、液相、固相或其组合。简而言之，膜是分隔两种流体的薄屏障。描述膜运动速率的膜特性是膜渗透性。

以典型的超滤工艺为例，其分离机理主要是筛分膜表面存在微孔。当流体通过膜的一个表面时，一些小分子与一些溶剂一起穿过膜，在另一侧形成透析液，而在原侧大分子被捕获形成液体，从而分离出大分子溶质由小分子溶质和溶剂组成，达到目的。

打个比方来说，膜就像一个筛子，可以过滤掉大元素，让小元素通过。但这种筛网的独特之处在于孔径非常小，用于分离大分子和小分子。选择合适孔径的膜可以实现所需的分子级分离。

2.膜分离技术的定义

该膜以适合工业用途的配置制造，并连接到驱动设备、阀门、机构和管道以形成设备。在某些工艺条件下操作，它们可以分离水溶液或混合气体。通过膜的成分称为渗透性。这种分离技术称为膜分离技术。

3.膜的类型

分离膜包括反渗透膜、纳滤膜、超滤膜、微滤膜、电渗析膜、渗透蒸发膜、液体膜、气体分离膜和电极膜。它们对应不同的分离机构、不同的设备，有不同的应用。膜本身可以由聚合物、矿物质或液体制成，并且其结构可以是均质的或异质的、多孔的或无孔的、固体或液体、带电的或中性的。膜的厚度可以薄至100微米，也可以厚至几毫米。不同的膜具有不同的微观结构和功能，需要不同的制备方法。膜的制造方法是膜领域的核心研究课题，也是企业严格保密的核心技术。

4、按显微组织分

对称膜、非对称膜、复合膜、多层复合膜等

5、按宏观结构分

平板膜、卷式膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维等

无论是实验室规模生产还是工业规模生产，膜都是由特定形状的组件制成，作为膜分离装置的分离单元。业界应用并商业化的膜组件主要有平板式、圆管式、螺旋缠绕式、中空纤维式，膜的形状又分为平板式、管式、毛细管式、中空纤维式。后三种都是管式膜，它们的区别主要在于直径。直径超过10毫米的为管式膜，直径在0510毫米之间的为毛细管膜，直径小于05毫米的为中空纤维膜。管式膜的直径越小，单位体积的膜面积越大。

2、膜的分类及膜的加工

最常用的膜分离过程是利用压力差的液体分离膜。根据膜孔径和截留特性的不同，可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透等，如下图所示。

膜的分类和膜的加工

3、膜过滤

传统的过滤方法是死端过滤。随着料液流入和流出，过滤材料表面被堵塞，导致过滤速度迅速下降。

大多数膜系统采用错流过滤，流体一次进出一次，流动方向与膜表面平行，这样减少了膜表面的浓差极化层，降低了过滤阻力。堵塞和过滤速度加快。如下所示。

4、膜系统的构建

目前一般的膜分离过程都是通过以压差为驱动力的错流过滤进行的，是一种在室温下在分子水平上进行过滤分离且不引起相变的物理过程。它由泵提供动力，当它流过膜表面时，一些较小的分子穿过膜，而较大的分子被保留。膜系统配置及基本过滤原理如下图所示。

5.反渗透的基本原理

1、反渗透工艺

反渗透是利用反渗透膜的特性，仅通过溶剂选择性地阻隔离子性物质的技术，它利用膜两侧的静压差作为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过。通过反渗透膜和分离膜工艺实现液体混合物的净化。

反渗透与纳滤、超滤一样，是一种基于压力的膜分离技术，操作压差一般为15105MPa，残留成分为X1010m的小分子。它还可以从液体混合物中除去所有悬浮固体、溶解固体和胶体，例如从水溶液中分离水，以达到分离、纯化等目的。目前，随着超低压反渗透膜的发展，即使在1MPa以下的压力下也可以进行部分海水淡化，使其适合水的软化和选择性分离。

2、分离原理

反渗透膜的选择渗透性与膜内组分的溶解、吸附和扩散有关，因此除了与膜孔的大小和结构密切相关外，还与化学和物理性质密切相关。它与膜（即其组成部分）之间的相互作用密切相关。可见，化学因素在反渗透分离过程中起主导作用。

当半透膜用于分离两种不同浓度的溶液时，该膜仅允许溶剂分子通过。由于浓溶液中溶剂的化学势低于其在稀溶液中的化学位置，稀溶液中的溶剂分子自发地穿过半透膜进入浓溶液中。

