水质工程学第9章膜过滤技术全解
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膜过滤技术
第2篇 物理、化学及物理化学控 制技Leabharlann Baidu 第9章 膜过滤技术 9.1 膜分离法
(Membrane Separation Processes)
教学内容：
一、膜的定义和分类 二、膜分离概述 三、扩散渗析（diffusion dialysis） 四、电渗析(electrodialysis) 五、反渗透（ reverse osmosis) 六、超过滤(ultrafiltration)
一、膜的定义和分类
1、膜（分离膜）的定义
分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。 它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固 膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上， 膜厚度要远小于其比表面积。
2、膜的分类
按膜结构分：有对称膜和不对称膜 按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚乙烯膜等
无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等
按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜 按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜
2018/8/31 水质工程 4
二、膜分离概述
1．膜分离的概念 2、膜分离技术的特点
3．膜分离法的分类
4．膜分离法的应用
1．膜分离的概念
用一张特殊制造的、具有选择透过性 能的薄膜（分离膜），在外力推动下对双组 分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓 缩的方法，统称为膜分离法。膜分离可用于
（4）空气过滤
喷雾干燥过程中染料、抗生素、奶粉等的回收 电池厂金属镉、氧化铅粉尘的收集 粉碎过程中磷酸盐、氧化镁、二氧化钛、碳粉、水泥、碳酸钙的回收 包装过程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收 干燥过程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的回收 合成氨尾气中氢气的回收利用 其他一切有关的粉尘收集及空气除尘过程 2018/8/31 12 水质工程
2018/8/31 水质工程 13
膜过程
推动力
传质机理
透过物及其 尺寸
截留物
膜类型
电渗析
电位差
离子选择性 溶解性无机 非电解质 离子交 透过 物 大分子 换膜 溶质、盐、 非对称 水或溶剂 SS 膜
压力差2反渗透 溶剂的扩散 10MPa
胶体大分 压力差0.1- 筛滤及表面 水、盐及低 非对称 超过滤 子、不容 10.MPa 作用 分子有机物 膜 有机物 渗析 液膜 浓度差 溶质的扩散 低分子物质、 离子 溶剂 非对称 膜 液膜
2018/8/31 水质工程 11
（3）制药/生物工程
抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的澄清除菌过滤 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白剔除 酶、蛋白质、多糖制备过程中细胞碎片的剔除
抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、酶、多糖、蛋白质的纯化与浓缩
6-APA、7-ACA、7-ADCA及其他半合成抗生素的脱盐浓缩 中成药、保健品口服液的澄清除菌过滤 动物血浆、血清的浓缩精制 其他相关的脱盐浓缩、澄清除菌、蛋白剔除、细胞收集等分离过程
（5）水处理 饮用纯水（太空水）的制备、海水淡化 医药工业中注射用水/洗瓶水及其他无菌水的制备 电子工业中超纯水的制备 火力发电厂锅炉补给水的制备 饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备 制造业中终端洗涤水的制备 饮用水纯化/苦碱水脱盐/海水淡化 废水循环与再生利用（零排放） BOD/COD的最小化 垃圾填埋场渗出水的浓缩处理 染料、颜料、油漆、含油废水的处理 纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收 金属、食品、皮革、农药和除草剂废水的处理 纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用
10
化学反应 反应促进和 溶剂（非 电解质离子 和浓度差 扩散 电解质
水质工程
2018/8/31
4、膜分离的应用领域
（1）化学/染料工业 活性染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 食品染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 催化剂与贵金属的回收利用 脱氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脱氢反应中液体的分离、纯化 甘油/己内酰胺/苯/染料活性剂等有机化工原料的回收 汽车/仪表及其它工业涂漆的浓缩回收 （2）食品/饮料工业 啤酒/果酒/黄酒/葡萄酒的澄清除菌过滤 苹果、梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的澄清除菌过滤 苹果、梨、凤梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的脱水浓缩 葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留 豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清与浓缩 乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩 蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩
3．膜分离法的分类
膜分离法的种类很多，现已应用的膜过 程有反渗透、纳滤、超滤、微滤、扩散渗析、 电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、 液膜、膜蒸馏等。目前，在废水处理中常用 的有扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤等四 种膜分离技术。
废水处理中几种常用膜分离法的特点如下表所示。
2018/8/31 水质工程 9
反渗透，超滤，微滤，气体 分离 电渗析
浓度差 浓度差（分压差）
浓度差加化学反应
2018/8/31 水质工程
扩散渗析、控制释放 渗透气化
液膜，膜传感器
7
2、膜分离技术的特点
（a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。 例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最低； （b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏 性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩； （c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离 效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、 适用范围广、处理效率高等特点； （d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高， 有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法 在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回 用处理。
液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液 体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有 其他微粒的水溶液体系等。
2018/8/31 水质工程 6
膜分离过程的推动力有两类： ①借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动； ②以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。 一些主要的膜分离过程的推动力 推 动 压力差 电位差 力 膜 过 程
第2篇 物理、化学及物理化学控 制技Leabharlann Baidu 第9章 膜过滤技术 9.1 膜分离法
(Membrane Separation Processes)
教学内容：
一、膜的定义和分类 二、膜分离概述 三、扩散渗析（diffusion dialysis） 四、电渗析(electrodialysis) 五、反渗透（ reverse osmosis) 六、超过滤(ultrafiltration)
一、膜的定义和分类
1、膜（分离膜）的定义
分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。 它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固 膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上， 膜厚度要远小于其比表面积。
2、膜的分类
按膜结构分：有对称膜和不对称膜 按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚乙烯膜等
无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等
按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜 按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜
2018/8/31 水质工程 4
二、膜分离概述
1．膜分离的概念 2、膜分离技术的特点
3．膜分离法的分类
4．膜分离法的应用
1．膜分离的概念
用一张特殊制造的、具有选择透过性 能的薄膜（分离膜），在外力推动下对双组 分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓 缩的方法，统称为膜分离法。膜分离可用于
（4）空气过滤
喷雾干燥过程中染料、抗生素、奶粉等的回收 电池厂金属镉、氧化铅粉尘的收集 粉碎过程中磷酸盐、氧化镁、二氧化钛、碳粉、水泥、碳酸钙的回收 包装过程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收 干燥过程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的回收 合成氨尾气中氢气的回收利用 其他一切有关的粉尘收集及空气除尘过程 2018/8/31 12 水质工程
2018/8/31 水质工程 13
膜过程
推动力
传质机理
透过物及其 尺寸
截留物
膜类型
电渗析
电位差
离子选择性 溶解性无机 非电解质 离子交 透过 物 大分子 换膜 溶质、盐、 非对称 水或溶剂 SS 膜
压力差2反渗透 溶剂的扩散 10MPa
胶体大分 压力差0.1- 筛滤及表面 水、盐及低 非对称 超过滤 子、不容 10.MPa 作用 分子有机物 膜 有机物 渗析 液膜 浓度差 溶质的扩散 低分子物质、 离子 溶剂 非对称 膜 液膜
2018/8/31 水质工程 11
（3）制药/生物工程
抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的澄清除菌过滤 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白剔除 酶、蛋白质、多糖制备过程中细胞碎片的剔除
抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、酶、多糖、蛋白质的纯化与浓缩
6-APA、7-ACA、7-ADCA及其他半合成抗生素的脱盐浓缩 中成药、保健品口服液的澄清除菌过滤 动物血浆、血清的浓缩精制 其他相关的脱盐浓缩、澄清除菌、蛋白剔除、细胞收集等分离过程
（5）水处理 饮用纯水（太空水）的制备、海水淡化 医药工业中注射用水/洗瓶水及其他无菌水的制备 电子工业中超纯水的制备 火力发电厂锅炉补给水的制备 饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备 制造业中终端洗涤水的制备 饮用水纯化/苦碱水脱盐/海水淡化 废水循环与再生利用（零排放） BOD/COD的最小化 垃圾填埋场渗出水的浓缩处理 染料、颜料、油漆、含油废水的处理 纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收 金属、食品、皮革、农药和除草剂废水的处理 纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用
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化学反应 反应促进和 溶剂（非 电解质离子 和浓度差 扩散 电解质
水质工程
2018/8/31
4、膜分离的应用领域
（1）化学/染料工业 活性染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 食品染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 催化剂与贵金属的回收利用 脱氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脱氢反应中液体的分离、纯化 甘油/己内酰胺/苯/染料活性剂等有机化工原料的回收 汽车/仪表及其它工业涂漆的浓缩回收 （2）食品/饮料工业 啤酒/果酒/黄酒/葡萄酒的澄清除菌过滤 苹果、梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的澄清除菌过滤 苹果、梨、凤梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的脱水浓缩 葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留 豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清与浓缩 乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩 蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩
3．膜分离法的分类
膜分离法的种类很多，现已应用的膜过 程有反渗透、纳滤、超滤、微滤、扩散渗析、 电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、 液膜、膜蒸馏等。目前，在废水处理中常用 的有扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤等四 种膜分离技术。
废水处理中几种常用膜分离法的特点如下表所示。
2018/8/31 水质工程 9
反渗透，超滤，微滤，气体 分离 电渗析
浓度差 浓度差（分压差）
浓度差加化学反应
2018/8/31 水质工程
扩散渗析、控制释放 渗透气化
液膜，膜传感器
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2、膜分离技术的特点
（a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。 例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最低； （b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏 性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩； （c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离 效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、 适用范围广、处理效率高等特点； （d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高， 有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法 在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回 用处理。
液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液 体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有 其他微粒的水溶液体系等。
2018/8/31 水质工程 6
膜分离过程的推动力有两类： ①借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动； ②以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。 一些主要的膜分离过程的推动力 推 动 压力差 电位差 力 膜 过 程