3、反渗透应用

反渗透技术的大规模应用主要是苦咸水和海水的淡化，此外还广泛应用于纯净水生产和家庭水处理，以及其他方法难以分离的混合物。反渗透的工业应用包括海水和苦咸水淡化以生产饮用水、为半导体工业、医药和化学工业生产超纯水，以及用于果汁、糖和咖啡浓缩等浓缩过程。食品行业电镀、印染行业废水浓缩乳品行业奶酪生产前牛奶浓缩。

6、纳滤膜的基本原理

纳滤技术是反渗透膜工艺中为满足工业软水的需要并通过适应较低操作压力下的运行而降低成本而不断开发的新膜品种。韩国从90年代初就开始研发纳滤膜，与国外相比，韩国的纳滤技术整体上可以说是刚刚起步，膜的开发、组装技术、应用开发都刚刚开始。

1、纳滤工艺

纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动的膜分离技术。它具有两大特点对水中分子量达到数百的有机低分子成分具有分离性能；对不同价态的阴离子具有唐南效应。材料的电荷和离子价电荷浓度对膜的分离效果有很大影响。

用于饮用水和工业用水的净化、废水的净化、工艺流体中油类成分的浓缩，操作压差0520MPa，分子量限度2001000，分子大小分离对于溶解的成分，误差为1nm。由于NF膜达到相同渗透通量所需的压差比RO膜低05~3MPa，因此NF膜过滤也称为“松式RO”或“低压反渗透”。

2、分离原理

NF膜和RO膜都是无孔膜，传质机制一般认为是溶解扩散。然而，大多数纳滤膜都是带电膜，无机盐的分离行为不仅受化学势梯度的影响，还受到电位梯度的影响。并且溶质的电荷态和相互作用都是相关的。

3、纳滤膜的应用

纳滤膜是连接反渗透膜和超滤膜的新型分离膜，由于其膜孔径为纳米级、膜的多重电荷等结构特点，主要应用于以下几个方面。

各种分子量有机物的分离

有机物和小分子无机物的分离；

溶液中一价和二价或多价盐的分离；

将盐与相应的酸分离。达到饮用水和工业用水软化、脱色、浓缩、分离、回收液体物质的目的。

对Na+、Cl-等一价离子的截留率较低，但对Ca2+、Mg2+、SO42-等二价离子以及除草剂、农药、颜料、染料、抗生素、多肽等低分子量物质的截留率氨基，是的。由于酸性很高，纳滤膜内的水渗透率比反渗透膜大得多，因此当二价离子和分子量在500500的溶质浓度较低时，选择纳滤比反渗透更经济。必须封锁数千人。

七、超滤膜的基本原理

超滤现象被发现已有130多年的历史，韩国对超滤技术的研究比其他国家落后10年左右。它起源于20世纪70年代中期，在20世纪80年代得到显着发展，在20世纪90年代得到广泛应用。

1、超滤工艺

超滤一般称为筛离过程，静压差的驱动力使料液中的溶剂和小溶质颗粒从高压料液侧穿过膜到低压侧。这通常称为滤液或液体渗透，其中大颗粒成分被膜阻挡，增加滤液残留液体的浓度。根据这种分离机理，超滤膜具有选择性表面层的主要因素是形成一定尺寸和形状的孔，而聚合物的化学性质对膜的分离特性影响不大。

2、分离机制

通常，超滤的分离机理被称为筛分过程，但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素。也就是说，超滤过程中对溶质的阻挡有三种方式膜表面的机械阻挡、膜孔内的截留和去除、膜表面和孔内的吸附。

3、超滤膜的应用

超滤的工业应用可分为三种浓缩、小分子溶质的分离、大分子溶质的分级。大多数工业应用都是集中的。小分子溶质可以与大分子结合或形成可分离的复合物。

超滤装置广泛应用于需要将大分子和颗粒与低分子物质或溶剂分离的领域。超滤装置可以单独运行，也可以与其他处理设备联合运行，进行多种分离过程。目前，超滤膜除了用于工业废水处理、城市污水处理、饮用水生产、高纯水制备、生物制剂净化以及食品和制药行业外，还正在开发用于非水系统的应用。无机超滤膜应用广泛。该领域有良好的前景。

八、微滤膜的应用

微滤是膜工艺中应用最广泛的技术，其年销售额大于所有其他膜工艺的销售额总和。在工业上，微滤主要用于从溶液中分离大于01毫米的颗粒。最大的市场成功应用于食品工业的各个领域，用于制药工业的灭菌过滤和电子工业的高纯水生产，还用于捕获相关的各种生物和生理分析。细胞的收集以及各种颗粒的收集、浓缩等方面也得到了广泛的应用。随着水资源短缺的加剧和社会生活水平的提高，饮用水生产和城市化

一、mbr工艺原理及优缺点？

MBR工艺的工作原理是首先利用活性污泥去除水中可生物降解的有机污染物，然后利用膜将净化水和活性污泥固液分离。

MBR工艺的优点

占地面积小，节省空间

生物处理高浓度废水时，处理浓度越高，处理池的尺寸越大。采用MBR工艺，由于污泥浓度高，可以实现高负荷运行，从而显着节省占地面积。

出水水质稳定，透明度高。

中空纤维膜可以阻隔几乎所有的微生物，特别是那些难以沉降、生长速度慢的微生物，使系统中的生物相非常丰富，驯化和增加活性污泥的过程大大缩短，处理深度和抗系统冲击能力提高，出水水质非常稳定。

操作管理方便，维护方便

常规好氧活性污泥处理工艺在高污泥负荷条件下运行时，会造成污泥膨胀，导致系统无法正常运行，导致出水不达标。MBR工艺采用膜吸力分离泥水，因此污泥膨胀对MBR出水的影响比现有工艺小得多，运行管理非常方便。

自动化程度高，维护简单。

漫长的泥泞时代

膜分离使污水中难以分解的大分子在有限体积的生物反应器中拥有足够的停留时间，大大提高了顽固有机物的分解效率。该反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长污泥寿命的条件下运行，基本无残留污泥排放。较长的泥龄使其更适合生产时间长的微生物生长，有助于去除污水中难以解释的有机物。

低功耗

中空纤维膜所需的吸气压力仅为-0-1~-0-4kg/cm2左右，动力消耗低，一般不需要污泥回收。

抗冲击能力强

如果短时间内流入的水量变化较大，可以考虑短时间内增加膜的流量，以缓冲影响。如果进水水质发生变化，污泥浓度可能会增加，在一定范围内可以达到缓解影响的目的。

MBR工艺的优缺点分析

1、不发生污泥膨胀。

MBR工艺中，由于BOD污泥负荷低，污泥内源呼吸阶段高，经过细菌内源代谢后仅留下惰性残渣，产生的污泥量也很少。MBR反应器的污泥产量低于传统活性污泥工艺。现有活性污泥工艺的污泥产量为0-5~1-0KgMLSS/KgBOD，而MBR工艺的污泥产量仅为0-1~0-3KgMLSS/KgBOD。由于其BOD污泥负荷低、污泥寿命长，抑制了丝状真菌的生长，解决了传统活性污泥法的污泥膨胀题。

2、生物降解效率高

超滤膜阻隔污水中的有机物，提高生物反应器的分解效率。主要原因有三一是因为维持较高的污泥浓度；二是因为有机污染物的氧化分解过程是放热反应，生物反应器内容易因污泥浓度高而维持高温。保证了细菌在低温条件下的高生物活性；第三，对于有机物的分解，微生物在反应器内的停留时间必须长于分解有机物的最小污泥停留时间。由于膜生物反应器工艺中微生物泥的寿命较长，一些常规工艺中难以分解的有机物质被膜生物反应器分解。因此，MBR工艺的有机物分解效率比现有方法提高1015倍。出水水质可达到BOD5mg/L、NH4+-N5mg/L、SS5mg/L。

3、由于膜价格和膜更换成本较高，MBR工艺的应用范围受到。

膜技术在过去十年中发展迅速，膜更换成本已从占总成本的约54%下降到不足9%。随着膜技术的不断创新和膜寿命的不断延长，膜水流量逐渐增大，运行过程中膜污染逐渐减少，需要采取必要的措施，如在超滤膜下施加一定强度的压力。空气不断对膜进行清洗和震动，既为生物氧化提供氧气，又防止活性污泥粘附在膜表面，造成膜污染。MBR技术的优势在生活污水处理及回用领域逐渐显现出来。

MBR工艺适用范围

MBR工艺的高效处理效果是